BR102018075906A2

BR102018075906A2 - Monitoramento de uma falha em um equipamento elétrico

Info

Publication number: BR102018075906A2
Application number: BR102018075906-0A
Authority: BR
Inventors: Francis Abdesselam; Joël Devautour
Original assignee: Thales
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-06-25
Also published as: RU2018144007A3; CN110007181A; US20190187006A1; EP3499254A1; FR3075392A1; EP3499254B1; CN110007181B; US10712209B2; FR3075392B1; RU2018144007A

Abstract

a invenção refere-se ao monitoramento de equipamentos elétricos compreendendo: ? dois circuitos (12, 14) isolados eletricamente, ? uma tela em forma de película (16) disposta entre os dois circuitos (12, 14), a tela (16) compreendendo um substrato (18) e um filamento condutor (20) dispostos no substrato (18), ? um módulo (26) configurado para fazer circular a corrente no filamento condutor (20) e para monitorar a corrente.

Description

MONITORAMENTO DE UMA FALHA EM UM EQUIPAMENTO ELÉTRICO

[0001] A invenção refere-se ao monitoramento de um equipamento elétrico. O aparecimento de uma falha em um equipamento elétrico pode levar a conseqüências críticas que devem ser monitoradas para, se necessário, tomar medidas no sentido de evitar as consequências críticas. [0002] A invenção aborda duas principais causas de falha que podem ocorrer em um equipamento elétrico: o aparecimento de arcos elétricos entre dois potenciais diferentes que podem levar à quebra de elementos de isolamento elétrico e a ocorrência de superaquecimento que pode resultar em disrupção térmica.

[0003] A ocorrência de superaquecimento pode ser detectada por um sensor de temperatura. Ele pode ser um resistor com coeficiente de temperatura positivo ou negativo. O sensor de temperatura está ligado a um circuito que pode detectar a ultrapassagem de uma temperatura máxima a não ser excedida. Se a temperatura for excedida, um alarme pode ser ativado. Também é possível cortar o fornecimento de energia elétrica de todo ou parte do equipamento, a fim de eliminar a origem do superaquecimento.

[0004] A detecção de um arco pode ser provida pela monitoração de uma corrente que flui no equipamento e, em particular, pela detecção de componentes de alta freqüência que aparecem na corrente. Quanto ao superaquecimento, a detecção de um arco pode ser acoplada a um alarme ou com a quebra do fornecimento de energia elétrica do equipamento.

[0005] A invenção propõe um meio simples que permite o monitoramento do surgimento de arcos elétricos e, possivelmente, a ocorrência de superaquecimento.

[0006] Para este fim, o objeto da invenção é um equipamento eléctrico compreendendo: [0007] dois circuitos eletricamente isolados, [0008] uma tela na forma de uma película disposta entre os dois circuitos, a tela compreendendo um substrato e um filamento condutor disposto no substrato, [0009] um módulo configurado para fluir uma corrente no filamento condutor e para detectar uma quebra do filamento condutor através da parada da circulação da corrente.

[00010] O módulo é vantajosamente configurado para abrir um contator se uma corrente, que flui no filamento for nula. A detecção da quebra do filamento pode ser feita verificando se uma corrente, que flui no filamento desce abaixo de um dado limiar.

[00011] O contator pode garantir o fornecimento de energia elétrica de pelo menos um dos circuitos.

[00012] Em uma configuração particular da invenção, um primeiro dos dois circuitos tem uma superfície de extremidade frontal, um segundo dos dois circuitos tem uma superfície de extremidade frontal, as duas superfícies de extremidade dianteira estando uma defronte à outra. Uma superfície comum correspondente à porção maior confrontante das duas superfícies de extremidade frontal é definida. As dimensões da superfície da tela são maiores que as da superfície comum.

[00013] O filamento é vantajosamente formado em um material resistivo com coeficiente de temperatura não-zero.

