BR102020027010A2

BR102020027010A2 - POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF AC/DC ELECTRICAL RELAYS

Info

Publication number: BR102020027010A2
Application number: BR102020027010-9A
Authority: BR
Inventors: Hélio Silvino De Almeida Prata; Rodrigo Peres; Rodrigo Pereira; Emanuel Helio Moreira Sarmento
Original assignee: Fundacao Cpqd - Centro De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecomunicacoes
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-07-12

Abstract

SISTEMA DE DETECÇÃO DE QUEDA DE ENERGIA VIA FIBRA ÓPTICA ACOPLADA DIRETAMENTE NO MECANISMO DOS RELÉS ELETRICOS AC/DC. A presente invenção consiste na adaptação mecânica de um relé de forma que, ao faltar energia, a movimentação da lâmina de contato elétrico passe a pressionar a fibra óptica numa estrutura adaptada provocando uma atenuação suficiente para desaparecer com o pico de reflexão causado pelo efeito Fresnell, que sempre ocorre no final de uma fibra óptica perfeitamente clivada, ou seja, com corte reto de 90º em relação ao seu eixo. Em suma, a fibra em questão passa por dentro da mecânica de um relé de mercado, que teve sua lâmina de contato modificada de forma a deformar uma pequena parte da fibra, causando uma grande atenuação neste ponto, que faz o pico de Fresnell do fim da fibra desaparecer.POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF THE AC/DC ELECTRICAL RELAYS. The present invention consists in the mechanical adaptation of a relay so that, when power is lost, the movement of the electrical contact blade starts to press the optical fiber in an adapted structure, causing sufficient attenuation to disappear with the reflection peak caused by the Fresnell effect, which always occurs at the end of an optical fiber perfectly cleaved, that is, with a straight cut of 90º in relation to its axis. In short, the fiber in question passes through the mechanics of a market relay, which had its contact blade modified in order to deform a small part of the fiber, causing a large attenuation at this point, which makes the Fresnell peak of the end of the fiber disappear.

Description

POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF AC/DC ELECTRICAL RELAYS

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção consiste na adaptação mecânica de um relé de forma que, ao faltar energia, a movimentação da lâmina de contato elétrico passe a pressionar a fibra óptica numa estrutura adaptada provocando uma atenuação suficiente para desaparecer com o pico de reflexão causado pelo efeito Fresnell, que ocorre na extremidade da fibra óptica imediatamente acomodada após o relé e perfeitamente cortada num ângulo de 90° transversal ao seu eixo.[001] The present invention consists in the mechanical adaptation of a relay so that, when power is lost, the movement of the electrical contact blade starts to press the optical fiber in an adapted structure causing sufficient attenuation to disappear with the reflection peak caused by the Fresnell effect, which occurs at the end of the optical fiber immediately placed after the relay and perfectly cut at a 90° angle transverse to its axis.

[002] Através de um sistema de cadastro associado ao uso do equipamento OTDR ou de um detector de sinal óptico, é possível identificar o local em que se encontra instalado o relé e consequentemente o circuito elétrico que houve a queda de energia.[002] Through a registration system associated with the use of OTDR equipment or an optical signal detector, it is possible to identify the location where the relay is installed and consequently the electrical circuit that had the power outage.

[003] A presente solicitação de patente de invenção se volta ao segmento da física e/ou engenharia mecatrônica.[003] The present invention patent application turns to the segment of physics and/or mechatronics engineering.

STATUS OF THE TECHNIQUE

[004] O documento de patente PI 9402773-0A descreve um mecanismo de detecção de queda de energia baseado em um sistema que consiste basicamente em 3 (três) partes, sendo uma bobina eletromagnética, um sistema de guia mecânico e um atuador do detector, que provoca uma atenuação na fibra detectada pelo efeito do retroespalhamento de Rayleight. A instalação desse sistema requer que o atuador seja instalado dentro de uma caixa de emenda para que o sinal do OTDR tenha continuidade na fibra e assim possa ser detectada a atenuação causada pelas macrocurvaturas do atuador. O valor da atenuação causada pela queda de energia e consequentemente a curvatura causada na fibra pode ser suficientemente alta para comprometer o orçamento de potência do sistema de transmissão que estiver trafegando na fibra alvo da detecção da queda de energia. Além disso, a regulagem do sensor para provocar a atenuação é relativamente complexa em função da distância que a bobina pode estar em relação ao atuador e também em relação ao caminho que o sistema de guia mecânico percorre. Outro fator importante é que a atenuação provocada pela ação do sistema proposto no documento de patente PI9402773-0 pode ter valor semelhante à uma atenuação natural da fibra em função, por exemplo, do deslocamento da fibra dentro da caixa de emenda, o que pode gerar um falso alarme de queda de energia.[004] Patent document PI 9402773-0A describes a power failure detection mechanism based on a system that basically consists of 3 (three) parts, being an electromagnetic coil, a mechanical guide system and a detector actuator, which causes an attenuation in the fiber detected by the Rayleight backscattering effect. The installation of this system requires that the actuator be installed inside a splice box so that the OTDR signal has continuity in the fiber and thus the attenuation caused by the macro bends of the actuator can be detected. The attenuation value caused by the power outage and consequently the bending caused in the fiber can be high enough to compromise the power budget of the transmission system that is traveling on the target fiber of the power outage detection. Furthermore, the adjustment of the sensor to cause the attenuation is relatively complex depending on the distance that the coil can be in relation to the actuator and also in relation to the path that the mechanical guide system travels. Another important factor is that the attenuation caused by the action of the system proposed in the patent document PI9402773-0 can have a value similar to a natural attenuation of the fiber due, for example, to the displacement of the fiber inside the splice box, which can generate a false power failure alarm.

