FR3066024A1 - DEVICE FOR MEASURING REPROGRAMMABLE LEAKAGE CURRENT - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif de mesure du courant du fuite reprogrammable pour aéronef comprenant au moins un contrôleur d'alimentation à semi-conducteurs (SSPC '1, SSPC'2) destiné à commander l'alimentation d'une charge avionique (CH'1, CH'2) et comprenant plusieurs sorties, le dispositif comprenant des moyens de mesure (T'11, T 12, T'13, T'21, T '22, T '23) du courant des sorties du contrôleur d'alimentation à semi-conducteurs . Chaque sortie dudit au moins un contrôleur d'alimentation à semi conducteur est reliée à un moyen de mesure.This device for measuring the leakage current reprogrammable for aircraft comprising at least one semiconductor power supply controller (SSPC '1, SSPC'2) for controlling the supply of an avionic load (CH'1, CH' 2) and comprising a plurality of outputs, the device comprising measuring means (T'11, T12, T'13, T'21, T'22, T'23) of the output current of the semiconductor power supply controller. drivers. Each output of said at least one semiconductor power controller is connected to a measuring means.
Description
Dispositif de mesure du courant de fuite reprogrammableReprogrammable leakage current measurement device
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de courant de fuite reprogrammable et concerne plus particulièrement un dispositif de détection de courant de défaut à la masse : GFI (« Ground Fault Interrupter », en anglais) permettant de réaliser une mesure de courant différentiel reprogrammable.The present invention relates to a reprogrammable leakage current measurement device and relates more particularly to a ground fault current detection device: GFI (“Ground Fault Interrupter”, in English) making it possible to carry out a differential current measurement reprogrammable.
Lors d’un défaut électrique dans un circuit électrique, la mesure d’un courant de fuite entre deux ou plusieurs composants du circuit permet de détecter l’existence d’un défaut.During an electrical fault in an electrical circuit, measuring a leakage current between two or more components of the circuit makes it possible to detect the existence of a fault.
Le courant de fuite est généré par un composant branché en court-circuit, un mauvais branchement d’un élément quelconque ou lors de la dégradation d’un composant.Leakage current is generated by a component connected in short circuit, improper connection of any element or during the degradation of a component.
Le courant de fuite dégrade les éléments qu’il traverse et présente un danger pour les personnes.The leakage current degrades the elements it passes through and presents a danger to people.
Lors de la détection d’un courant de fuite, un organe de coupure est commandé. Il coupe le circuit afin d’isoler l’équipement défaillant. L’actionnement de l’organe de coupure préserve les éléments du circuit et protège les personnes.When a leakage current is detected, a breaking device is controlled. It cuts the circuit in order to isolate the faulty equipment. The actuation of the cut-off device preserves the elements of the circuit and protects people.
La détection d’un courant de fuite est généralement réalisée à l’aide d’un transformateur dont plusieurs enroulements couplent les différentes phases alimentant le circuit électrique de distribution de puissance et un enroulement de mesure permet de mesurer le courant différentiel.The detection of a leakage current is generally carried out using a transformer, several windings of which couple the different phases supplying the electric power distribution circuit, and a measurement winding enables the differential current to be measured.
Des transformateurs différentiels sont utilisés pour détecter un courant de fuite dans un circuit électrique d’un aéronef. Ils sont implantés dans les cœurs électriques sur les barres de distribution de courant des réseaux primaires d’alimentation électrique ou sur les cartes électroniques des réseaux secondaires. Les cartes électroniques du réseau secondaire sont généralement des contrôleurs d’alimentation à semi-conducteurs à plusieurs voies SSPC (« Solid State Power Controller », en anglais). Chaque voie de la carte SSPC contrôle l’alimentation électrique d’une charge électrique de l’aéronef.Differential transformers are used to detect a leakage current in an aircraft electrical circuit. They are installed in the electrical cores on the current distribution bars of the primary power supply networks or on the electronic cards of the secondary networks. The secondary network electronic cards are generally solid state power controllers (SSPC). Each channel on the SSPC card controls the power supply to an aircraft electrical load.