Desse modo, uma medição da resistência do filamento permite a detecção de uma falha em caso de sobreaquecimento de um dos circuitos.

[00014] O filamento se enrola vantajosamente regularmente sobre a superfície do substrato. Assim, qualquer falha, mesmo local, pode ser detectada.

[00015] Vantajosamente, o filamento é formado por dois condutores elétricos separados. Estes dois condutores permitem uma redundância em caso de falha em um dos filamentos..

[00016] Vantajosamente, os dois condutores elétricos cobrem substancialmente toda a superfície útil da tela. A superfície útil é a menor superfície do contorno convexo da tela em torno do filamento. Desse modo, qualquer falha que ocorra em um dos circuitos confrontantes da superfície útil poderá ser detectada.

[00017] Vantajosamente, os dois condutores elétricos são dispostos no substrato de modo a limitar a superfície por uma espiral formada pelo filamento. Esta configuração permite limitar qualquer efeito de antena gerado pelo filamento.

[00018] Vantajosamente, a tela forma uma tela eletrostática entre os dois circuitos.

[00019] Em uma configuração particular da invenção, cada um dos circuitos é um enrolamento, sendo que o equipamento forma um transformador.

[00020] Em uma configuração na qual o equipamento forma um transformador, a tela é vantajosamente disposta paralelamente a uma direção principal de um campo magnético, acoplando os dois enrolamentos. Isso limita o efeito do acoplamento eletromagnético do filamento com os enrolamentos.

[00021] A invenção será melhor compreendida e outras vantagens tornar-se-ão evidentes ao ler a descrição detalhada de uma forma de concretização apresentada a título de exemplo, sendo a descrição ilustrada pelo desenho anexo, onde: [00022] A figura 1 representa esquematicamente um equipamento de acordo com a invenção;

[00023] As figuras 2 e 3 representam duas formas de concretização variantes de filamentos, com os quais é equipada uma tela interposta entre dois circuitos elétricos do equipamento da figura 1;

[00024] As figuras 2a e 3a representam, cada uma, um diagrama de circuito equivalente dos filamentos representados nas figuras 2 e 3;

[00025] As figuras 4 e 5 representam separadamente dois condutores que formam o filamento representado nas figuras 3 e 3a;

[00026] As figuras 6 e 7 representam duas conexões variantes de dois condutores que formam o filamento da figura 3;

[00027] As figuras 6a e 7a representam, cada uma, um diagrama de circuito equivalente dos filamentos representados nas figuras 6 e 7;

[00028] A figura 8 representa um exemplo de um módulo conectado à tela;

[00029] A figura 9 representa um transformador implementando a invenção.

[00030] Por razões de clareza, os mesmos elementos terão as mesmas referências nas diferentes figuras.

[00031] A figura 1 representa um exemplo de equipamento elétrico 10 compreendendo dois circuitos isolados eletricamente 12 e 14. Para a implementação da invenção, os dois circuitos 12 e 14 podem assegurar qualquer tipo de função e podem compreender qualquer tipo de componente elétrico ou eletrônico. Um dos dois circuitos pode ser um simples aterramento elétrico. A invenção torna-se útil assim que um risco de superaquecimento for provável que ocorra em pelo menos um dos dois circuitos e / ou um risco de arco elétrico for provável que ocorra entre os dois circuitos.

[00032] Para a detecção de uma falha, o equipamento elétrico 10 compreende uma tela 16, disposta entre os dois circuitos 12 e 14. A tela 16 compreende um substrato isolante 18 e um filamento condutor 20 dispostos no substrato 18. Os dois circuitos 12 e 14 têm, cada um, uma assim chamada superfície de extremidade frontal, 22 para o circuito 12 e 24 para o circuito 14. As duas superfícies de extremidade frontal 22 e 24 ficam voltadas uma para a outra. A tela 16 tem a forma de um filme que é interposto entre as duas superfícies de extremidade frontal 22 e 24. O equipamento elétrico 10 também compreende um módulo 26 configurado para circular uma corrente no filamento 20 e para monitorar esta corrente.

