RO132220A0 - Aparat şi metodă pentru monitorizarea permanentă a dispozitivelor şi traseelor electrice din circuitele electrice de joasă tensiune, în scopul determinării preventive a anomaliilor de funcţionare carepot produce defecte, incendii sau explozii, şi evitării acestora, bazat pe analiza semnăturii electrice de funcţionare a circuitelor instalaţiei - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un aparat şi o metodă pentru monitorizarea şi protejarea dispozitivelor, consumatorilor şi traseelor electrice din circuitele electrice de joasă tensiune. Aparatul conform invenţiei cuprinde o grupare externă (7) de măsură şi control, alcătuită dintr-o componentă de măsură (22) prevăzută cu sonde pentru măsurarea tensiunii, intensităţii curentului şi rezistenţei electrice, şi o componentă de decuplare (21) a circuitului defect, o unitate centrală (6) alcătuită dintr-un nucleu (30) de procesare şi memorare, o componentă de comunicare (28) prevăzută cu multiple magistrale (8, 9, 31) şi o grupare internă (29) de măsură şi control. Metoda conform invenţiei cuprinde etapele: încărcarea din memorie a semnăturilor electrice specifice şi a datelor nominale de funcţionare ale dispozitivelor instalaţiei de protejat, comunicarea bidirecţională cu unitatea centrală a acesteia, achiziţionarea continuă de date de către grupările externă şi internă, prin intermediul componentei de măsură, transmiterea acestora către unitatea centrală a aparatului, monitorizarea şi compararea continuă a datelor achiziţionate cu cele specifice, stabilirea stării de defect şi, în funcţie de rezultat, decuplarea ramurii respective de circuit.

Description

Invenția se refera la o metoda si un aparat care au ca scop detectarea stării de funcționare defectuasa a dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice din circuitele electrice de joasa tensiune, precum cele prezente in vehicule (autovehicule, nave, aeronave etc, cu sau fara om la bord, civile sau militare), autoutilitare sau alte tipuri de instalații electrice similare, de la primul moment al apariției anomaliilor in funcționare, pentru a împiedica producerea unor deteriorări accidentale grave a circuitelor, a unui incendiu sau explozii. In același timp, metoda si dispozitivul, oferă o cale de măsură si diagnoza a stării de funcționare corecta a aparatelor, consumatorilor si traseelor electrice, realizata prin monitorizare efectiva si permanenta, in absenta unui defect electric. Invenția are utilitate in domeniul tuturor tipurilor de instalații electrice de joasa tensiune, respectiv domeniul de specialitate electric.

Este bine cunoscut in domeniul electric faptul ca fenomenele de scurtcircuit, supracurent, contacte electrice imperfecte, arcuri electrice intre terminale, oxidari, șocuri aplicate asupra conectorilor si dispozitivelor, componente electrice deteriorate din cauza uzurii, îmbătrânirii, lovirii accidentale, montaj necorespunzator etc, conduc la posibila producere de descărcări electrice, potențial generatoare de defecțiuni prin supraîncălzire, incendiu, sau explozie, in cazul in care atmosfera este incarcata cu gaze sau vapori de substanțe explozibile, sau prezentei unor materiale plastice, cauciucului sau a altor materiale ușor inflamabile folosite ca izolanti electrici in instalațiile electrice. Aceste anomalii de funcționare pot avea efecte grave, pierderi materiale, sau chiar pierderea de vieți omenești, mai ales când ne referim la vehicule sau aparate de zbor cu capacitate mare de transport persoane.

In scopul evitării incendiilor sau exploziilor aparute din cauze electrice, sunt cunoscute si folosite siguranțele electrice fuzibile, sau electronice, care au rolul de a opri alimentarea electrica pe ramura unde apare un scurtcircuit sau un consum de curent mai mare decât o valoare prestabilita.

Aceste tipuri de siguranțe prezintă dezavantajul ca nu pot detecta un defect electric de durata scurta de timp, necontinuu si aleator, sau descărcări electrice generate de

Pagina 1 a 2017 00172

21/03/2017

contacte imperfecte, fara ca o astfel de defecțiune sa determine creșterea curentului peste valoarea predeterminata, dar care pot provoca un incendiu.

De asemenea, alt dezavantaj al sistemelor actuale de protecție a circuitelor electrice este acela ca nu oferă o cale de măsură relevanta, prin măsurare si monitorizare continua, a funcționarii corecte a dispozitivelor si traseelor electrice, pentru a putea lucra in mod preventiv, cu scopul depistării anomaliei de funcționare ce poate conduce la incendiu, inca din primele momente ale apariției, ci doar realizează presupunerea de buna funcționare prin absenta unui defect electric deși poate exista o problema in circuit.

Aparatele de protecție din stadiul tehnic actual prezintă inca un dezavantaj derivat din cel expus anterior, deoarece, deși se realizează decuplarea ramurii sau circuitului electric cu supracurent, aceasta decuplare se realizează in multe cazuri după momentul declanșării unui incendiu in faza incipienta, fara a îndeplini o funcție preventiva eficienta. Un alt dezavantaj este acela ca dispozitivele actuale nu oferă protecție asupra aparatelor instalației la variații ale tensiunii electrice, intensității curentului electric si/sau modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice din circuit, variații si modificări suficient de mici cat sa nu fie sesizate de acestea dar suficient de mari cat sa producă o defectare prematura sau un incident. Dispozitivele din stadiul tehnic actual nu permit salvarea datelor achiziționate cu scopul descărcării ulterioare pentru a face o analiza retrospectiva a cauzelor ce au produs incidentul, pentru evitarea acestuia in viitor si in mod preventiv in alte instalații electrice similare.

Problema tehnica pe care o rezolva prezenta invenție este de a realiza un aparat sigur si eficient, care sa monitorizeze permanent semnătură electrica de funcționare a dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice din instalațiile electrice, cu scopul determinării anomaliilor de funcționare, inclusiv a celor care pot conduce la un ambalaj termic, incendiu, sau o explozie, cu scopul de a detecta si semnaliza defectul la momentul producerii efectelor sale incipiente, respectiv înaintea producerii unor efecte cu consecințe grave si luarea automata a unei decizii de oprire a circuitului afectat. Mai mult, datorita monitorizării permanente a semnăturii electrice de funcționare, aparatul analizeaza starea efectiva de funcționare a dispozitivelor, consumatorilor, conectorilor si traseelor electrice, putând semnaliza problemele de ordin tehnic legate de funcționarea corecta a acestora, probleme tehnice diferite de cele care conduc la incendiu sau explozie. Dispozitivul, prin metoda de analiza, oferă protecție asupra aparatelor instalației la variații ale tensiunii electrice, intensității curentului electric si/sau modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice ale circuitul, pentru a nu pune in funcțiune un aparat daca alimentarea nu este in parametrii conformi si a risca defectarea acestuia sau producerea unui incident. De asemenea, dispozitivul realizează salvarea datelor si

Pagina 2 a 2017 00172

21/03/2017

deciziilor luate in vederea descărcării ulterioare cu scopul analizării retrospective a acestora.