La figure 1 illustre un circuit électrique GFI comprenant une carte électronique SSPC multivoies protégée par un dispositif de détection de courant de fuite dans un aéronef selon l’état de la technique.FIG. 1 illustrates a GFI electrical circuit comprising a multi-path SSPC electronic card protected by a leakage current detection device in an aircraft according to the state of the art.
Le circuit comporte une génératrice triphasée G entraînée par une turbine de l’aéronef alimentant un contrôleur d’alimentation SSPC par l’intermédiaire de barres de distribution de courant. Le contrôleur SSPC comporte n voies SSPC1, SSPC2,... SSPCn, un processeur CPU et un transformateur de mesure T. Chaque phase des barres de distribution de courant comporte un enroulement du transformateur T relié entre la génératrice et les voies SSPC1, SSPC2,..., SSPCn du contrôleur SSPC, et l’enroulement de mesure du transformateur T est relié au processeur CPU. Le contrôleur SSPC alimente n charges électriques de l’aéronef.The circuit includes a three-phase generator G driven by an aircraft turbine powering an SSPC power controller via current distribution bars. The SSPC controller comprises n channels SSPC1, SSPC2, ... SSPCn, a CPU processor and a measurement transformer T. Each phase of the current distribution bars comprises a winding of the transformer T connected between the generator and the channels SSPC1, SSPC2, ..., SSPCn of the SSPC controller, and the measurement winding of the transformer T is connected to the processor CPU. The SSPC controller supplies n electrical loads to the aircraft.
Les n voies du contrôleur SSPC sont reliées chacune à une charge avionique CH1, CH2..., CHn. Les voies SSPC1,..., SSPCn sont pilotés par le processeur CPU.The n channels of the SSPC controller are each connected to an avionics load CH1, CH2 ..., CHn. The SSPC1, ..., SSPCn channels are controlled by the CPU processor.
Le champ magnétique généré dans le transformateur T est proportionnel à la somme des courants le traversant. Le circuit est alimenté par un système triphasé équilibré. Par conséquent, lorsque le circuit n’est pas défaillant, le champ magnétique résultant dans le transformateur T est nul. Le courant I induit à l’enroulement de mesure du transformateur T est nul.The magnetic field generated in the transformer T is proportional to the sum of the currents passing through it. The circuit is supplied by a balanced three-phase system. Consequently, when the circuit is not faulty, the magnetic field resulting in the transformer T is zero. The current I induced at the measurement winding of the transformer T is zero.
Si le circuit est défaillant, par exemple si un contact est établi entre une phase raccordant la charge CHn et la masse du circuit par l’intermédiaire d’une structure métallique, un courant de fuite apparaît entre la phase et la masse. Le champ magnétique résultant dans le transformateur T est non nul. Par conséquent, sous l’effet de la variation du champ magnétique, le courant I est non nul. Le processeur CPU détecte la variation du courant et indique le disfonctionnement au système de gestion central de l’aéronef et/ou ordonne l’ouverture des différentes voies SSPC1, SSPC2,..., SSPCn du contrôleur SSPC pour isoler le circuit défaillant et protéger le reste du circuit d’alimentation électrique ainsi que les personnes.If the circuit is faulty, for example if a contact is established between a phase connecting the load CHn and the ground of the circuit by means of a metallic structure, a leakage current appears between the phase and the ground. The resulting magnetic field in the transformer T is not zero. Consequently, under the effect of the variation of the magnetic field, the current I is not zero. The processor CPU detects the variation in current and indicates the malfunction to the central management system of the aircraft and / or orders the opening of the different channels SSPC1, SSPC2, ..., SSPCn of the controller SSPC to isolate the faulty circuit and protect the rest of the electrical power system as well as people.