[005] O documento CN102420415A publicado em 18/04/2012, descreve um sistema de detecção de extinção do limitador de corrente de mau funcionamento supercondutor de alta temperatura do limitador de corrente de falha; este sistema de detecção de têmpera utiliza relé de proteção diferencial; em que, em caso de falha, o mecanismo de disparo do referido relé de proteção diferencial opera o disjuntor, assim abre o circuito e interrompe os componentes a jusante da fonte de alimentação; e a presente invenção se refere a um método de detecção de têmpera, em que a amplitude da queda de tensão durante a têmpera é convertida no sinal de corrente proporcional desta tensão e através do referido relé de proteção diferencial e monitores. Seguramente, este documento não possui qualquer similaridade técnica com a presente invenção.[005] Document CN102420415A published on 04/18/2012, describes a high temperature superconducting fault current limiter extinction detection system of the fault current limiter; this quench detection system uses differential protection relay; wherein, in the event of a failure, the tripping mechanism of said differential protection relay operates the circuit breaker, thus opening the circuit and interrupting the components downstream of the power supply; and the present invention relates to a quench detection method, wherein the voltage drop amplitude during quenching is converted into the current signal proportional to this voltage and through said differential protection relay and monitors. Surely, this document does not have any technical similarity with the present invention.

[006] O documento JPH01298915A publicado em 27/05/1988, descreve um sistema para evitar que uma carga interrompa desnecessariamente, fornecendo um mecanismo para detecção de queda de frequência de bloqueio e julgamento por um período de tempo predeterminado por um comando de comutação do sistema de potência. Os sinais de saída de uma unidade de instrução de operação de comutação do sistema de energia, um temporizador de retardo de reinicialização para prolongar o comando por um tempo predeterminado e um circuito NÃO para bloquear uma detecção de queda de frequência são introduzidos em um discriminador de detecção de queda de frequência. As saídas de um relé de detecção de queda de frequência e um relé de voltagem insuficiente são inseridas no discriminador, que emite uma interrupção de carga pelos sinais, e que é bloqueado para saída enquanto o temporizador está emitindo. Assim, pode evitar que a carga seja interrompida desnecessariamente durante a comutação de um sistema. Este documento descreve um sistema para proteger a queda de energia desnecessariamente analisando a frequência de alimentação. Não possui qualquer similaridade técnica com a presente invenção.[006] Document JPH01298915A published on 05/27/1988, describes a system to prevent a load from interrupting unnecessarily, providing a mechanism for detection of dropping of the blocking frequency and judgment for a predetermined period of time by a switching command of the power system. The output signals from a power system switching operation instruction unit, a reset delay timer to prolong the command for a predetermined time, and a NO circuit to block a frequency drop detection are fed into a frequency discriminator. frequency drop detection. The outputs of a drop-frequency detection relay and an insufficient voltage relay are fed into the discriminator, which emits a load break through the signals, and which is output-latched while the timer is emitting. Thus, you can prevent the load from being interrupted unnecessarily when switching a system. This document describes a system to protect the power outage unnecessarily by analyzing the supply frequency. It has no technical similarity with the present invention.

[007] O documento JPS56108965A publicado em 28/08/1981, tem por objetivo realizar a detecção de sobrecorrente configurando para ser operado automaticamente sem qualquer ajuste, mesmo na mudança da constituição da carga, armazenando um valor de queda de tensão do tempo em que a corrente de carga atinge o estado estacionário a cada ativação de uma fonte de alimentação e comparando o mesmo com o valor de queda de tensão que está sendo medido o tempo todo. Quando uma fonte de alimentação é ligada, um relé opera para aplicar uma tensão de entrada a uma fonte de alimentação DC. Depois de um certo tempo, a corrente de carga constante flui. Uma queda de tensão é produzida entre uma fonte de alimentação DC e a carga por esta corrente de carga constante, e isso é introduzido em um conversor A / D por meio de um amplificador e um filtro. O valor da queda de tensão (e) digitalizado pelo conversor é inserido em uma memória. A saída da memória é enviada para um conversor D / A e é convertida em um valor analógico, após o qual é inserida em um de um comparador. Por outro lado, a queda de voltagem que está sendo monitorada em todos os momentos por um fio elétrico de detecção é aplicada ao outro do comparador através do amplificador e do filtro. Pela temporização dos pulsos de amostragem, ambas as entradas são comparadas e se elas excederem um valor definido, um sinal anormal é emitido. Em suma, descreve um sistema para monitorar sobrecorrente em sistemas elétricos. Seguramente, não possui qualquer similaridade com a presente invenção.[007] The document JPS56108965A published on 08/28/1981, aims to carry out the detection of overcurrent configuring it to be operated automatically without any adjustment, even in the change of the load constitution, storing a voltage drop value of the time in which the load current reaches steady state with each activation of a power supply and comparing it to the voltage drop value being measured all the time. When a power supply is turned on, a relay operates to apply an input voltage to a DC power supply. After a certain time, constant load current flows. A voltage drop is produced between a DC power supply and the load by this constant load current, and this is fed into an A/D converter via an amplifier and a filter. The voltage drop value (e) digitized by the converter is entered into a memory. The memory output is sent to a D/A converter and is converted to an analog value, after which it is fed into one of a comparator. On the other hand, the voltage drop that is being monitored at all times by one sensing electrical wire is applied to the other of the comparator through the amplifier and filter. By timing the sampling pulses, both inputs are compared and if they exceed a set value, an abnormal signal is output. In short, it describes a system for monitoring overcurrent in electrical systems. Surely, it has no similarity with the present invention.