Dispozitivul de protecție, conform invenției, inlatura dezavantajele menționate prin aceea ca este prevăzut cu sonde pentru masurarea tensiunilor electrice, intensităților curenților electrici si valorilor rezistentelor electrice, către circuitele monitorizate, de unde se preia semnalul electric si se analizeaza permanent, in domeniile temporal si spectral folosind metoda de analiza a semnăturii electrice de funcționare conform prezentei invenții, de către o unitate centrala de procesare specializata, cu scopul detectării anomaliilor de funcționare inca din primele momente ale apariției acestora, pentru semnalarea circuitului defect si luarea automata a deciziei de decuplare a circuitului defect; cuplarea acestuia putandu-se realiza doar de către personalul autorizat in domeniu, după remedierea defectului, din motive de siguranța.

In plus fata de funcția de protecție in cazul unor defecțiuni, metoda de monitorizare permanenta prin aparatul realizat conform invenției, permite diagnoza si semnalarea problemelor de ordin tehnic ale dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice, diferite de cele ce conduc la incendiu sau explozie. Mai mult, prin metoda de monitorizare si analiza a circuitelor, conform invenției, se inlatura riscul de a defecta componentele instalației electrice, scurta durata de viata sau a produce un incident din cauza alimentarii neconforme a acestora. Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Se dau, in continuare, următoarele exemple ale modurilor de implementare si realizare ale invenției ca dispozitiv al instalației electrice respectiv aparat de sine stătător, reprezentate in desenele anexate. Se prezintă cele mai importante 4 moduri de implementare ale dispozitivului in instalații electrice, diferite prin funcționalitate relativ la modul ales, toate avand scopul realizării unui aparat de protecție sigur si eficace. Cele 4 moduri de implementare ale dispozitivului sunt redate pentru o mai buna înțelegere a principiului de funcționarea al acestuia, avand caracter nelimitativ. In orice mod de implementare ales, dispozitivul va fi plasat intr-un loc cu acces facil, in vederea deconectării manuale a ramurilor circuitelor in caz de necesitate, fiind prevăzut cu acționare manuala in acest sens.

Figura nr. 1: reprezintă schema bloc a unui mod de implementare a dispozitivului de protecție integrat cu unitatea centrala de procesare si decizie a instalației electrice. Legenda;

1. Sursa de alimentare cu energie electrica a instalației.

2. Prima ramura a circuitului instalației electrice.

Pagina 3 a 2017 00172

21/03/2017

3. Conectori, mufe, cleme din traseul instalației folosite pentru distribuția energiei electrice, echivalați intr-un singur punct.

4. Trasee si conductori electrici folosiți pentru alimentarea ramurilor circuitului cu energie electrica.

5. Dispozitivele instalației electrice (consumatori, aparate generatoare etc) fiecare avand in componenta aparate grupate serie, paralel, mixt sau singulare, echivalând cate o ramura a circuitului instalației.

6. Unitate electronica centrala de procesare si decizie a dispozitivului de protecție conform invenției.

7. Grupări externe de măsură, control si deconectare a ramurilor circuitului instalației electrice.

8. Legătură bidirecționala a punctelor de măsură, control si deconectare care realizează transmiterea datelor in timp real către si dinspre unitatea centrala de procesare si decizie.

9. Magistrala de comunicație bidirecționala intre unitatea de procesare si decizie a instalației electrice si cea a dispozitivului de protecție conform invenției.

10. Unitatea centrala de procesare si decizie a instalației electrice de protejat.

11. Magistrala de comunicație unidirecționala sau bidirecționala, in funcție de complexitate, a unitatii centrale de procesare si decizie cu dispozitivele din circuitul instalației electrice de protejat.

12. Legaturi folositie pentru distribuția energiei electrice si/sau semnalelor intre dispozitivele interdependente.

13. Reprezintă continuarea ramurilor circuitului pana la acoperirea întregii instalații electrice.

Figura nr. 2: reprezintă schema bloc a modului de implementare independent a dispozitivului de protecție.

Legenda:

1. Sursa de alimentare cu energie electrica a instalației.

2. Prima ramura a circuitului instalației electrice.

3. Conectori, mufe, cleme din traseul instalației folosite pentru distribuția energiei electrice, echivalați intr-un singur punct.

4. Trasee si conductori electrici folosiți pentru alimentarea ramurilor circuitului cu energie electrica.

5. Dispozitivele instalației electrice (consumatori, aparate generatoare etc) fiecare avand in componenta aparate grupate serie, paralel, mixt sau singulare, echivalând cate o ramura a circuitului instalației.

12. Legaturi folositie pentru distribuția energiei electrice si/sau semnalelor intre dispozitivele interdependente.

Pagina 4 a 2017 00172

21/03/2017

13. Reprezintă continuarea ramurilor circuitului pana la acoperirea întregii instalații electrice.

14. Ultima ramura a circuitului instalației electrice.

15. Dispozitivele de protecție independente, compacte.

16. Magistrala de comunicare bidirecționala a dispozitivelor de protecție.

17. Magistrala de comunicare unidirecționala sau bidirecționala intre aparatele instalației electrice, in funcție de complexitatea acesteia.

Figura nr. 3: reprezintă schema bloc a modului de implementare singular a dispozitivului de protecție.

Legenda:

1. Sursa de alimentare cu energie electrica a instalației.

2. Prima ramura a circuitului instalației electrice.

3. Conectori, mufe, cleme din traseul instalației folosite pentru distribuția energiei electrice, echivalați intr-un singur punct.

4. Trasee si conductori electrici folosiți pentru alimentarea ramurilor circuitului cu energie electrica.

5. Dispozitivele instalației electrice (consumatori, aparate generatoare etc) fiecare avand in componenta aparate grupate serie, paralel, mixt sau singulare, echivalând cate o ramura a circuitului instalației.

9. Magistrala de comunicație bidirecționala intre unitatea de procesare si decizie a instalației electrice si cea a dispozitivului de protecție conform invenției.

10. Unitatea centrala de procesare si decizie a instalației electrice de protejat.

11. Magistrala de comunicație unidirecționala sau bidirecționala, in funcție de complexitate, a unitatii centrale de procesare si decizie cu dispozitivele din circuitul instalației electrice de protejat.