[00033] Será visto posteriormente como a monitoração da corrente possibilita detectar um superaquecimento ocorrendo em um dos circuitos 12 ou 14 ou um arco ocorrendo entre os dois circuitos 12 e 14.

[00034] As duas superfícies de extremidade frontal 22 e 24 podem ter diferentes dimensões. Uma superfície comum 30 é definida, correspondendo à porção maior confrontante das duas superfícies 22 e 24. As dimensões da superfície da tela 16 podem ser menores do que as da superfície comum 30. A tela 16 é então disposta de frente para zonas dos circuitos 12 e 14, onde existe o risco de superaquecimento excessivo e / ou de arco elétrico. No entanto, em relação ao risco de arco elétrico, estes podem ocorrer entre as superfícies dos dois circuitos 12 e 14, exceto as superfícies de extremidade frontal 22 e 24. Este risco está esquematicamente representado na figura 1, onde ocorre um arco 36 entre uma superfície lateral 32 do circuito 12 e uma superfície lateral 34 do circuito 14. Vantajosamente, as dimensões da superfície da tela 16 são maiores do que aquelas da superfície comum 30 de modo a permitir a detecção de um arco que ocorre entre as duas superfícies de extremidade frontal 22 e 24 e também entre duas outras superfícies dos dois circuitos 12 e 14. Na prática, quando ocorre um arco 36 entre os dois circuitos, a tela 16 é perfurada.

[00035] A figura 2 representa uma primeira forma de concretização variante do filamento 20 suportado pelo substrato 18, por exemplo formado por um filme flexível baseado, por exemplo, em poliimida ou em poliéter-éter-cetona (PEEK).

[00036] O filamento 20 é, por exemplo, produzido em um material resistivo com coeficiente de temperatura não zero. Este coeficiente pode ser positivo ou negativo. Assim, no caso de sobreaquecimento de um dos circuitos 12 ou 14, o sobreaquecimento é transmitido para o filamento 20 por condução e a sua resistência aumenta. Ao monitorar a corrente , que flui no filamento 20, o módulo 26 pode detectar o superaquecimento.

[00037] Além disso, um arco elétrico, que ocorre entre os dois circuitos 12 e 14 tenderá a passar através da tela 16 perfurando-a. A detecção do arco pode ser feita se o filamento 20 é cortado pela perfuração da tela 16. Testes internos mostraram que, no caso de arco, furos medindo vários cm2 são observados na tela 16. O filamento 20 é, portanto, disposto no substrato 18 no ponto onde existe o risco de existir arcos.

[00038] Vantajosamente, o filamento 20 se enrola regularmente sobre uma superfície do substrato 18. Assim, a detecção de uma falha, como um arco ou possivelmente um superaquecimento, pode ser encontrada em toda a superfície da tela. A largura do filamento 20 e a sua distribuição na superfície 18 é definida de tal maneira que um arco pode cortar o filamento 20. Em outras palavras, o filamento 20 deve ter uma largura que seja suficientemente pequena para poder ser cortada por um arco. Testes internos mostraram que, após a ocorrência de um arco, o filme 16 é perfurado por pelo menos 1 cm2. Com uma largura de filamento 20 menor que 5 mm e uma distância entre dois filamentos adjacentes também menores que 5 mm, a quebra do filamento é quase certa quando ocorre um arco. A figura 2a representa um diagrama de circuito equivalente do filamento 20 da figura 2. Neste caso, existe um componente resistivo com dois terminais de conexão 38 e 40 ligados ao módulo 26.

[00039] A distribuição regular do filamento 20 sobre o substrato 18 também permite que a tela 16 cumpra uma função de tela eletroestática entre os dois circuitos 12 e 14.