[008] O documento RU2480777 publicado em 27/08/2012, descreve um método para detectar a localização de um dano em uma linha de transmissão sugere detecção de uma distância específica ao dano ocorrido no segmento de linha entre um cabo e um bloco de compensação, detecção da distância específica ao dano ocorrido na linha segmento entre uma derivação e um bloco de compensação, detecção de uma localização do dano por meio da seleção do resultado, que é correto. Ao mesmo tempo, durante a detecção da distância até o local do dano, são utilizadas medições sincronizadas de correntes trifásicas dos cabos citados, bem como medições da tensão trifásica recebida do cabo. Durante o cálculo do dano no local, em que os sinais de tensão e corrente são enviados do condutor para o bloco de compensação, a queda de tensão no bloco de compensação é calculada usando o casamento na frequência fundamental. O sistema de detecção de localização de avaria compreende uma linha de transmissão de energia com compensação longitudinal com dois cabos, um bloco de compensação, um bloco de processamento, um relé de corrente diferencial para proteção da linha e também dispositivos para detecção da localização de avaria dispostos nas derivações referidas. Como efeito, tem-se a provisão de detecção mais precisa de locais de danos na linha com compensação longitudinal. Descreve este documento um sistema para determinar a distância em que um provável rompimento tenha ocorrido na rede elétrica. Seguramente, não possui qualquer similaridade com a presente invenção.[008] The document RU2480777 published on 27/08/2012, describes a method for detecting the location of damage in a transmission line, suggests detection of a specific distance to the damage occurring in the line segment between a cable and a compensation block , detection of the specific distance to damage occurring on the line segment between a lead and a compensation block, detection of a damage location by selecting the result, which is correct. At the same time, during detection of the distance to the damage site, synchronized measurements of three-phase currents of the aforementioned cables are used, as well as measurements of the three-phase voltage received from the cable. During the on-site damage calculation, where voltage and current signals are sent from the conductor to the compensation block, the voltage drop across the compensation block is calculated using fundamental frequency matching. The fault location detection system comprises a power transmission line with longitudinal compensation with two cables, a compensation block, a processing block, a differential current relay for line protection and also devices for fault location detection. arranged in the aforementioned derivations. As a result, more accurate detection of line damage locations is provided with longitudinal compensation. This document describes a system for determining the distance at which a probable disruption has occurred in the electrical network. Surely, it has no similarity with the present invention.

[009] Diferentemente dos documentos do estado da técnica, na invenção proposta, toda mecânica encontra-se embarcada no próprio relé modificado, que passamos a chamar de relé óptico, cuja instalação é realizada sempre no final da fibra que chega a qualquer instalação que se deseja monitorar o estado em que se encontra o circuito de energia. Assim sendo, não há necessidade de caixa de emenda para instalação e visto que o sistema é baseado na existência ou não do pico de Fresnell no fim da fibra, não há necessidade de qualquer ajuste mecânico para o perfeito funcionamento do sistema.[009] Unlike state-of-the-art documents, in the proposed invention, all mechanics are embedded in the modified relay itself, which we call optical relay, whose installation is always carried out at the end of the fiber that arrives at any installation that is want to monitor the state of the power circuit. Therefore, there is no need for a splicing box for installation and since the system is based on the existence or not of the Fresnell peak at the end of the fiber, there is no need for any mechanical adjustment for the perfect functioning of the system.

OBJECTIVES OF THE INVENTION

[010] O objetivo principal da invenção é fornecer um dispositivo de fácil instalação, que não requer nenhum tipo de ajuste mecânico e que pode ser instalado em qualquer circuito de alimentação elétrica AC (Corrente Alternada) ou DC (Corrente Contínua). Para isso basta conectar a bobina do relé diretamente no circuito de alimentação, desde que as energias sejam compatíveis, ou utilizar o contato auxiliar de um contator conectado ao circuito de energia diferente da bobina do relé para que este acompanhe o que ocorre no circuito principal.[010] The main objective of the invention is to provide an easy-to-install device that does not require any mechanical adjustment and that can be installed in any AC (Alternating Current) or DC (Direct Current) electrical supply circuit. To do this, simply connect the relay coil directly to the power supply circuit, as long as the energies are compatible, or use the auxiliary contact of a contactor connected to a different energy circuit from the relay coil so that it follows what happens in the main circuit.