12. Legaturi folositie pentru distribuția energiei electrice si/sau semnalelor intre dispozitivele interdependente.

13. Reprezintă continuarea ramurilor circuitului pana la acoperirea întregii instalații electrice.

18. Dispozitivul de protecție singular.

19. Calea principala de alimentare cu energie electrica.

20. Dispozitivele de protecție din stadiul tehnic actual pentru protecția la supracurent si scurtcircuit.

Figura nr. 4: reprezintă schema bloc a modului de realizare a dispozitivului de protecție si componentele acestuia.

Legenda:

1. Sursa de alimentare cu energie electrica a instalației.

Pagina 5 a 2017 00172

21/03/2017 Cf!

4. Trasee si conductori electrici folosiți pentru alimentarea ramurilor circuitului cu energie electrica.

6. Unitate electronica centrala de procesare si decizie a dispozitivului de protecție conform invenției.

7. Grupări externe de măsură, control si deconectare a ramurilor circuitului instalației electrice.

8. Legătură bidirecționala a punctelor de măsură, control si deconectare care realizează transmiterea datelor in timp real către si dinspre unitatea centrala de procesare si decizie.

9. Magistrala de comunicare bidirecționala multi rol.

21. Componenta decuplare automata si manuala (releu, semiconductor).

22. Componenta prevăzută cu sonde de măsură.

23. Punct de intrare in componenta de decuplare.

24. Punct de ieșire din componenta de decuplare.

25. Punctde intrare in componenta de măsură.

26. Punct de ieșire din componenta de măsură.

27. Punct de conexiune a circuitului instalației.

28. Modul de comunicație.

29. Grupare interna de măsură, control si deconectare a ramurii dispozitivului de protecție

30. Nucleu de procesare si memorare.

31. Magistrala comunicare intre nucleu si modulul de comunicare.

32. Interfața operator-aparat.

Figurile nr, 5, 6, 7, 8, 9, 10: reprezintă exemple de semnaturi electrice de funcționare ale diferitelor evenimente prezentate pentru mai buna înțelegere a funcționarii metodei. Legenda:

33. Axa frecventelor.

34. Axa amplitudinilor tensiunii electrice.

35. Punctul frecventei zero.

36. Amplitudinea componentei continue (in funcție de tipul instalației).

37. 38, 39. Puncte ale caracteristicilor semnaturilor spectrale.

40. Axa temporala.

41. Cădere in tensiune.

42. Salt in tensiune,

43. Anomaliei tehnica de funcționare.

In figura nr. 1 (modul de implementare nr. 1) se prezintă schema bloc a unui mod de implementare a invenției intr-o instalație electrica de joasa tensiune, prevăzută cu o

Pagina 6 a 2017 00172

21/03/2017

unitate de procesare si decizie dedicata, precum instalațiile din autovehicule, nave, aeronave, autoutilitare sau orice alta instalație electrica similara.

Instalația este alimentata de sursa de energie electrica (1) si se împarte in mai multe ramuri succesive pornind din ramura (2), distribuind energia electrica prin conectori, mufe si cleme (3) si prin trasee si conductori electrici (4) facand legătură cu dispozitivele si aparatele instalației (5) care sunt monitorizate de un dispozitiv (6), conform invenției, prevăzut cu niște puncte externe de măsură, control si deconectare (7) cu scopul depistării anomaliilor de funcționare. Punctele de măsură (7) comunica, pentru trimiterea datelor si primirea deciziei de decuplare, cu dispozitivul de protecție (6) prin o legătură bidirecționala (8) astfel: datele achiziționate in timp real sunt trimise către unitatea centrala de procesare si decizie a dispozitivului de protecție (6) unde se prelucrează, conform metodei de analiza a semnăturii electrice de funcționare a circuitelor instalației, iar in funcție de rezultat se semnalează problema detectata si se recurge la deconectarea ramurii defecte simultan cu semnalarea; altfel se continua monitorizarea si analiza daca nu sunt probleme de ordin tehnic sau de securitate electrica si/sau de incendiu. Comunicarea pentru semnalarea problemelor sau stării tehnice de funcționare corecta se realizează prin o magistrala bidirecționala (9) care face legătură intre unitatea centrala de procesare si decizie a dispozitivului conform invenției si unitatea centrala de procesare si decizie (10) a instalației electrice de protejat, printr-un protocol de comunicare dedicat instalației respective (de exemplu CAN, LIN, CAN Open, Modbus, Profibus, Profinet, Ethernet, Serial etc). Instalațiile electrice prezentate anterior sunt prevăzute, de obicei, cu o magistrala de comunicare dedicata cu dispozitivele (11) sau legaturi directe intre acestea (12), astfel putând pune in funcțiune, modifica parametri sau opri aparate din alte ramuri ale circuitului, dependente in funcționare de ramura defecta, cu scopul împiedicării producerii unei deteriorări suplimentare; altfel, aceasta acțiune poate fi realizata de dispozitivul de protecție (6) prin trimiterea deciziei de oprire către punctele de decuplare (7) ale ramurilor defecte prin legătură dintre acestea (8) daca se cunoaște interdependenta dintre circuitele instalației. Punctele de măsură, control si decuplare (7) ale dispozitivului de protecție (6) sunt plasate de la prima pana la ultima ramura a circuitului (13) pentru acoperirea întregii instalații. In acest mod de implementare este necesara cunoașterea in totalitate a dispozitivelor si aparatelor din instalație, tipurile exacte ale acestora si locația, pentru determinarea si presetarea anterioara, in aparatul de protecție, a semnaturilor electrice de funcționare; orice modificare a instalației electrice aducand după sine modificarea hardware si/sau software a dispozitivului de protecție. Pentru a acoperi toate ramurile instalației electrice cu puncte de măsură, control si deconectare (7) in vederea creșterii nivelului de siguranța, dispozitivul de protecție este monitorizat permanent in mod identic cu restul ramurilor circuitului. Monitorizarea dispozitivului de protecție se poate realiza in mod extern, conform figurii nr. 1, sau in mod intern, conform figurii nr.4, deoarece consumul de energie este redus. Acest mod de

Pagina 7 a 2017 00172

21/03/2017 implementare oferă o protecție preventiva, sigura si eficace, a instalației electrice, bazata pe analiza continua a semnăturii electrice in funcționare a dispozitivelor, consumatorilor si traseelor instalație. Datorita măsurărilor făcute prin metoda de analiza si modului de implementare, dispozitivul oferă protecție la supracurent, scurt-circuit, variații ale tensiunii electrice si intensității curentului, modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice ale circuitelor si anomaliilor ce pot defecta sau scurta durata de viata a componentelor din instalația electrica si/sau produce incidente legate de securitatea electrica si de incendiu. Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective. Circuitul defect deconectat se salveaza si blochează pentru a nu permite cuplarea acestuia decât după remedierea problemei si resetarea stării de defect de către personalul autorizat in domeniu, din motive de siguranța.

