CN108983041A - 用于检测电线中故障的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于管理对布线系统(12)中故障进行检测的设备(30、130、230)和方法。布线系统(12)由供电线(32、132、232)构成并且可以包括回线(233)。供电线(32、132、232)将电源(40、140、240)连接到负载端(48、148、248)。故障检测设备(30、130、230)沿电线定位在电源(40、140、240)与负载端(48、148、248)之间，并且可以包括第一电阻器(R1)和第二电阻器(R2)、电压监测器(54、154、254)和指示器(58、158、258)。

Description

用于检测电线中故障的设备
技术领域
本申请主要涉及故障检测，具体地，涉及用于检测供电线中的故障的设备和方法。
背景技术
商用飞行器通常包括配电系统。所述配电系统的用途是向飞行器上的负载分配电力、保护电线和负载免受危害，并且将最适当的电源经由线路连接到每个负载。所述配电系统内沿布线(wiring)设置的故障检测机构可有助于维护和安全性。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及一种用于检测供电线中的故障的设备，所述供电线将负载连接到电源并且从第一端延伸到第二端，所述设备包括：导电屏蔽(conductivescreen)，所述导电屏蔽围绕所述供电线的至少一部分并且与所述供电线间隔开，并且在所述第一端与所述第二端之间延伸；第一电阻元件，所述第一电阻元件连接在所述供电线与所述屏蔽之间第一端处；电压监测器，所述电压监测器设置成测量所述屏蔽在所述第二端处的电压；以及指示器，所述指示器连接到所述电压监测器，其中如果所述屏蔽在所述第二端处的测得电压偏离参考电压，则所述指示器配置成指示故障。
在另一个方面中，本公开涉及一种用于检测供电线中的故障的方法，所述供电线将供电端处的电源与负载端处的负载相连接，所述方法包括：测量所述导电屏蔽的供电端处的电压，所述导电屏蔽围绕所述供电线并且与所述供电线间隔开，并且在所述供电端与所述负载端之间延伸；将测得电压与参考电压进行比较；以及如果所述测得电压偏离所述参考电压，则指示故障。
附图说明
在附图中：
图1是具有配电系统的飞行器的示意图，所述配电系统具有分布在所述飞行器各处的布线。
图2是用于图1所示配电系统的示例性故障检测设备的示意图。
图3是用于图1所示配电系统的第二示例性故障检测设备的示意图。
图4是用于图1所示配电系统的第三故障检测设备的示意图。
具体实施方式
本公开的方面涉及一种故障检测设备。出于说明目的，本公开将参照飞行器配电系统进行描述。但是应理解，本公开不限于此并且可以普遍适用于非飞行器应用中，例如非飞行器配电应用中的其他故障检测要求。
本说明书中所讨论的本公开的方面提供了一种用于飞行器输电线的故障检测系统。标准导线改为屏蔽线(screened wire)。所述屏蔽用于为输电线提供额外的物理保护，并且检测电线的或布线绝缘的任何击穿所造成的各种连接性故障。
本说明书中所用的“一组”可以包括任意数量的对应所述元件，包括仅一个元件。此外，所有方向性词语(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、后部等)仅用于标识目的以帮助读者理解本公开，并不构成限制，特别是对位置、定向或有关本公开的使用限制。除非另作说明，否则连接性词语(例如，附接、联接、连接和接合)应被广义地解释可包括元件集合之间的中间构件以及这些元件之间的相对移动。因此，连接性词语未必意指两个元件直接相连并且彼此固定。示例性附图仅用于说明目的，附图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可以变化。
图1示出了飞行器2，所述飞行器还可以包括机身4、位于机身4中的驾驶舱6以及从机身4向外延伸的机翼组件8。飞行器2还可以包括多个发动机，包括涡轮发动机10，所述涡轮发动机的非限制性示例可以是涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或涡轮螺旋桨发动机。尽管示出的是商用飞行器2，但可以预期，本说明书中所描述的公开内容的多个方面可以用于任何类型的飞行器2中。此外，尽管每个机翼组件8上示出了两个涡轮发动机10，但应理解，可以包括机翼组件8上具有任何数量的涡轮发动机10，包括单个涡轮发动机10，或者甚至可以包括机身4内安装单个涡轮发动机。
配电系统12以虚线示出。配电系统单元14可以通过主馈电线(main power feed)18连接到至少一个发电机16以便接收电力。可以预期，如图所示，配电单元14可以连接到多个发电机16。然后，配电单元14根据不同操作系统的负载要求，经由电线20将电力分配到飞行器各处。飞行器结构22可以用作某些操作系统的回线(return wire)。应理解，针对不同飞行器发动机布置的其他单元布置也将受益于本说明书中所讨论的公开内容，并且示例性电线20仅用于说明目的，并不旨在具有限制性。
图2是可以用在配电系统12中的示例性故障检测设备30。故障检测设备30可以设置在沿电线20的任何适当位置处，以非限制性方式举例而言，可以设置在沿供电线32的任何适当位置处。供电线32可以在第一端与第二端之间延伸，其中所述第一端是在负载46处的负载端48，并且所述第二端是在电源40处的供电端38。供电线32在供电端38处连接到保护装置34。保护装置34进一步连接到电源40并且可以包括开关42。开关42可以处于断开状态44或闭合(未图示)状态。