[011] O sensor é um dispositivo compacto e integrado em uma mecânica passível de ser instalado facilmente em qualquer local em que seja interessante monitorar o estado do circuito de energia, como por exemplo as instalações das antenas das tecnologias de transmissão 5G.[011] The sensor is a compact device and integrated in a mechanic that can be easily installed in any place where it is interesting to monitor the state of the power circuit, such as the installations of the antennas of 5G transmission technologies.

[012] O sistema pode utilizar fibra vaga ou fibra com sistema de transmissão, pois opera no comprimento de onda de 1650nm que está fora do range de operação de qualquer sistema de transmissão óptica.[012] The system can use vague fiber or fiber with a transmission system, as it operates at a wavelength of 1650nm, which is outside the operating range of any optical transmission system.

[013] A conexão óptica com a fibra utilizada pelo sistema é realizada por meio de conector óptico do tipo APC (Angled Phisical Contact), para que não haja reflexão Fresnell próximo do Relé Óptico, o que poderia gerar um falso positivo na detecção da falta de energia.[013] The optical connection with the fiber used by the system is performed through an APC (Angled Physical Contact) optical connector, so that there is no Fresnell reflection near the Optical Relay, which could generate a false positive in the fault detection power.

GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION

[014] A presente invenção está baseada em dois princípios sendo um óptico e o outro eletromecânico.[014] The present invention is based on two principles, one optical and the other electromechanical.

[015] Opticamente, a invenção faz o uso do já conhecido equipamento de medida óptica na fibra denominado OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). Esse equipamento utiliza somente uma extremidade da fibra óptica para apresentar suas características de distância e atenuação. Em linhas gerais é constituído de uma fonte de luz Laser que emite pulsos de largura e potência de pico conhecidos e um fotodetector que capta a ínfima parte do pulso que retorna de dentro da fibra em função do Efeito de Back Scatering, ou seja, o Retro espalhamento de Rayleight. A amostragem do sinal que retorna é realizada por um processador em períodos pré-determinados e, através da equação da velocidade da Luz dentro da fibra, é possível determinar no eixo X a Distância de cada ponto amostrado e no eixo Y a Potência relativa do ponto em função da atenuação que ocorre na fibra.[015] Optically, the invention makes use of the already known optical fiber measurement equipment called OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). This equipment uses only one end of the optical fiber to present its distance and attenuation characteristics. In general, it consists of a laser light source that emits pulses of known width and peak power and a photodetector that captures the tiny part of the pulse that returns from inside the fiber as a function of the Back Scatering Effect, that is, the Retro Rayleight scattering. The sampling of the returning signal is performed by a processor at predetermined periods and, through the equation of the speed of light inside the fiber, it is possible to determine on the X axis the Distance of each sampled point and on the Y axis the Relative Power of the point depending on the attenuation that occurs in the fiber.

[016] Existe um evento óptico muito bem caracterizado que ocorre na interface entre o núcleo da Fibra e o Ar, que ocorre no final da fibra utilizada no relé óptico. Esse efeito é conhecido como Pico de Fresnell e a potência que retorna dessa interface é algo em torno de 40.000 vezes a potência que retorna em função do efeito Rayleight e possui a largura do pulso emitido pelo OTDR.[016] There is a very well characterized optical event that occurs at the interface between the fiber core and the Air, which occurs at the end of the fiber used in the optical relay. This effect is known as Fresnell Peak and the power returned from this interface is something around 40,000 times the power returned as a function of the Rayleight effect and has the width of the pulse emitted by the OTDR.

[017] A título de esclarecimento, as figuras 1 e 2 anexas, retiradas do artigo do Gharbi Skander publicado na internet, descreve como ocorrem os efeitos Rayleight e Fresnell respectivamente.[017] By way of clarification, the attached figures 1 and 2, taken from the article by Gharbi Skander published on the internet, describe how the Rayleight and Fresnell effects occur respectively.

[018] Não obstante, a equação 1 (representada abaixo) demonstra que o índice reflexão Fresnell é muito superior ao índice de retroespalhamento Rayleigh, que é de aproximadamente 60dB, a saber:

Equação 1: considerando o fim da fibra perfeitamente com corte reto de 90° em relação ao eixo e que o n1=1,5 e n2=1, tem-se R= 14 dB aproximadamente.[018] Nevertheless, equation 1 (represented below) demonstrates that the Fresnell reflection index is much higher than the Rayleigh backscatter index, which is approximately 60dB, namely:

Equation 1: considering the end of the fiber perfectly with a straight cut of 90° in relation to the axis and that the n1=1.5 and n2=1, we have R= 14 dB approximately.

[019] Ou seja, a equação 1 demonstra que o índice reflexão Fresnell é muito superior ao índice de retroespalhamento Rayleigh, que é de aproximadamente 60dB.[019] That is, equation 1 demonstrates that the Fresnell reflection index is much higher than the Rayleigh backscatter index, which is approximately 60dB.

[020] Ainda, a combinação dos efeitos Rayleigh e Fresnell resulta em uma curva conforme mostrado na figura 3 anexa.[020] Still, the combination of Rayleigh and Fresnell effects results in a curve as shown in Figure 3 attached.

[021] O efeito eletromecânico envolvido na invenção consiste no movimento natural de um relé quando a bobina está energizada e quando falta energia na bobina.[021] The electromechanical effect involved in the invention consists of the natural movement of a relay when the coil is energized and when the coil lacks energy.