In figura nr. 2 (modul de implementare nr. 2) se prezintă schema bloc a aparatului, conform invenției, implementat in modul de funcționare independent, fiind un derivat compact al modului de implementare prezentat in figura nr. 1.

Instalația este alimentata de sursa de energie electrica (1) si se împarte in mai multe ramuri succesive de circuit pornind din prima ramura (2) pana la ultima ramura (14) acoperind astfel întreaga instalație (13). Energia electrica este distribuita către dispozitivele instalației (5) prin intermediul conectorilor, mufelor, clemelor (3) si prin trasee si conductori electrici (4), avand aceeași succesiune ca la modul de funcționare prezentat anterior. Diferența intre cele doua moduri de implementare este aceea ca dispozitivul, conform figurii nr. 2, are punctul de măsură, control si decuplare comun cu unitatea centrala de procesare si decizie alcătuind un aparat compact (15) cu scopul utilizării acestuia in mod independent in instalații electrice ce se desfasoara pe suprafața foarte mare si/sau nu se știe cu exactitate locul de amplasare si toate datele despre dispozitivele din instalație (ex. prototipuri, instalații dinamice pentru testare si validare etc). Pe toate ramurile circuitului sunt prevăzute dispozitive de proiecție compacte (15) care monitorizează permanent consumatorii si aparatele instalației in mod independent, fiind prevăzuți cu o magistrala de comunicare bidirecționala intre acestea (16) cu scopul decuplării automate a ramurilor de circuit dependente de ramura defecta pentru evitarea producerii unui incident sau a unei pagube materiale suplimentare, in cazul in care este cunoscut procesul de interdependenta. In funcție de complexitatea instalației, aceasta poate fi prevăzută cu o magistrala de comunicare (17) intre dispozitive sau o legătură directa (12) pentru transmiterea semnalelor sau energiei electrice intre dispozitivele si aparatele interdependente cu scopul deconectării circuitelor ce depind de ramura defecta; magistrala de comunicare (16) intre

Pagina 8 a2017 00172

21/03/2017 dispozitivele de protecție compacte devenind astfel opționala. In acest mod de implementare nu este necesara cunoașterea in totalitate a componentelor instalației; parametrii si tipul acestora putând fi modificați din dispozitivul de protecție, avand preincarcate semnaturile electrice ale aparatelor comune si semnaturile incidentelor ce conduc la incendiu sau explozie, fiind prevăzut cu o interfața operator-aparat (32, fig.4) simpla de selectare a semnaturilor electrice. Prin intermediul magistralei de comunicare (16) se pot incarca diverse semnaturi electrice in dispozitivul de protecție, acest mod de implementare aducand un avantaj major in domeniul prototiparii, cercetării, testării si validării sigure a instalațiilor, domeniu cu risc ridicat de incidente. Datorita măsurărilor făcute prin metoda de analiza si modului de implementare, dispozitivul oferă protecție la supracurent, scurt-circuit, variații ale tensiunii electrice si intensității curentului, modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice ale circuitelor si anomaliilor ce pot defecta sau scurta durata de viata a componentelor din instalația electrica si/sau produce incidente legate de securitatea electrica si de incendiu. Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective. Circuitul defect deconectat se salveaza si blochează pentru a nu permite cuplarea acestuia decât după remedierea problemei si resetarea stării de defect de către personalul autorizat in domeniu, din motive de siguranța.

In figura nr 3. (modul de implementare nr.3) se prezintă schema bloc a dispozitivului conform invenției, intr-un mod de implementare singular, simplu, cu un cost foarte scăzut, ce realizează proiecția preventiva a instalației electrice doar prin monitorizarea caii principale de alimentare cu energie electrica cunoscând in totalitate instalația si semnătură electrica de funcționare a tuturor echipamentelor. In momentul producerii unui incident legat de starea tehnica de funcționare sau de securitatea electrica si/sau incendiu pe oricare ramura a circuitului (2, 13), efectele acestuia din punctul de vedere al semnăturii electrice a semnalului respectiv sunt resimțite in toata instalația, incluzând calea principala de distribuție a energiei, unde este plasat aparatul de protecție. Aceste efecte sunt suficient de mici ca sa nu perturbe sau sa producă defecte aparatelor din instalație, in general, dar suficient de mari pentru a putea face o monitorizare preventiva sigura si eficace cu ajutorul lor si al unui algoritm puternic de analiza si diferențiere deoarece semnalul determinat de dispozitivul de protecție Implementat in mod singular va fi alcătuit din semnalele de pe fiecare ramura a instalației. In aceasta configurație a dispozitivului se obține protejarea unei instalații electrice, aducand avantajul costului scăzut si al simplității la implementare dar atrage dezavantajul nelocalizarii exacte a defectului in cazul unei instalații complexe, avand un număr mare de componente de

Pagina 9 a 2017 00172

21/03/2017 același tip. Instalația electrica este alimentata de sursa de energie (1), dispozitivul de protecție singular (18) fiind plasat pe calea principala de alimentare cu energie electrica (19) , conținând in mod compact, ca in modul de implementare anterior, punctul de măsură, control si decuplare comun cu unitatea centrala de procesare si decizie a datelor achiziționate. Energia este distribuita către aparatele instalației (5) prin intermediul conductorilor, traseelor electrice (4) si conexiunilor din circuit (3), aparatele fiind protejate la scurtcircuit si supracurent de către dispozitivele din stadiul tehnic actual (20) existând necesitatea imperativa a plasării acestora in instalație deoarece configurația singulara prezentata a dispozitivului, nu permite monitorizarea curentului pe fiecare ramura a circuitului electric. Acest mod de implementare aduce ca avantaj monitorizarea permanenta a sursei de alimentare si, avand cunoscute toate aparatele din instalație si semnătură de funcționare a acestora, se poate realiza monitorizarea sigura si eficienta din punctul de vedere al electro-securitatii, funcționarii corecte de ordin tehnic al aparatelor si securității de incendiu, fiind o metoda foarte ușor de implementat in orice stadiu al instalației electrice de protejat: proiectare, execuție, postexecutie, service, mentenanta etc. In acest mod de implementare nu este recomandata deconectarea întregii instalații din cauza defectării unei ramuri a circuitului (decât in cazuri majore) așadar, dispozitivul compact (18) este prevăzut cu o magistrala de comunicare (9) cu unitatea centrala de procesare a instalației (10) semnalând acesteia starea de buna funcționare sau de defect a unei ramuri furnizând si localizarea relativa a acesteia, in funcție de nivelul de complexitate al circuitului; opțional, dispozitivul de protecție poate fi prevăzut cu o interfața operator-aparat (32, fig.4) pentru semnalarea stării conforme sau neconforme. Unitatea centrala de procesare a instalației poate comunica, in general, cu dispozitivele acesteia (5) prin o magistrala dedicata prevăzută in acest sens (11) care oprește aparatul specificat de dispozitivul de protecție si localizat prin metoda de analiza a semnăturii electrice, cu scopul funcționarii neîntrerupte a celorlalte aparate. In general, dispozitivele interdependente ale unei instalații electrice sunt prevăzute cu o legătură de distribuție a energiei si/sau semnalelor (12) intre acestea cu scopul evitării continuării stării de funcționare a unui aparat daca dispozitivul de care depinde nu este funcțional deoarece se pot cauza defecte suplimentare. Datorita metodei de analiza a semnaturilor electrice, configurația prezentata oferă protecție asupra întregii instalații la incidente de ordin electric, tehnic, de alimentare defectuasa si de incendiu folosindu-se un singur dispozitiv iar in cazul depistării unui defect major, instalația electrica va fi deconectată complet, in mod automat pentru prevenirea oricărui risc. Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Observație: Deconectarea ramurii principale este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective. Circuitul defect deconectat se salveaza si blochează pentru a nu