Cependant, le transformateur de mesure T est de grande taille, et fonctionne à basse fréquence (360-800Hz). Il doit en outre laisser passer des courants de 5 à 25 ampères. Par conséquent, un seul transformateur de mesure T est utilisé pour plusieurs voies du contrôleur pour réduire l’encombrement du dispositif. L’utilisation d’un seul transformateur a pour inconvénient de ne pas permettre l’identification de la voie en défaut. Le processeur CPU peut soit transmettre l’information concernant la présence d’un défaut ou déconnecter l’ensemble des barres de distribution de courant. Par conséquent, plus aucune charge avionique raccordée au contrôleur SSPC n’est alimentée.However, the measurement transformer T is large, and operates at low frequency (360-800Hz). It must also allow currents of 5 to 25 amps to pass. Consequently, a single measurement transformer T is used for several channels of the controller to reduce the size of the device. The disadvantage of using a single transformer is that it does not allow the faulty track to be identified. The CPU processor can either transmit information concerning the presence of a fault or disconnect all the current distribution bars. As a result, no more avionics loads connected to the SSPC controller are supplied.
De plus, certaines charges avioniques sont connectées directement entre une phase et la masse mécanique, le neutre de la génératrice étant relié à la masse mécanique. En cas de défaillance d’une une telle configuration, le courant de fuite est égal au courant fonctionnel et rend impossible l’utilisation du dispositif de détection de défaut de masse GFI (« Ground Fault Interrupter », en anglais) sur toutes les voies du contrôleur SSPC.In addition, certain avionic loads are connected directly between a phase and the mechanical mass, the neutral of the generator being connected to the mechanical mass. In the event of failure of such a configuration, the leakage current is equal to the functional current and makes it impossible to use the ground fault detection device GFI (“Ground Fault Interrupter”, in English) on all channels of the SSPC controller.
Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients liés à la méthode de détection des courants de fuite d’un circuit électrique d’un aéronef.The object of the invention is therefore to overcome the drawbacks associated with the method of detecting leakage currents of an electrical circuit of an aircraft.
Au vu de ce qui précède, l’invention propose un dispositif de mesure de courant de fuite reprogrammable pour aéronef, comprenant au moins un contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs destiné à commander l’alimentation d’une charge avionique et comprenant plusieurs sorties, le dispositif comprenant des moyens de mesure du courant des sorties du contrôleur d’alimentation.In view of the above, the invention provides a reprogrammable leakage current measurement device for aircraft, comprising at least one semiconductor power controller intended to control the supply of an avionics load and comprising several outputs , the device comprising means for measuring the current of the outputs of the power controller.
Selon une caractéristique du dispositif selon l’invention, chaque sortie dudit au moins un contrôleur d’alimentation à semi conducteur est reliée à un moyen de mesure.According to a characteristic of the device according to the invention, each output of said at least one semiconductor power controller is connected to a measuring means.
Selon une autre caractéristique, les moyens de mesure comprennent des transformateurs haute fréquence de mesure du courant.According to another characteristic, the measurement means comprise high frequency transformers for measuring the current.
Avantageusement, le dispositif comprend en outre des moyens de contrôle du au moins un contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs, des premiers moyens de raccordement reliant les moyens de mesure aux moyens de contrôle et des seconds moyens de raccordement reliant les moyens de contrôle audit au moins un contrôleur d’alimentation.Advantageously, the device further comprises means for controlling the at least one semiconductor power controller, first connection means connecting the measurement means to the control means and second connection means connecting the control means to said at least one power controller.
De préférence, les premiers moyens de raccordement comprennent un ou plusieurs multiplexeurs. L’invention a également pour objet un procédé de mesure du courant de fuite pour la mise en œuvre d’un dispositif de mesure du courant de fuite reprogrammable pour aéronef comprenant au moins un contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs pour l’alimentation électrique d’au moins une charge avionique et comprenant plusieurs sorties, des moyens de mesure du courant des sorties du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs, des moyens de contrôle du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs.Preferably, the first connection means comprise one or more multiplexers. The invention also relates to a leakage current measurement method for the implementation of a reprogrammable leakage current measurement device for aircraft comprising at least one semiconductor power controller for the power supply. at least one avionics load and comprising several outputs, means for measuring the current of the outputs of the semiconductor power controller, means for controlling the semiconductor power controller.