[00040] A figura 3 representa uma segunda forma de concretização variante do filamento 20 suportada pelo substrato 18. Neste caso, o filamento 20 é formado pelos dois condutores elétricos 42 e 44 que podem ser conectados ao módulo 26. É assim possível garantir uma redundância do filamento 20. A figura 3a representa um diagrama de circuito equivalente dos dois condutores 42 e 44. Naturalmente que é possível formar o filamento 20 com mais de dois condutores distintos.

[00041] As figuras 4 e 5 representam separadamente os dois condutores 42 e 44 que podem ser dispostos em cada uma das suprfícies do substrato 18. Os dois condutores são vantajosamente dimensionados de modo que, ao serem sobrepostos, cada um em sua superfície, ambos cobrem substancialmente toda a superfície útil 46 da tela 16 representada por linhas pontilhadas na figura 3. A superfície útil 46 é a superfície menor do contorno convexo da tela 16 que envolve o condutor ou os condutores 42 e 44 que formam o filamento 20.. Desse modo, assim que um arco atravessa a tela 16 perfurando a superfície útil 46, pelo menos um dos dois condutores 42 ou 44 é danificado, o que modificará sua resistência. Ao monitorar a corrente que flui nos condutores 42 ou 44, é então possível detectar um arco comparando a corrente que flui nos condutores 42 e 44 até um limiar predeterminado.. Abaixo desse limite, pode-se considerar que ocorreu um arco. Na maioria dos casos da ocorrência de um arco, pelo menos um dos dois condutores 42 ou 44 é cortado.

[00042] Mais especificamente, a superfície útil 46 é uma superfície fechada da tela 16, na qual a detecção das falhas pode ser feita. O substrato 18 pode ser maior do que a superfície útil 46, em particular de modo a assegurar o isolamento eléctrico dos dois condutores 42 e 44 em relação um ao outro e de modo a assegurar as conexões elétricas dos condutores 42 e 44 ao módulo 26. Para cobrir toda a superfície útil 46, cada um dos dois condutores 42 e 44 ocupa pelo menos metade da superfície útil 46. Os dois condutores 42 e 44 são formados por trilhas impressas no substrato 18. Os dois condutores 42 e 44 têm, vantajosamente, uma largura de trilha que é substancialmente constante ao longo de todo o seu comprimento. Os condutores 42 e 44 podem se sobrepor.

[00043] O fato dos condutores 42 ou 44 ocuparem toda a superfície útil 46 também torna possível melhorar a possibilidade de detectar um sobreaquecimento.

[00044] Para cumprir a função da tela eletrostática, não é necessário que o filamento 20, formado aqui pelos dois condutores 42 e 44, cubra toda a superfície útil 46 da tela 16. Zonas que não são cobertas podem permanecer. A disposição dos condutores 42 e 44 é definida como uma função da frequência máxima que a tela 16 pode proteger em sua função de triagem eletrostática.

[00045] A figura 6 representa uma primeira conexão variante de dois condutores 42 e 44. Nesta variante, os dois condutores 42 e 44 estão conectados em paralelo. A figura 6a representa um diagrama de circuito equivalente da variante da figura 6. A ligação paralela dos dois condutores 42 e 44 permite assegurar a redundância no funcionamento do filamento 20.

[00046] A figura 7 representa uma segunda ligação variante de dois condutores 42 e 44, nos quais os dois condutores 42 e 44 estão ligados em série. A figura 7a representa um diagrama de circuito equivalente da variante da figura 7. Os dois condutores elétricos 42 e 44 estão dispostos no substrato 18 de modo a limitar a superfície por uma espiral formada pelo filamento 20. Em outras palavras, a disposição dos condutores 42 e 44 no substrato 18 permite limitar a indutância do filamento 20. Mais especificamente, o condutor 42 se estende entre duas extremidades 50 e 52. Do mesmo modo, o condutor 44 se estende entre duas extremidades 54 e 56. A conexão em série dos condutores 42 e 44 é produzida conectando as extremidades 52 e 56. Além disso, as extremidades 50 e 54 estão dispostas o mais próximo possível umas das outras para formar os terminais do filamento 20 conectados ao módulo 26. Entre as suas respectivas extremidades, os dois condutores 42 e 44 se enrolam seguindo a mesma forma, um em uma das superfícies do substrato 18 e o outro na outra superfície. Um ligeiro deslocamento é produzido entre os dois condutores 42 e 44 para cobrir toda a superfície útil 46. É possível configurar os condutores 42 e 44 para que eles se sobreponham, mesmo parcialmente, ao longo de sua execução entre suas respectivas extremidades.