Pagina 10 a 2017 00172

21/03/2017 permite cuplarea acestuia decât după remedierea problemei si resetarea stării de defect de către personalul autorizat in domeniu, din motive de siguranța.

Modul de implementare nr.4 al aparatului este derivat din primul tip de implementare prezentat in figura nr.1 cu deosebirea ca dispozitivul, conform invenției, se va folosi ca aparat, scula, de sine statatoare, îndeplinind doua scopuri distincte.

Primul scop (modul de implementare nr.4.1) al acestuia este utilizarea in procesul de service, pentru localizarea problemelor de ordin tehnic, de securitate electrica si/sau de incendiu, semnalate cu ajutorul dispozitivului conform implementării nr.3 intr-o instalație electrica cu nivel de complexitate foarte ridicat. In aceste tipuri de instalații complexe, deși se cunosc aparatele in totalitate si toate semnaturile de funcționare ale acestora, se poate detecta defectul si tipul acestuia dar nu se poate realiza localizarea exacta a ramurii din cauza numărului ridicat de aparate de același tip in instalație. Dispozitivul conform implementării nr.3 ia naștere din cerințele producătorilor de a realiza instalații electrice cu un cost scăzut, mai ales când ne referim la instalații electrice aflate in producție de serie foarte mare. Astfel, cea de-a treia implementare corespunde acestor cerințe insa atrage dezavantajul nelocalizarii exacte a defectului conform prezentării anterioare. De aceea, pentru rezolvarea acestui caz particular se va folosi implementarea nr.4 care este o scula de sine statatoare, folosita in procesul de service al instalației, derivata din dispozitivul prezentat in figura nr.1 astfel: Scula pentru service este alcatuita din unitatea centrala de procesare (6) a datelor achiziționate prin legătură bidirecționala de comunicare (8), cu ajutorul punctelor de măsură si decuplare (7), care sunt plasate de către persoana autorizata sa efectueze service, pe toate ramurile instalației, succesiv sau simultan, de obicei in locul aparatelor de protecție clasice (20). Dispozitivul este prevăzut, suplimentar fata de modul de implementare nr. 1, cu o interfața operator-aparat (32) prin care se introduc, afiseaza si salveaza informații legate de starea ramurilor circuitului. In urma implementării nr.4 rezulta un dispozitiv de analiza compact, cu toate proprietățile configurațiilor anterioare, portabil, alcătuit din o singura unitate de procesare, o multitudine de sonde de măsură si o interfața operatoraparat (32), avand un nivel de utilitate ridicat in unitățile de service destinate instalațiilor electrice, laboratoare de testare, depanarea instalațiilor la fata locului etc. Configurația nr.4 a dispozitivului poate fi folosita in tandem cu o instalație in care este implementat aparatul de protecție conform configurației nr.3; sau independent, pentru a constata si localiza defecte in instalațiile electrice clasice neprotejate conform invenției. Datorita măsurărilor făcute prin metoda de analiza si modului de implementare, dispozitivul oferă protecție la supracurent, scurt-circuit, variații ale tensiunii electrice si intensității curentului, modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice ale circuitelor si anomaliilor ce pot defecta sau scurta durata de viata a componentelor din instalația electrica si/sau produce incidente legate de securitatea electrica si de incendiu.

Pagina 11 a 2017 00172

21/03/2017

Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Cel de-al doilea scop (modul de implementare nr.4.2) al dispozitivului protecție conform invenției este utilizarea acestuia ca scula, aparat, de sine stătător ce permite achiziția semnaturilor electrice ale diferitelor dispozitive folosite in instalațiile electrice, in toate condițiile de funcționare, in vederea șalvarii datelor in aparat sau pe un dispozitiv de date extern. Acesta va fi folosit in condiții de laborator sau in site-ul de testare pentru a prelua semnaturile electrice ale aparatelor permițând astfel incarcarea acestora in celalate configurații ale dispozitivului conform invenției. Datele achiziționate se vor salva intern in unitatea centrala de procesare a aparatului (6) sau extern prin intermediul magistralei de comunicare (9). Aceasta magistrala de comunicare bidirecționala permite incarcarea semnaturilor electrice achiziționate cu dispozitivul conform implementării 4.2 in toate celalalte configurații ale aparatului conform prezentei invenții.

In figura nr.4 se prezintă schema bloc pentru realizarea dispozitivului de protecție preventiva. Aparatul este prevăzut cu doua componente principale astfel: unitatea centrala de procesare (6) si grupările de măsură externa (7); componentele de măsură fiind prevăzute intr-un număr egal cu ramurile circuitului. Fiecare grupare de măsură (7) este prevăzută cu cate un dispozitiv (21) care realizează decuplarea ramurii circuitului in cazul detectării unui defect sau acționarii manuale (releu, semiconductor) si cu cate o componenta (22) care este punctul de măsurare efectiva. Conductorii si traseele electrice (4) ce pleaca din sursa de energie (1) a instalației ajung in punctul de intrare (23) din componenta de decuplare (21) care face legătură electrica directa, atat timp cat nu este detectata o anomalie, cu punctul de ieșire (24) al componentei de separație (21), fiind punct comun cu intrarea (25) in gruparea de măsură (22). Din punctul de ieșire (26) al grupării de măsură (22), conductorii si traseele electrice (4) conduc către punctele de conexiune a dispozitivelor si aparatelor instalației electrice (27). Componenta de măsură efectiva (22) este componenta ce achiziționează continuu toate datele necesare funcționarii sigure si eficace a metodei de analiza a semnăturii electrice, fiind prevăzută cu sonde pentru masurarea valorii tensiunii electrice, intensității curentului electric si valorii rezistentei electrice. Datele achiziționate permanent de către gruparea de măsură, control si decuplare (7) ajung in unitatea centrala (6) prin intermediul unei magistrale de comunicație (8) prevăzută in acest sens. Unitatea centrala este prevăzută cu un modul de comunicație (28) pentru a prelua si transmite informații prin magistralele de comunicare (8, 9, 31) cu diverse componente. Pentru a acoperi toate ramurile instalației electrice cu puncte de măsură, control si decuplare in vederea creșterii nivelului de siguranța, dispozitivul de protecție este este monitorizat permanent in mod identic cu restul ramurilor circuitului, pentru buna funcționare si evitarea incidentelor. Monitorizarea dispozitivului de protecție se