Selon une caractéristique du procédé selon l’invention, dès qu’un courant de fuite est détecté par les moyens de contrôle sur une sortie du au moins un contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs, les moyens de contrôle coupent l’alimentation électrique des sorties dudit au moins un contrôleur d’alimentation.According to a characteristic of the method according to the invention, as soon as a leakage current is detected by the control means on an output of the at least one semiconductor power controller, the control means cut off the electrical supply of the outputs of said at least one power controller.
Avantageusement, les moyens de mesure sont des transformateurs haute fréquence de mesure du courant fonctionnant à flux magnétique nul.Advantageously, the measurement means are high frequency transformers for measuring the current operating at zero magnetic flux.
Selon une autre caractéristique du procédé, la au moins une charge avionique est connectée entre phases ou entre phase et masse.According to another characteristic of the method, the at least one avionic load is connected between phases or between phase and ground.
Avantageusement, la configuration des moyens de mesure est configurable. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessous annexés sur lesquels : - La figure 1, dont il a déjà été fait mention, est une vue schématique d’un dispositif de détection et de mesure du courant de fuite dans un circuit électrique d’un aéronef selon l’état de la technique ; - La figure 2 est une vue schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de détection et de mesure du courant de fuite dans un circuit électrique d’un aéronef, conforme à l’invention ; et - La figure 3 est une vue schématique d’un second mode de réalisation d’un dispositif de détection et de mesure du courant de fuite dans un circuit électrique d’un aéronef, conforme à l’invention.Advantageously, the configuration of the measurement means is configurable. Other objects, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and made with reference to the appended below in which: - Figure 1, which it has already was mentioned, is a schematic view of a device for detecting and measuring the leakage current in an electrical circuit of an aircraft according to the state of the art; - Figure 2 is a schematic view of a first embodiment of a device for detecting and measuring the leakage current in an electrical circuit of an aircraft, according to the invention; and - Figure 3 is a schematic view of a second embodiment of a device for detecting and measuring the leakage current in an electrical circuit of an aircraft, according to the invention.
On se réfère à la figure 2 qui illustre un premier mode de réalisation d’un dispositif de mesure du courant de fuite conforme à l’invention. Ce dispositif détecte et mesure le courant de fuite lors d’une défaillance, et identifie la ligne d’alimentation de la charge électrique défaillante.Reference is made to FIG. 2 which illustrates a first embodiment of a device for measuring the leakage current according to the invention. This device detects and measures the leakage current in the event of a fault, and identifies the supply line for the faulty electrical load.
Le dispositif de mesure du courant comporte un contrôleur d’alimentation SSPC’ multivoies.The current measurement device includes a multi-channel SSPC power controller.
Dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif et par souci de clarté, le contrôleur d’alimentation SSPC’ comporte deux voies.In what follows, by way of nonlimiting example and for the sake of clarity, the power controller SSPC ’has two channels.
Le circuit électrique comporte une génératrice G’ entraînée par une turbine de l’aéronef. Les sorties de la génératrice sont raccordées au contrôleur d’alimentation électrique SSPC’ à deux voies. Les sorties du contrôleur SSPC’ alimentent les charges CH’b CH’2 de l’aéronef.The electrical circuit includes a generator G ’driven by a turbine of the aircraft. The generator outputs are connected to the two-way SSPC ’power supply controller. The outputs of the SSPC controller ’feed the aircraft’s CH’b CH’2 loads.
Le contrôleur SSPC’ comporte deux lignes d’alimentation électrique ALIMi et ALIM2 alimentant les charges CH’i et CH’2 associées et un processeur CPU’ comme moyens de contrôle.The SSPC controller ’has two power supply lines ALIMi and ALIM2 supplying the associated loads CH’i and CH’2 and a processor CPU’ as control means.
On peut également citer comme autre exemple de moyens de contrôle un système de portes logiques utilisant un amplificateur opérationnel associé à un comparateur.Another example of control means that can also be cited is a logic gate system using an operational amplifier associated with a comparator.
Les voies ALIMi et ALIM2 sont de constitution identique. Par la suite, l’architecture de la voie d’alimentation ALIM2 est détaillée.The ALIMi and ALIM2 channels are of identical constitution. Subsequently, the architecture of the ALIM2 supply path is detailed.