[00047] A figura 8 representa um exemplo de um módulo 26 conectado à tela 16. O filamento 20 é fornecido com tensão direta. O módulo 26 compreende um relé 60 com uma bobina 62 capaz de disparar um contator 64. O filamento 20 e a bobina 62 estão conectados em série. Quando uma corrente nominal flui no filamento 20 e na bobina 62, o contator 64 está em um primeiro estado, por exemplo fechado. Quando a intensidade da corrente passa abaixo de um limiar predeterminado, o contator 64 muda para um segundo estado, por exemplo aberto. Os dois estados do contator podem ser naturalmente invertidos. A redução da corrente pode ser devida à quebra do filamento 20, por exemplo quando um arco elétrico passa através da tela 16. O limiar predeterminado é representativo de uma ruptura do filamento 20. Na prática, o limite predeterminado é definido em um valor de intensidade que é baixo o suficiente para, em operação nominal, a intensidade da corrente que flui no filamento ser ainda maior que o valor dado..

[00048] A redução da corrente também pode ser devida a um aumento excessivo da temperatura da tela 16. Como indicado anteriormente, o filamento 20 pode ser formado por meio de um condutor resistivo com coeficiente de temperatura positivo. Quando a temperatura da tela 16 aumenta, a resistência do filamento 20 aumenta e a corrente que flui nele diminui, o que pode provocar um alarme ou uma mudança de estado do contator 64. O relê 60 é então calibrado de modo a mudar de estado quando a intensidade da corrente, que flui no filamento desce abaixo de um segundo limiar predeterminado maior do que o limiar para detecção de quebra do filamento 20. Assim, em caso de sobreaquecimento, é possível implementar um alarme ou fazer com que o relé 60 comute.

[00049] O módulo 26 pode compreender um segundo relé 66 disposto a jusante do primeiro relé. Mais especificamente, o contator 64 possibilita alimentar uma bobina 68 do segundo relê 66 que, por sua vez, altera o estado de um contator 70 do segundo relé 66. A colocação do segundo relé 66 possibilita, se necessário, colocar em funcionamento um contator 70 que permita a passagem de uma corrente nominal maior que a do contator 64.

[00050] O contator 64 ou, quando presente, o contator 70, pode ser colocado em um circuito de alimentação de energia de um dos circuitos 12 ou 14 ou em um circuito de alimentação de energia dos dois circuitos 12 e 14. No caso de uma falta aumentar a resistência do filamento 20, em particular quando o filamento 20 é cortado, o fornecimento de energia do circuito em causa é interrompido, o que torna possível eliminar a causa da falha. No caso de um arco elétrico entre os dois circuitos 12 e 14, detectado pela quebra do filamento 20, o fornecimento de energia de um dos circuitos é imediatamente cortado. Alternativamente, o contator 64 pode disparar um alarme permitindo outros tipos de operações em um dos circuitos 12 ou 14..

[00051] Outras formas de concretização do módulo 26 são possíveis. Por exemplo, é possível incluir um comparador ali, para comparar a corrente, que flui no filamento 20 ou a tensão presente nos seus terminais, com uma referência, até mesmo com várias correntes de referência ou tensões. A saída do comparador, em seguida, entrega um item de informação sobre a presença ou não de uma falha. Como anteriormente, este item de informação pode ser usado para cortar o fornecimento de energia de um dos circuitos 12 ou 14, até mesmo de ambos.