[022] Portanto, o objetivo do uso do movimento da lâmina do relé é causar uma grande atenuação na fibra que passa por dentro do relé e é terminada em um ângulo perfeitamente reto, o que causa um pico de Fresnell bastante alto em relação à potência retroespalhada do fim de fibra, conforme mostra a figura 4 anexa.[022] Therefore, the purpose of using the relay blade motion is to cause a large attenuation in the fiber that passes inside the relay and is terminated at a perfectly right angle, which causes a very high Fresnell peak with respect to power. backscattered fiber end, as shown in attached figure 4.

[023] Quando a bobina do relé está energizada, a lâmina não toca na fibra e, portanto, o pico de Fresnell está presente na curva do OTDR. Quando falta energia, a lâmina retorna para sua posição original causando uma grande atenuação na fibra que por sua vez faz sumir o pico de Fresnell.[023] When the relay coil is energized, the blade does not touch the fiber and therefore the Fresnell peak is present in the OTDR curve. When power fails, the blade returns to its original position causing a large attenuation in the fiber which in turn makes the Fresnell peak disappear.

[024] Analisando as duas condições o sistema identifica qual relé óptico teve modificação no pico de Fresnell e dessa forma determina com precisão qual circuito elétrico está apresentando queda de energia.[024] Analyzing the two conditions, the system identifies which optical relay had a change in the Fresnell peak and thus accurately determines which electrical circuit is showing power failure.

DESCRIPTION OF THE FIGURES

[025] A invenção será, a seguir, descrita em sua forma preferencial de realização, sendo que, para o melhor entendimento da tecnologia, referências serão feitas aos desenhos anexos, nos quais estão demonstradas:
Fig. 1: Apresentação do efeito Rayleigh;
Fig. 2: Apresentação do efeito Fresnell;
Fig. 3: Mostra a curva típica do OTDR;
Fig. 4: Demonstração da fibra passando pela lâmina do relé e dentro da proteção verde está o fim da fibra perfeitamente clivada. Sendo que o cordão óptico de 900nm está preso do lado direito do dispositivo branco;
Fig. 5A: Ilustra o funcionamento de um relé eletromecânico na condição em que a bobina está energizada pelo circuito elétrico que está sendo monitorado pela tecnologia da presente invenção. Nesta condição, a fibra, representada pela linha amarela, não sofre qualquer atuação da lâmina do relé óptico e, portanto, o gráfico apresentado pelo OTDR apresenta o formato apresentado na Fig. 5B;
Fig. 5B: Mostra o formato do traço do OTDR indicando a presença do pico de Fresnell;
Fig. 6A: Ilustra o funcionamento de um relé eletromecânico na condição em que a bobina está sem energia pelo circuito elétrico que está sendo monitorado pela tecnologia da presente invenção. Nesta condição a fibra, representada pela linha amarela, sofre uma deformação considerável em função do deslocamento da lâmina do relé, o que causa uma atenuação suficiente para desaparecer com o Pico de Fresnell e, portanto, o gráfico apresentado pelo OTDR possui o formato mostrado na Fig. 6B;
Fig. 6B: Mostra o formato do traço do OTDR indicando ausência do Pico de Fresnell;
Fig. 7: Mostra um esquemático do uso do sensor de queda de energia para monitorar o circuito de alimentação dos equipamentos de transmissão instalados de torres de sistemas sem fio.[025] The invention will be described below in its preferred embodiment, and, for a better understanding of the technology, references will be made to the attached drawings, in which they are demonstrated:
Fig. 1: Presentation of the Rayleigh effect;
Fig. 2: Presentation of the Fresnell effect;
Fig. 3: Shows typical OTDR curve;
Fig. 4: Demonstration of the fiber passing through the relay blade and inside the green shield is the end of the perfectly cleaved fiber. The 900nm optical cord is attached to the right side of the white device;
Fig. 5A: Illustrates the operation of an electromechanical relay in the condition that the coil is energized by the electrical circuit being monitored by the technology of the present invention. In this condition, the fiber, represented by the yellow line, does not undergo any actuation of the optical relay blade and, therefore, the graph presented by the OTDR presents the format shown in Fig. 5B;
Fig. 5B: Shows the shape of the OTDR trace indicating the presence of the Fresnell peak;
Fig. 6A: Illustrates the operation of an electromechanical relay in the condition where the coil is de-energized by the electrical circuit being monitored by the technology of the present invention. In this condition, the fiber, represented by the yellow line, undergoes considerable deformation due to the displacement of the relay blade, which causes sufficient attenuation to disappear with the Fresnell Peak and, therefore, the graph presented by the OTDR has the format shown in Fig. Fig. 6B;
Fig. 6B: Shows the shape of the OTDR trace indicating absence of Fresnell Peak;
Fig. 7: Shows a schematic of the use of the power failure sensor to monitor the power circuit of the transmission equipment installed in wireless system towers.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION AND PREFERRED EMBODIMENT