Les entrées de la voie d’alimentation ALIM2 sont reliées à la génératrice G’ et à la masse de l’aéronef GND’. Les sorties de la voie ALIM2 sont reliées à la charge CH’2.The inputs of the supply line ALIM2 are connected to the generator G ’and to the ground of the aircraft GND’. The outputs of the ALIM2 channel are connected to the CH’2 load.
La voie ALIM2 comporte un contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2, un multiplexeur MLX2 et trois transformateurs haute fréquence de mesure du courant de constitution identique T’2i, T’22, T’23 comprenant chacun un circuit primaire comprenant un enroulement primaire et un circuit secondaire comprenant un enroulement secondaire.The ALIM2 channel includes a SSPC'2 semiconductor power controller, an MLX2 multiplexer and three high-frequency transformers for measuring the current of identical constitution T'2i, T'22, T'23 each comprising a primary circuit comprising a primary winding and a secondary circuit comprising a secondary winding.
Les entrées du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2 sont reliées à la génératrice G’ et à la masse GND’ de la génératrice G’. Les sorties du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2 sont reliées à la charge CH’2. Chaque première connexion de l’enroulement primaire d’un transformateur haute fréquence de mesure du courant T’2i, T’22, T’23 est reliée à une sortie différente du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2 et la seconde connexion de l’enroulement primaire de chaque transformateur est reliée à la phase de la charge CH’2 correspondante à la sortie du contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2.The inputs of the SSPC’2 semiconductor power controller are connected to generator G ’and to GND’ of generator G ’. The outputs of the SSPC’2 semiconductor power controller are connected to the CH’2 load. Each first connection of the primary winding of a high-frequency transformer for measuring current T'2i, T'22, T'23 is connected to a different output of the semiconductor power controller SSPC'2 and the second connection of the primary winding of each transformer is connected to the phase of the load CH'2 corresponding to the output of the semiconductor power controller SSPC'2.
Les connexions de l’enroulement secondaire des transformateurs T’2i, T’22, T’23 sont reliées aux entrées d’un multiplexeur MLX2. La sortie du multiplexeur MLX2 est reliée à une unité de traitement CPL’. Par exemple, l’unité de traitement est réalisée à partir d’un processeur, mais il peut s’agir de tout dispositif apte à contrôler un contrôleur SSPC. Il peut notamment s’agir d’un microcontrôleur.The connections of the secondary winding of transformers T’2i, T’22, T’23 are connected to the inputs of an MLX2 multiplexer. The output of the MLX2 multiplexer is connected to a PLC processing unit ’. For example, the processing unit is made from a processor, but it can be any device capable of controlling an SSPC controller. It can in particular be a microcontroller.
Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 3, le contrôleur SSPC’ comporte un multiplexeur MLX remplaçant les multiplexeurs MLXi et MLX2. Les connexions de l’enroulement secondaire de tous les transformateurs haute fréquence de mesure du courant T’n, T’i2, T’i3 , T’2i, T’22 et T’23 du contrôleur SSPC’ sont reliées aux entrées du multiplexeur MUX. La sortie du multiplexeur MUX est reliée à une unité de traitement CPU’. L’utilisation d’un transformateur par phase et d’un ou de plusieurs multiplexeurs permettent de reprogrammer la mesure du courant différentiel en fonction des phases à mesurer.According to another embodiment illustrated in FIG. 3, the SSPC controller ’comprises an MLX multiplexer replacing the MLXi and MLX2 multiplexers. The connections of the secondary winding of all the high-frequency transformers for measuring the current T'n, T'i2, T'i3, T'2i, T'22 and T'23 of the SSPC 'controller are connected to the inputs of the multiplexer MUX. The output of the MUX multiplexer is connected to a CPU processing unit ’. The use of a transformer per phase and one or more multiplexers allow reprogramming the measurement of the differential current according to the phases to be measured.