Pagina 12 a2017 00172

21/03/2017 ο realizează folosind o grupare de monitorizare si decuplare interna (29) plasata in unitatea centrala (6) deoarece consumul de energie este redus. Nu este exclusa varianta plasării unei grupări de monitorizare, control si decuplare externe, configurație reprezentata in figura nr.1. Gruparea interna (29) este prevăzută, in mod identic ca gruparea externa (7), cu o componenta de decuplare si o componenta de măsurare efectiva, aceastea facand schimb de date cu modulul de comunicație (28), prin intermediul magistralei (8) precum grupările de măsură externe (7). Datele achiziționate astfel in mod continuu ajung in nucleul de procesare (30) prin intermediul unei legaturi de comunicare (31) care este calea de legătură intre aceste doua componente. Nucleul de procesare analizeaza datele achiziționate conform metodei semnăturii electrice de funcționare, semnalând anomalia prin o interfața operator-aparat (32) (opțional, in funcție de configurația de implementare) si decuplând ramura defecta cu ajutorul componentei de decuplare (21) din grupul de măsură (7), nucleul transmițând informația de decuplare prin aceeași magistrala (8) prin care primește datele achiziționate. Modulul de comunicare (28) din unitatea centrala (6) este prevăzut cu o magistrala de comunicare multi rol (9) ce permite următoarele acțiuni:

- comunicarea bidirecționala intre dispozitivul de protecție si unitatea centrala a instalației de protejat.

- comunicarea bidirecționala intre dispozitivele de protecție.

- comunicarea bidirecționala cu interfața operator-aparat.

- recepționarea datelor pentru incarcarea semnaturilor electrice de funcționare ale diverselor aparate.

- transmiterea datelor in vederea șalvarii externe a semnaturilor electrice de funcționare achiziționate.

Datorita măsurărilor făcute prin metoda de analiza si modului de implementare, dispozitivul oferă protecție la supracurent, scurt-circuit, variații ale tensiunii electrice si intensității curentului, modificări nefirești ale valorilor rezistentelor electrice ale circuitelor si anomaliilor ce pot defecta sau scurta durata de viata a componentelor din instalația electrica si/sau produce incidente legate de securitatea electrica si de incendiu. De asemenea, componenta de deconectare (21), din grupul de măsură (7), permite decuplarea manuala a ramurilor circuitului fiind prevăzută cu acționare in acest scop. Datele achiziționate si deciziile luate se salveaza cu scopul unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective. Circuitul defect deconectat se salveaza si blochează pentru a nu permite cuplarea acestuia decât după remedierea problemei si resetarea stării de defect de către personalul autorizat in domeniu, din motive de siguranța.

Pagina 13 a 2017 00172

21/03/2017

In continuare, se prezintă metoda de analiza a semnăturii electrice de funcționare, implementata in dispozitivul de proiecție, conform invenției, cu scopul detectării problemelor tehnice si a celor legate de securitatea electrica si de incendiu ce pot aparea intr-o instalație electrica din cauza aparatelor, traseelor si/sau conectorilor din aceasta. Etapele metodei de analiza sunt descrise pe baza implementării dispozitivului in configurația din figura nr.1 unde se cunoaște toata instalația electrica si procesul ei de funcționare, existând comunicare cu unitatea centrala de procesare si decizie a acesteia (ex: instalații electrice de tip autovehicul, aeronava etc) deoarece, odata cu tehnologizarea si costul scăzut al componentelor s-a constatat deplasarea către instalații electrice inteligente in toate domeniile industriale.

Etapa nr, 1: dispozitivul pornește odata cu alimentarea instalației electrice, incarca semnaturile electrice si datele nominale din memorie si verifica starea componentelor de declanșare (aceasta trebuie sa fie in poziția in care se realizează continuitatea intre punctele (23) si (24) daca nu s-a produs o declanșare intr-un ciclu anterior). Daca stările componentelor de declanșare sunt conforme se trece mai departe; altfel se retine starea de declanșare si numărul ramurii respective, pentru semnalarea acestora in etapa nr. 2. Decuplarea poate avea loc, daca nu a fost produsa intr-un ciclu anterior, din cauza defectării componentei sau a declanșării manuale cat timp sursa de alimentare a fost oprita.

Etapa nr. 2: începe procesul de comunicare bidirecțional intre unitatea centrala a dispozitivului conform invenției si unitatea centrala a instalației de protejat. Prin acest proces, unitatea centrala a instalației trimite către unitatea centrala a dispozitivului informații despre comenzile executate si stările de funcționare trimise către aparatele instalației. Se transmit datele de neconformitate rezultate in etapa nr. 1, daca exista.

Etapa nr, 3: consta in începerea procesul de achiziție continua a datelor din circuitul instalației astfel: sondele prevăzute in grupul de măsură achiziționează tensiunile electrice, intensitățile curenților electrici si valorile rezistentelor electrice ale ramurilor pe care sunt plasate

Etapa nr, 4: consta in transmiterea continua a datelor achiziționate in etapa nr. 3 către unitatea centrala a dispozitivului conform invenției.

Etapa nr. 5: unitatea centrala a dispozitivului primește continuu datele achiziționate in etapa nr. 3 si informațiile provenite din unitatea centrala a instalației electrice, existând un proces de comunicare bidirecțional, continuu, care a luat naștere in etapa nr.2, rezultând începutul analizei.

Pagina 14 a 2017 00172

21/03/2017

Etapa nr. 6: se verifica ca valorile rezistentelor electrice ale ramurilor circuitul sa se afle in intervalele prestabilite si se salveaza verdictul; acestea se pot modifica in funcție de comenzile primite din unitatea centrala a instalației (ex: o ramura a circuitului conține mai multi consumatori cuplați serie, paralel sau mixt si se pot activa independent; procesul de activare independent va atrage după sine modificarea valorii rezistentei electrice a ramurii circuitului).