[026] O “SISTEMA DE DETECÇÃO DE QUEDA DE ENERGIA VIA FIBRA ÓPTICA ACOPLADA DIRETAMENTE NO MECANISMO DOS RELÉS ELETRICOS AC/DC”, possui sua concepção central baseada na análise da presença ou ausência do pico de Fresnell que sempre ocorre no final de uma fibra óptica perfeitamente clivada, ou seja, com corte reto de 90° em relação ao seu eixo, conforme ilustrado na figura 2 acima. A fibra em questão passa por dentro da mecânica de um relé de mercado, que teve sua lâmina de contato modificada de forma a deformar uma pequena parte da fibra, causando uma grande atenuação neste ponto, que faz o pico de Fresnell do fim da fibra desaparecer.[026] The “POWER FALL DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTICS DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF ELECTRICAL AC/DC RELAYS”, has its central design based on the analysis of the presence or absence of the Fresnell peak that always occurs at the end of a fiber optics perfectly cleaved, that is, with a straight cut of 90° in relation to its axis, as illustrated in figure 2 above. The fiber in question passes through the mechanics of a market relay, which had its contact blade modified in order to deform a small part of the fiber, causing a large attenuation at this point, which makes the Fresnell peak at the end of the fiber disappear. .

[027] O relé óptico pode ser instalado em qualquer ambiente em que se deseja monitorar o estado do circuito de energização de qualquer tipo de equipamento elétrico. A informação sobre o estado em que se encontra a alimentação elétrica do equipamento é percebida pela ausência ou presença do pico de reflexão Fresnell e, portanto, essa informação não sofre qualquer tipo de interferência eletromagnética mesmo em ambientes extremamente agressivos.[027] The optical relay can be installed in any environment where you want to monitor the state of the energizing circuit of any type of electrical equipment. The information about the state of the electrical supply of the equipment is perceived by the absence or presence of the Fresnell reflection peak and, therefore, this information does not suffer any type of electromagnetic interference even in extremely aggressive environments.

[028] Para identificar qual circuito elétrico está sem energia, é preciso associar o respectivo relé ao circuito elétrico objeto da monitoração e isso é realizado através de um sistema que permite cadastrar a posição do relé óptico em relação ao circuito que está sendo monitorado em cada fim de fibra do estabelecimento.[028] To identify which electrical circuit is without power, it is necessary to associate the respective relay to the electrical circuit object of monitoring and this is carried out through a system that allows registering the position of the optical relay in relation to the circuit being monitored in each fiber end of the establishment.

[029] Para que o movimento natural da lâmina de contato do relé eletromecânico seja utilizado para deformar a fibra, foi inserido um dispositivo dentro do relé que tem a função de prender o cordão óptico com revestimento de 900nm na entrada do relé.[029] In order for the natural movement of the contact blade of the electromechanical relay to be used to deform the fiber, a device was inserted inside the relay that has the function of attaching the optical cord with 900nm coating to the relay input.

[030] A partir desse ponto a fibra nua e perfeitamente clivada passa em frente a lâmina do relé e é acomodada solta na outra extremidade do dispositivo que possui uma capa para evitar entrar sujeira na ponta da fibra.[030] From that point on, the perfectly cleaved bare fiber passes in front of the relay blade and is accommodated loose at the other end of the device, which has a cover to prevent dirt from entering the fiber tip.

[031] Dessa forma, quando o relé está energizado a fibra está passando direto pela lâmina, sem sofrer qualquer tipo de atenuação, conforme figura 5A e, portanto, o Pico de Fresnell está seguramente presente na curva do OTDR, conforme apresentado na figura 5B.[031] Thus, when the relay is energized, the fiber is passing directly through the blade, without suffering any type of attenuation, as shown in Figure 5A and, therefore, the Fresnell Peak is safely present in the OTDR curve, as shown in Figure 5B .

[032] Quando há uma queda de energia no circuito elétrico em que a bobina do relé óptico está inserido, a lâmina retorna para sua posição original através do efeito da mola de retenção, conforme figura 6A. Nesta posição a lâmina deforma fortemente a fibra, que por estar presa de um lado e solta do outro, provoca uma grande atenuação no sinal do OTDR fazendo desaparecer o Pico de Fresnell decorrente da extremidade da fibra que está perfeitamente clivada, conforme figura 6B.[032] When there is a power outage in the electrical circuit in which the optical relay coil is inserted, the blade returns to its original position through the effect of the retaining spring, as shown in Figure 6A. In this position, the blade strongly deforms the fiber, which, because it is stuck on one side and released on the other, causes a great attenuation in the OTDR signal, making the Fresnell Peak disappear from the end of the fiber that is perfectly cleaved, as shown in Figure 6B.

[033] A extremidade da fibra solta dentro do dispositivo (1) permite que a mesma retraia ao ser deformada pelo movimento da lâmina e volte a posição normal quando a lâmina puxada pela bobina do relé energizado.[033] The end of the loose fiber inside the device (1) allows it to retract when deformed by the movement of the blade and return to the normal position when the blade is pulled by the energized relay coil.

[034] Em uma aplicação real, vários sensores de que da energia podem ser instalados para monitorar diversos circuitos elétricos, por exemplo, dentro de uma grande indústria ou mesmo nas torres das antenas dos sistemas de transmissão sem fio, onde a fibra óptica é utilizada para conectá-las até as Rádio Base.[034] In a real application, several energy sensors can be installed to monitor various electrical circuits, for example, within a large industry or even in the antenna towers of wireless transmission systems, where optical fiber is used. to connect them to the Base Radio.