所使用的电源40可以是任何数量的飞行器架构拓扑，并且可以与多个电压相关联。以非限制性示例而言，28Vdc或270Vdc系统可以通过布线20分配到飞行器各处，并且通过飞行器结构22或回线网络(return network)返回。115Vac系统可以以三相或单相形式分配，并且通过飞行器结构22或回线网络返回。+/-270Vdc系统通常通过一对电线20分配并且返回。
供电线32从电源40延伸到负载端48处的负载46。负载46可以是飞行器中任何类型的电气负载，包括但不限于辅助液压泵、燃料增压泵、照明、航空电子设备、防冰和防雨装置、商用负载和货物装载装置。
导电屏蔽50围绕供电线32并且用绝缘体(未图示)与其隔开。导电屏蔽50可以从供电端38延伸到负载端48。第一电阻元件在负载端48处连接到供电线32，并且在负载端48处连接到导电屏蔽50，作为非限制性示例，所述第一电阻元件可以是具有已知电阻的电阻器R1。作为飞行器结构22的非限制性示例，第二电阻元件，例如，具有已知电阻的电阻器R2可以在供电端38处连接到导电屏蔽50并且连接到地52。电压监测器54与电阻器R2并联，使得在操作期间读取和监测跨电阻器R2的电压。
出于说明目的，连接器56设置在故障检测设备30的中心位置处。连接器56示出导电屏蔽50和供电线32可以穿过障碍并且仍然传导电力。
指示器58连接到电压监测器54，以指示供电线32中的故障。测得电压VM可以作为电压监测器54的读数显示在指示器58上。还可以预期，指示器58可以简单地通过灯光、可听见信号或处理器输出来指示供电线32中已经发生故障。指示器58可以位于与故障检测设备30的其余部分物理分离的远程位置中。
在正常操作期间，由于已知负载和已知电阻器R1、R2，供应给负载的电流将为已知量。电阻器值R1、R2基于参考电压VR。参考电压VR分别源自供电端38和负载端48处的已知电压VS、VL。因此，参考电压VR是供电端38或负载端48处的电压量VS或VL的分数。可以预期，参考电压VR是电压VS或VL的1/3，作为非限制性示例，参考电压VR可以是负载端48处的电压VL的1/3。
在正常操作情况下，电压监测器54将指示测得电压VM等于参考电压VR。参考电压VR取决于与电压监测器54所连接的电路，因此可以是任何电压范围。在供电线32发生故障的情况下，电压监测器54将读取偏离参考电压VR的测得电压VM，并且向指示器58发送信号S1。
在供电线32损坏或破损的情况下，可能发生高阻抗或串联电弧。在此情况下，电压监测器54将指示测得电压VM小于参考电压VR。
在导电屏蔽50损坏或破损的情况下，将发生高阻抗或接地短路。在此情况下，电压监测器54将指示测得电压VM小于参考电压VR。
在供电线32包括接地短路的情况下，又将发生低于预期的电压，并且测得电压VM将小于参考电压VR。
在供电线32损坏并且受损部分位于导电屏蔽50内的情况下，可能发生并联电弧。在此情况下，电压监测器54将指示测得电压VM大于参考电压VR。
本说明书中所述的事件仅用于说明目的，并不旨在具有限制性。这些事件可以是已经检测到布线20中发生故障的任何事件。指示器58可以电连接到保护装置34以发送致使开关42断开的额外信号S2，并且通过这种方式切断对负载46的供电。
图3中示出了另一个示例性故障检测设备130。故障检测设备130与故障检测设备30(图2)类似；因此，类似部分将用相同数字加100进行标识，其中应理解，除非另有说明，否则对故障检测设备30的类似部分的描述也适用于故障检测设备130。
在故障检测设备130中，第一示例性故障检测设备30的保护装置34是固态功率变换器(SSPC)134。SSPC 134使配电系统12能够将接收到的直流(DC)电压转换成用于多个负载的不同电压。SSPC134可以包括晶体管136，作为非限制性示例，可以是场效应晶体管电路和下拉电路(pull-down circuit)145。下拉电路145可以包括两个额外电阻元件，作为非限制性示例，可以是电阻器R3和R4。
晶体管136是开关142，开关142即使在处于断开状态144时也将泄漏电流。泄漏电流将导致供电线132上出现泄漏电压。在此情况下，供电线132中的故障可以在切断电源时检测到。下拉电路145可以确保电压监测器154测得稳定的电压，即使当开关142处于断开状态144时。
在正常操作情况下，电压监测器154将指示测得电压VM等于参考电压VR。故障检测设备130中的参考电压VR同样由R1和R2，以及下拉电路145的已知电阻R3和R4决定。在供电线132发生故障的情况下，电压监测器154将读取偏离参考电压VR的测得电压VM，并且向指示器158发送信号S1。
此外，转向图4，故障检测设备230用于具有供电线232和回线233的电路中。故障检测设备230与故障检测设备30(图2)类似；因此，类似部分将用相同数字加上200进行标识，其中应理解，除非另有说明，否则对故障检测设备30的类似部分的描述也适用于故障检测设备230。
故障检测设备230是故障检测设备30的修改版，因为电阻器R1和R3将供电线232连接到回线233。R1和R3具有已知电阻，但具有不同的值，以偏置标称电压到非零值。例如，电阻器R3可以是R1电阻的两倍。