Observație: in aceasta etapa exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Etapa nr. 7: daca valorile rezistentelor electrice corespund intervalelor prestabilite, se salveaza starea si se trece la etapa următoare; altfel circuitul in cauza se decuplează automat de către dispozitivul de protecție si se transmite către unitatea centrala a instalației starea de neconformitate a valorilor rezistentelor electrice, numărul ramurii circuitului si faptul ca ramura respectiva a fost deconectată. Aceste informații sunt folosite pentru a nu cauza un defect suplimentar utilizând o ramura dependenta de ramura neconforma. Circuitul defect deconectat se salveaza si blochează pentru a nu permite cuplarea acestuia decât după remedierea problemei si resetarea stării de defect de către personalul autorizat in domeniu, din motive de siguranța.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective.

Etapa nr. 8:

Faza nr. 1: se verifica ca valorile tensiunilor electrice de pe ramurile circuitelor, primite continuu din etapa nr. 3 sa se afle in intervalele prestabilite; se pot produce modificări in tensiune de durata foarte scurta in ramurile instalației in funcție de starea de funcționare a anumitor dispozitive.

Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a alia comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Faza nr. 2: semnalul tensiunii electrice achiziționat continuu din etapa nr. 3 se convertește de către unitatea centrala de procesare a dispozitivului din domeniul temporal in domeniul spectral si se verifica, prin comparare, ca semnalul temporal al tensiunii electrice si spectrul acesteia sa se afle in intervalul semnaturilor temporale si spectrale de buna funcționare tehnica, conforma, încărcate din memorie in etapa nr. 1. Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Pagina 15 a 2017 00172

21/03/2017

Faza nr .3: se compara semnalul temporal al tensiunii electrice, achiziționat continuu din etapa nr. 3, si spectrul acestuia, rezultat in faza nr. 2 a acestei etape, cu semnaturile temporale si spectrale ale incidentelor legate de securitatea de incendiu (descărcări electrice, arce electrice etc), încărcate din memoriei in etapa nr. 1.

Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Etapa nr. 9: daca valorile tensiunilor corespund intervalelor prestabilite, semnaturile electrice de funcționare tehnica conforma sunt intervalele prestabilite si in semnaturile electrice analizate nu s-au găsit caracteristici ale incidentelor ce conduc la incendiu, se salveaza starea si se trece la următoarea etapa; altfel circuitul in cauza se decuplează automat de către dispozitivul de protecție si se transmite către unitatea centrala a instalației starea de neconformitate a valorilor tensiunilor electrice si/sau semnaturilor spectrale si tipul acestora, numărul ramurii circuitului si faptul ca ramura respectiva a fost deconectată. Aceste informații sunt folosite pentru a nu cauza un defect suplimentar utilizând o ramura dependenta de ramura neconforma.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective.

Etapa nr. 10:

Faza nr. 1: se verifica ca valorile intensităților curenților electrici din ramurile circuitelor, primite continuu din etapa nr. 3 sa se afle in intervalele prestabilite; se pot produce modificări ale intensității curentului de durata foarte scurta in ramurile instalației in funcție de starea de funcționare a anumitor dispozitive.

Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Faza nr. 2: semnalul intensității curentului electric achiziționat continuu din etapa nr. 3 se convertește de către unitatea centrala de procesare a dispozitivului din domeniul temporal in domeniul spectral si se verifica, prin comparare, ca semnalul temporal al intensității curentului electric si spectrul acestuia sa se afle in intervalul semnaturilor temporale si spectrale de buna funcționare tehnica, conforma, încărcate din memorie in etapa nr. 1.

Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Faza nr. 3: se compara semnalul temporal al intensității curentului electric, achiziționat continuu din etapa nr. 3, si spectrul acestuia, rezultat in faza nr. 2 a acestei etape, cu

Pagina 16

a 2017 00172

21/03/2017 semnaturile temporale si spectrale ale incidentelor legate de securitatea de incendiu (descărcări electrice, arce electrice etc), încărcate din memoriei in etapa nr. 1.

Observație: in aceasta faza exista comunicare cu unitatea centrala a instalației electrice pentru a afla comenzile executate si stările de funcționare trimise către dispozitive.

Etapa nr. 11: daca valorile intensităților curenților electrici corespund intervalelor prestabilite, semnaturile electrice de funcționare tehnica conforma sunt in intervalele prestabilite si in semnaturile electrice analizate nu s-au găsit caracteristici ale incidentelor ce conduc la incendiu, se salveaza starea si se trece la următoarea etapa; altfel circuitul in cauza se decuplează automat de către dispozitivul de protecție si se transmite către unitatea centrala a instalației starea de neconformitate a valorilor intensităților curenților electrici si/sau semnaturilor spectrale si tipul acestora, numărul ramurii circuitului si faptul ca ramura respectiva a fost deconectată. Aceste informații sunt folosite pentru a nu cauza un defect suplimentar utilizând o ramura dependenta de ramura neconforma.

Observație: Deconectarea ramurii defecte este o funcție ce poate exista sau nu, in funcție de tipul de instalație in care se implementează dispozitivul de protecție si de efectele negative ce se pot produce prin deconectarea sau lasarea in funcțiune a ramurii respective.

Etapa nr. 12: componentele de decontectare care au fost acționate, in mod automat de către dispozitivul de protecție sau in mod manual, se blochează automat in starea decuplat, din unitatea electronica centrala (6), in vederea remedierii problemei si resetarea acestei stări doar de către personalul autorizat, din motive de siguranța.

Etapa nr. 13: dispozitivul de protecție transmite către unitatea centrala a instalației electrice stările salvate ale aparatelor iar procesul de monitorizare si analiza se reia, etapele si fazele de măsură si verificări funcționând in paralel pentru a putea realiza detecția, semnalarea si luarea unei decizii inca din primele momente ale manifestării anomaliilor sigur si eficace. Datele achiziționate raman salvate in vederea unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva, in limita memoriei disponibile, sau se salveaza in unitatea centrala a instalației de protejat sau extern.

Observație: Metoda de analiza si detecție a anomaliilor legate de securitatea electrica si/sau de incendiu, aparute intr-o instalație electrica, se pastreaza indiferent de modul de implementare al dispozitivului, comunicării din circuit si nivelului de cunoaștere al instalației.

In continuare, se dau cateva exemple ale caracteristicilor semnaturilor electrice de funcționare, achiziționate de către aparatul de protecție si se reda modul de interpretare al acestuia, cu axele graficelor scalate pentru mai buna observare a semnaturilor

Pagina 17 a 2017 00172

21/03/2017 electrice. Figurile nr. 5, 6, 7, 8, si 10 reprezintă semnaturi spectrale; unde spectrul este redat simetric fata 0 (35), punctul in care se regăsește componenta continua a semnalului (36) (in funcție de tipul instalației), axa X fiind axa frecventelor (33) iar axa Y fiind axa amplitudinilor tensiunii electrice (34). Figura nr. 9 reprezintă un exemplu de semnătură temporala, axa X fiind axa timpului (40) iar axa Y fiind axa amplitudinilor tensiunii electrice (34).