[035] Neste caso, pode-se utilizar somente um OTDR e inserir uma chave óptica de N portas para conectar a fibra correspondente a cada sensor de queda de energia. Deve-se utilizar um sistema para cadastrar a posição do sensor em relação ao circuito elétrico que estiver sendo monitorado. O sistema analisa constantemente o estado em que se encontra o Pico de Fresnell de cada sensor e ao perceber a ausência de um ou mais Picos, consegue identificar qual circuito elétrico apresenta queda de energia em do relacionamento que existe entra a posição do sensor, o circuito elétrico e a curva do OTDR da fibra utilizada em cada sensor, conforme apresentado no esboço do sistema na figura 7.[035] In this case, you can use only one OTDR and insert an N-port optical switch to connect the fiber corresponding to each power failure sensor. A system must be used to register the position of the sensor in relation to the electrical circuit being monitored. The system constantly analyzes the state of the Fresnell Peak of each sensor and when noticing the absence of one or more peaks, it is able to identify which electrical circuit has a power drop in the relationship that exists between the position of the sensor, the circuit and the OTDR curve of the fiber used in each sensor, as shown in the sketch of the system in Figure 7.

[036] A Figura 7 mostra torres (T1) com rádios e antenas alimentados por energia elétrica, sendo visualizados ainda os sensores (S1) de queda de energia acoplados na fibra óptica dos sistemas de transmissão entre a Unidade de Banda Base (UBB) e o rádio de cada torre (T1). Mostra ainda a Figura 7 o Sistema de Cadastro e Medida (S2), com o OTDR 1650nm (100) e chave óptica (101) atuando nas respectivas fibras ópticas (102).[036] Figure 7 shows towers (T1) with radios and antennas powered by electricity, and the power failure sensors (S1) coupled to the optical fiber of the transmission systems between the Baseband Unit (UBB) and the radio of each tower (T1). Figure 7 also shows the Registration and Measurement System (S2), with the 1650nm OTDR (100) and optical key (101) acting on the respective optical fibers (102).

[037] Segundo a Figura 7, cada fibra óptica (102) que transporta o sinal de transmissão das torres possui uma curva própria, que é armazenada no sistema de cadastro e medida (S2). Em condições normais de operação todas as curvas do OTDR, de cada fibra óptica (102), apresenta o Pico de Fresnell, pois os equipamentos elétricos das torres (T1) estão energizados. Caso ocorra interrupção no fornecimento de energia de um ou mais equipamentos, o Pico de Fresnell referente ao equipamento com falta de energia desaparece da respectiva curva e pelo sistema de cadastro é possível determinar exatamente qual torre (T1) está com falta de energia.[037] According to Figure 7, each optical fiber (102) that carries the transmission signal from the towers has its own curve, which is stored in the registration and measurement system (S2). Under normal operating conditions, all the OTDR curves of each optical fiber (102) present the Fresnell Peak, as the electrical equipment of the towers (T1) is energized. If there is an interruption in the supply of energy to one or more equipment, the Fresnell Peak referring to the equipment with a lack of energy disappears from the respective curve and through the registration system it is possible to determine exactly which tower (T1) has a lack of energy.

[038] Conforme mostrado nas Figuras 5A até 6B, a invenção utiliza o movimento eletromecânico da lâmina (4) de relés convencionais, que provoca uma deformação na fibra nua (2) que está acomodada em uma estrutura (1) inserida dentro do relé prendendo a extremidade da fibra de um lado (3) e deixando solta a outra extremidade que está perfeitamente clivada e protegida contra sujeira (5).[038] As shown in Figures 5A to 6B, the invention uses the electromechanical movement of the blade (4) of conventional relays, which causes a deformation in the bare fiber (2) that is accommodated in a structure (1) inserted inside the relay holding the end of the fiber on one side (3) and leaving the other end loose, which is perfectly cleaved and protected from dirt (5).

[039] A invenção tem a característica de utilizar o efeito Fresnell que ocorre na interface Fibra/AR, o que resulta sempre em um pico muito bem definido que representa exatamente o fim da fibra óptica que está passando por dentro da mecânica do relé, que, quando está com a bobina energizada (6) a força eletromagnética vence a força da mola (7) puxando a lâmina (4) de forma a não deformar a fibra nua (2) que está passando em frente à lâmina. A fibra sem sofrer deformação consequentemente não atenua o sinal do OTDR e, portanto, nesta condição o sistema interpreta que o circuito elétrico monitorado pelo relé possui energia elétrica em função da presença do Pico de Fresnell na curva do OTDR (8) (Figura 5B).[039] The invention has the characteristic of using the Fresnell effect that occurs at the Fiber/AR interface, which always results in a very well-defined peak that represents exactly the end of the optical fiber that is passing through the relay mechanics, which , when the coil is energized (6) the electromagnetic force overcomes the force of the spring (7) pulling the blade (4) so as not to deform the bare fiber (2) that is passing in front of the blade. The fiber without undergoing deformation consequently does not attenuate the OTDR signal and, therefore, in this condition, the system interprets that the electrical circuit monitored by the relay has electrical energy due to the presence of the Fresnell Peak in the OTDR curve (8) (Figure 5B) .