在正常操作情况下，电压监测器254将指示测得电压VM等于参考电压VR。参考电压VR取决于R1、R2和R3的值。在供电线232或回线233发生故障的情况下，电压监测器254将读取偏离参考电压VR的测得电压VM，并且向指示器258发送信号S1。
本说明书中所述的检测供电线32中的故障的方法包括测量导电屏蔽50的供电端38处的电压VM，所述导电屏蔽围绕供电线32并且与所述供电线间隔开。所述方法进一步包括将测得电压VM与参考电压VR进行比较，并且如果所述测得电压VM偏离参考电压VR，则指示故障。可以在指示器处使用阈值量，以最小化发送到开关42的错误信号。通过这种方式，所述方法包括仅在测得电压VM偏离参考电压VR的量超出阈值量时指示故障。所述方法包括使用电压监测器54来测量跨电阻器R2的电压，如相对于故障检测设备30和230所进行的讨论。所述方法进一步包括使用电压监测器154测量电压，所述电压监测器连接在SSPC 134的下拉电路145与导电屏蔽150之间，例如相对于故障检测设备130所进行的讨论。
所述方法可以进一步包括通过作为非限制性示例的灯光、可听见信号或处理器输出中的一者来指示故障。在接收到指示故障的信号S1之后，所述方法可以包括当指示故障时发送信号S2以切断供电线52的电源。在利用SSPC 134的情况下，所述切换可以包括断开SSPC 134中的场效应晶体管136。
本说明书中所讨论的多方面内容本将配电系统内发生电弧故障的可能性降至最小。同样地，将电弧故障的可能性降至最小还会使维护需求降至最低。本说明书中所述的故障检测设备可以用于执行必要的维护。
本公开提供了用于检测配电系统的电力布线和连接器内的电弧放电或功率损耗的解决方案。所述故障检测设备可以在发生显著能量损耗并因此损坏之前检测到布线中的故障。
在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可根据需要彼此组合使用。一个特征未在所有实施例中说明并不旨在解释成该特征无法用在这些实施例中，而是仅出于简要说明的目的。因此，不同实施例的各种特征可以根据需要组合和匹配，以形成新的实施例，无论所述新实施例是否被特别说明。前文所描述的特征的所有组合或排列均在本公开的范围内。
本说明书使用示例来描述本公开，包括最佳模式，同时也让本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造并使用任何装置或系统、并实施所涵盖的任何方法。本公开的专利保护范围由权利要求书限定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他示例。如果其他此类示例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类示例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类示例也应在权利要求书的覆盖范围内。

Claims (10)

1.一种用于检测供电线中的故障的设备，所述供电线将负载连接到电源并且从第一端延伸到第二端，所述设备包括：
导电屏蔽，所述导电屏蔽围绕所述供电线的至少一部分并且与所述供电线间隔开，并且在所述第一端与所述第二端之间延伸；
第一电阻元件，所述第一电阻元件连接在所述供电线与所述导电屏蔽之间所述第一端处；
电压监测器，所述电压监测器设置成测量所述屏蔽在所述第二端处的电压；以及
指示器，所述指示器连接到所述电压监测器；
其中如果所述屏蔽在所述第二端处的测得电压偏离参考电压，则所述指示器配置成指示故障。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括第二电阻元件，所述第二电阻元件连接在所述导电屏蔽与地和所述第二端之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一电阻元件和/或第二电阻元件的选定电阻基于所述参考电压。
4.根据权利要求2或3中的任一权利要求所述的设备，其中所述电压监测器与所述第二电阻元件并联。
5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，其中所述参考电压是所述供电线在所述第一端处的电压的分数。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述分数是1/3。
7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，进一步包括开关，所述开关当所述指示器指示故障时切断来自所述电源的供电。
8.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，其中所述指示器是灯光、可听见信号或处理器输出中的一者。
9.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，其中所述电源包括具有下拉电路的固态功率变换器(SSPC)，并且所述电压监测器与第二电阻元件并联在所述下拉电路与所述导电屏蔽之间。
10.一种用于检测供电线中的故障的方法，所述供电线将供电端处的电源与负载端处的负载相连接，所述方法包括：
测量所述导电屏蔽的供电端处的电压，所述导电屏蔽围绕所述供电线并且与所述供电线间隔开，并且在所述供电端与所述第一端之间延伸；
将测得电压与参考电压进行比较；以及
如果所述测得电压偏离所述参考电压，则指示故障。
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