Le CPU’ sélectionne et inhibe la mesure des voies connectées au dispositif de détection de défaut de masse GFI (« Ground Fault Interrupter », en anglais) par l’intermédiaire du multiplexeur MUX ou des multiplexeurs MUXi et MUX2.The CPU selects and inhibits the measurement of the channels connected to the ground fault detection device GFI ("Ground Fault Interrupter" in English) via the MUX multiplexer or the MUXi and MUX2 multiplexers.
La sélection des voies peut se faire par l’intermédiaire de tout autre système de sélection connu.Channel selection can be done through any other known selection system.
Le processeur CPU’ est relié aux contrôleurs d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’i et SSPC’2.The CPU ’is connected to the SSPC’i and SSPC’2 solid state power controllers.
En fonctionnement, le processeur CPU’ sélectionne les voies à surveiller par l’intermédiaire du multiplexeur MUX ou des multiplexeurs MUXi et MUX2. Le processeur CPU’ peut à tout moment modifier la configuration des multiplexeurs pour sélectionner d’autres voies à surveiller, notamment en fonction des charges raccordées ou balayé alternativement les voies ALIMi et ALIM2 pour détecter un défaut sur l’une des voies.In operation, the processor CPU ’selects the channels to be monitored via the MUX multiplexer or the MUXi and MUX2 multiplexers. The CPU ’can modify the configuration of the multiplexers at any time to select other channels to monitor, in particular according to the connected loads or alternately sweep the ALIMi and ALIM2 channels to detect a fault on one of the channels.
Les transformateurs haute fréquence de mesure du courant fonctionnent à champs magnétique nul. Un courant est injecté dans le circuit secondaire des transformateurs pour réguler une tension de sortie nulle et conserver une induction proche de 0 tesla. De la valeur des courants injectés dans les circuits secondaires des transformateurs, on en déduit la valeur des courants circulant dans les phases de la voie sélectionnée.High frequency current measurement transformers operate at zero magnetic field. A current is injected into the secondary circuit of the transformers to regulate a zero output voltage and maintain an induction close to 0 tesla. From the value of the currents injected into the secondary circuits of the transformers, the value of the currents flowing in the phases of the selected channel is deduced.
Avantageusement, l’architecture décrite permet la reconfiguration du dispositif de détection de défaut de masse GFI sur toutes les voies. L’utilisation de transformateurs haute fréquence de mesure du courant fonctionnant en champs magnétique nul réduit le volume du circuit magnétique. Par conséquent, l’encombrement des transformateurs est réduit. L’espace occupé par le circuit imprimé ou PCB (« printed circuit board » en anglais) supportant le dispositif reste donc limité.Advantageously, the architecture described allows the reconfiguration of the GFI ground fault detection device on all channels. The use of high frequency current measurement transformers operating in zero magnetic fields reduces the volume of the magnetic circuit. Consequently, the size of the transformers is reduced. The space occupied by the printed circuit board (PCB) supporting the device therefore remains limited.
Lorsqu’un défaut est détecté sur une phase, par exemple sur la voie ALIM2, le processeur CPU’ commande l’ouverture de la voie ALIM2 en pilotant le contrôleur d’alimentation à semi-conducteurs SSPC’2.When a fault is detected on a phase, for example on the ALIM2 channel, the CPU processor controls the opening of the ALIM2 channel by controlling the semiconductor power controller SSPC’2.
Par conséquent, seule la voie en défaut est ouverte.Consequently, only the faulty channel is open.
Lorsqu’une ou plusieurs voies sont raccordées à des charges connectées entre phases et masse, l’architecture présentée permet de conserver la fonction de détection de défaut de masse GFI sur les autres voies.When one or more channels are connected to loads connected between phases and ground, the architecture presented makes it possible to keep the GFI ground fault detection function on the other channels.
Avantageusement, le dispositif de mesure du courant de fuite mesure le courant de fuite avec une précision suffisante pour assurer la protection des personnes et des équipements.Advantageously, the leakage current measurement device measures the leakage current with sufficient precision to ensure the protection of people and equipment.
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| FR3066024B1 (en) | 2019-05-10 |
| WO2018202769A1 (en) | 2018-11-08 |
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