[00052] A figura 9 representa um transformador 80 implementando a invenção. O transformador 80 compreende dois enrolamentos 82 e 84 que são isolados eletricamente e acoplados magneticamente. Cada um dos enrolamentos 82 e 84 forma uma modalidade exemplificativa de um dos circuitos 12 e 14 descritos anteriormente. Os enrolamentos 82 e 84 são separados pela tela 16, tornando assim possível detectar um superaquecimento em um dos enrolamentos ou um arco elétrico, que ocorre entre os dois enrolamentos 82 e 84.

[00053] No exemplo representado, os dois enrolamentos 82 e 84 são enrolados em torno de um núcleo magnético 86. Os dois enrolamentos 82 e 84 são, por exemplo, enrolados concentricamente em torno do núcleo magnético 86. A tela 16 envolve o enrolamento 84 e está disposta dentro do enrolamento 82. Nesta configuração concêntrica dos dois enrolamentos 82 e 84, a tela 16 fica disposta paralelamente a uma direção principal 88 do campo magnético que acoplados dois enrolamentos 82 e 84. Assim, mesmo que a tela 16 forme um loop de corrente, o último não é, ou é muito fracamente, passado pelo campo magnético do transformado.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Equipamento elétrico CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: • Dois circuitos (12, 14) isolados eletricamente, • Uma tela em forma de película (16) disposta entre os dois circuitos (12, 14), a tela (16) compreendendo um substrato (18) e um filamento condutor (20) dispostos no substrato (18), • Um módulo (26) configurado para fazer circular uma corrente no filamento condutor (20) e para detectar uma quebra no filamento condutor (20) parando o fluxo de corrente

2. Equipamento elétrico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato de que o módulo (26) está configurado para abrir um contator (64, 70) se a corrente que flui no filamento (20) for zero.

3. Equipamento elétrico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERI ZADO pelo fato de que o contator (64, 70) fornece energia a pelo menos um dos circuitos (12, 14).

4. Equipamento elétrico, de acordo com uma das reivindicações 2 ou 3, CARACTERI ZADO pelo fato de que o módulo (26) está configurado para abrir o contator (64, 70) se a corrente que fluir no filamento (20) descer abaixo de um determinado limiar.

5. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro (12) dos dois circuitos possui uma superfície frontal (22), o segundo (14) dos dois circuitos possui uma superfície frontal (24), as duas superfícies frontais (22). 24) voltadas uma para a outra, na qual se define uma superfície comum (30) correspondente à maior parte das duas superfícies voltadas uma para a outra (22, 24), e em que as dimensões da superfície da tela (16) são maiores que os da superfície comum (30).

6. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o filamento (20) é formado por um material resistivo a um coeficiente de temperatura diferente de zero.

7. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o filamento (20) se enrola regularmente sobre a superfície do substrato (18)

8. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o filamento (20) está formado por dois condutores elétricos separados (42, 44).

9. Equipamento elétrico, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que os dois condutores elétricos (42, 44) cobrem substancialmente toda a superfície útil (46) da tela (16), sendo a superfície útil (46) a menor superfície de contorno convexa da tela (16) em torno do filamento (20).

10. Equipamento elétrico, de acordo com uma das reivindicações 8 ou 9, CARACTERI ZADO pelo fato de que os dois condutores elétricos (42, 44) estão dispostos no substrato (18) de modo a limitar a superfície de uma espiral formada pelo filamento (20)

11. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERI ZADO pelo fato de que a tela (16) forma uma película eletrostática entre os dois circuitos (12, 14).

12. Equipamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que cada um dos circuitos (12, 14) é um enrolamento (82, 84), o equipamento que forma um transformador (80). (80).

13. Equipamento elétrico, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a tela (16) está disposta paralelamente a uma direção principal (88) de um campo magnético acoplando os dois enrolamentos (82, 84) .