[040] Tecnicamente, o deslocamento da lâmina (4) do relé, que retorna para sua posição de descanso em função da mola que puxa a referida lâmina em virtude da ausência da força eletromagnética, faz com haja o corte devido à queda de energia do circuito elétrico conectado à bobina do relé. Ao retornar para a posição original, a lâmina provoca uma deformação (10) controlada na fibra óptica que causa uma atenuação no sinal do OTDR fazendo desaparecer o Pico de Fesnell (9) (Figura 6B).[040] Technically, the displacement of the blade (4) of the relay, which returns to its rest position due to the spring that pulls the said blade due to the absence of electromagnetic force, causes the cut due to the power drop of the electrical circuit connected to the relay coil. Upon returning to the original position, the blade causes a controlled deformation (10) in the optical fiber that causes an attenuation in the OTDR signal, causing the Fesnell Peak (9) to disappear (Figure 6B).

[041] A invenção permite analisar a curva apresentada pelo equipamento OTDR, que no eixo X mostra a distância e no eixo Y a potência relativa de cada pulso de laser lançado e retornado na mesma extremidade no final da fibra que está sendo utilizada como sensor da queda de energia através da presença ou ausência do Pico de Fresnell, que sempre ocorre na extremidade oposta da fibra que está perfeitamente clivada em relação ao seu eixo horizontal.[041] The invention allows analyzing the curve presented by the OTDR equipment, which in the X axis shows the distance and in the Y axis the relative power of each laser pulse launched and returned at the same end at the end of the fiber that is being used as a sensor of the energy drop through the presence or absence of the Fresnell Peak, which always occurs at the opposite end of the fiber that is perfectly cleaved with respect to its horizontal axis.

[042] É ainda uma característica da invenção o fato de poder ser utilizada em fibra dedicada somente para o transporte da informação do sensor ou também na própria fibra que transporta o sinal de transmissão entre a UBB e as torres (T1), que neste caso, faz o uso de um acoplador óptico na saída do equipamento de transmissão na UBB e outro acoplador óptico na entrada do sistema de recepção na torre. O Acoplador óptico tem a função de juntar o sinal de transmissão do sistema rádio e o sinal do OTDR na mesma fibra, sem causar interferência ou penalidade de potência.[042] It is also a feature of the invention that it can be used in a dedicated fiber only for the transport of sensor information or also in the fiber itself that carries the transmission signal between the UBB and the towers (T1), which in this case , makes use of an optical coupler at the output of the transmission equipment at the UBB and another optical coupler at the input of the reception system in the tower. The optical coupler has the function of joining the radio system transmission signal and the OTDR signal in the same fiber, without causing interference or power penalty.

Claims

"POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF ELECTRICAL AC/DC RELAYS", characterized by using the electromechanical movement of the blade (4) of conventional relays, which causes a deformation in the bare fiber (2) that is accommodated in a structure (1) inserted inside the relay, holding the end of the fiber on one side (3) and leaving the other end loose, which is perfectly cleaved and protected against dirt (5); the invention uses the Fresnell effect that occurs at the Fiber/AR interface, which always results in a well-defined peak that represents exactly the end of the optical fiber that is passing through the relay mechanics, which, when the coil is energized ( 6), the electromagnetic force overcomes the force of the spring (7) pulling the blade (4) so as not to deform the bare fiber (2) that is passing in front of the blade.

"POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTICS DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF ELECTRICAL AC/DC RELAYS", according to claim 1, characterized in that the fiber without undergoing deformation does not attenuate the OTDR signal and, in this condition, the system interprets that the electrical circuit monitored by the relay has electrical energy due to the presence of the Fresnell Peak in the OTDR curve (8).

"POWER FALL DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF AC/DC ELECTRICAL RELAYS", according to claims 1 and 2, characterized by the displacement of the blade (4) of the relay, which returns to its rest position due to the spring that pulls said blade due to the absence of the electromagnetic force, it causes the cut due to the loss of energy of the electrical circuit connected to the relay coil; when returning to the original position, the blade causes a controlled deformation (10) in the optical fiber that causes an attenuation in the OTDR signal causing the Fesnell Peak (9) to disappear.

"POWER SHUTDOWN DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTIC DIRECTLY COUPLED TO THE AC/DC RELAY MECHANISM", according to claims 2 and 3, characterized by allowing the analysis of the curve presented by the OTDR equipment, which in the X axis shows the distance and on the Y axis the relative power of each laser pulse launched and returned at the same end at the end of the fiber that is being used as a sensor of the energy drop through the presence or absence of the Fresnell Peak, which always occurs at the opposite end of the fiber which is perfectly cleaved with respect to its horizontal axis.

"POWER FALL DETECTION SYSTEM VIA FIBER OPTICS DIRECTLY COUPLED TO THE MECHANISM OF ELECTRICAL AC/DC RELAYS", according to one of the previous claims, characterized in that it can be used in dedicated fiber only for the transport of sensor information or also in the fiber itself that carries the transmission signal between the UBB and the towers (T1), which in this case uses an optical coupler at the output of the transmission equipment at the UBB and another optical coupler at the input of the tower's reception system; The optical coupler joins the radio system transmission signal and the OTDR signal on the same fiber, without causing interference or power penalty.