In figura nr. 5 este prezentata semnătură spectrala de funcționare a unui circuit de iluminare dintr-o instalație electrica, precum cele din autovehicule, aeronave, autoutilitare, instalații industriale de curent continuu etc. Dispozitivul are o semnătură electrica curata si constanta, este prezent un zgomot de amplitudine foarte mica, normal, pe tot intervalul de frecvente, fiind vizibil datorita scalarii axelor graficului. In spectrul analizat nu se regăsesc semnaturi ale incidentelor legate de securitatea electrica si/sau de incendiu, prezentate in figurile nr. 7 si 8 si nici alte anomalii. Dispozitivul de protecție va transmite ca aparatul monitorizat nu are probleme de ordin tehnic si funcționează sigur din punct de vedere al securității electrice si de incendiu.

In figura nr. 6: este prezentata semnătură spectrala de funcționare a dispozitivului de iluminare din figura nr.5, acesta aflandu-se in starea de tranziție la pornire. Semnătură spectrala este zgomotoasa, avand o scădere normala (37) a amplitudinii odata cu depărtarea de frecventa 0 si pastreaza amplitudinile relativ constante pe toata gama de frecvente justificând starea de tranziție de la decuplat la cuplat. In momentul imediat următor, semnătură spectrala va deveni semnătură prezentata in figura nr.5. Dispozitivul de protecție va transmite ca aparatul monitorizat nu are probleme de ordin tehnic si funcționează sigur din punct de vedere al securității electrice si de incendiu.

In figura nr.7: este prezentata semnătură spectrala a aceluiași dispozitiv de iluminare supus unei descărcări electrice in circuitul acestuia, produse special in acest sens. Se observa schimbarea formei de unda in punctele (38), avand o caracteristica diferita de cea nominala. Forma de unda are o creștere a amplitudinilor odata cu creșterea frecventei, justificând descărcarea electrica produsa. Dispozitivul va semnala un incident legat de securitatea electrica si de incendiu si va recurge la decuplarea automata circuitului defect.

In figura nr. 8: este prezentata semnătură spectrala a aceluiași dispozitiv de iluminare supus unor serii de arcuri electrice in circuitul acestuia, produse special in acest sens. Se pastreaza caracteristica din figura nr. 7, cu aceleași puncte de schimbarea a formei de unda (39) deoarece cele doua evenimente sunt similare si fac parte din clasa cu efecte potențial generatoare de incendii si/sau explozii. Spectrul semnalului este zgomotos, sugerând serii de descărcări electrice, aleatoare, cu timpi, amplitudini si

Pagina 18 a 2017 00172

21/03/2017 frecvente diferite, justificând defectul electric produs. Dispozitivul va semnala un incident legat de securitatea electrica si de incendiu si va recurge la decuplarea automata a circuitului defect.

In figura nr. 9: este prezentata semnătură temporala, masurata in circuit, a unui motor de curent continuu, cu colector, avand periile uzate, folosit intr-o instalație electrica, precum cele din autovehicule, aeronave, autoutilitare, instalații industriale de curent continuu etc. Se observa forma de unda periodica, justificând modul de funcționare al motorului de curent continuu cu colector astfel: căderile de tensiune (41) si salturile in tensiune (42), de interval foarte scurt de timp, sunt generate de un regim tranzitoriu autoinductiv cauzat de trecerea periei din suprafața izolatoare a colectorului in cea conductiva si invers. In forma de unda a tensiunii electrice se observa anumite anomalii (43) fiind mici salturi in tensiune cauzate de periile colectoare uzate, neconforme. Dispozitivul de protecție va semnala detecția anomaliilor fiind o problema de ordin tehnic si va recurge la decuplarea automata a circuitului defect.

In figura nr. 10: este prezentata semnătură spectrala de funcționare a motorului precizat anterior. Se observa o caracteristica compusa, zgomotoasa, ce diferă de semnătură corecta de funcționare, avand in compoziție efectele spectrale ale unor descărcări electrice aleatoare (provenite de la contactul electric defectuos dintre perii si colectorul rotorului), dispozitivul de protecție semnalând un defect tehnic si de incendiu, recurgând la decuplarea automata a circuitului defect (in funcție de tipul instalației electrice).

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

prevenirea incidentelor legate de electro-securitatea instalațiilor electrice.

salvarea de vieți omenești in cazul detectării unor defecte care pot genera incendii sau explozii in vehicule sau aparate de zbor.

reducerea pagubelor materiale provocate de defecte electrice prin supraîncălzire, incendii sau explozii.

creșterea nivelului de securitate electrica si protecția împotriva incendiilor si/sau exploziilor generate de cauze electrice.

detectarea si semnalizarea anomaliilor de funcționare ale dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice legate de funcționarea in parametri a acestora, bazata pe analiza temporala si spectrala a semnaturilor electrice.

diagnoza continua a dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice din punct de vedere al securității electrice si de incendiu si din punctul de vedere al funcționarii in parametrii tehnici nominali.

inlatura riscul defectării componentelor din circuit sau scurtării duratei de viata, cauzate de alimentarea neconforma a acestora.

Pagina 19 a 2017 00172

21/03/2017

aplicabilitate larga in domeniul electric in toate tipurile de instalații electrice in care se poate determina semnătură electrica a dispozitivelor, consumatorilor si circuitelor electrice.

se pun la dispoziție moduri multiple de implementare in funcție de complexitatea, tipul si scopul instalației electrice de protejat.

permite achiziția semnaturilor electrice ale diferitelor dispozitive folosite in instalațiile electrice, in toate condițiile de funcționare.

permite salvarea datelor achiziționate si deciziilor luate in vederea descărcării ulterioare, pentru analiza retrospectiva.

Materiale bibliografice din care rezulta stadiul tehnicii mondiale, cunoscut de solicitant. Referitor la existenta aparatelor de protecție care au ca scop evitarea incidentelor aparute din cauze electrice, folosite in vehicule si instalații electrice similare, dar care diferă de invenția prezentata, din punctul de vedere al conceptului, modului de funcționare si performantelor tehnice:

US6590489B1 *1998-12-092003-07-08Ellenberger & Poensgen Gmbh Circuit breaker for protecting electric circuits in road vehicles

US6097107A *1997-10-172000-08-01 Sanden Corporation Short prevention control apparatus of air conditioner for electric vehicles

DE102010036909B3*2012-02-16 Phoenix Contact GmbH Thermal overload protection device US2816188A *1955-12-231957-12-1 OGeorge A StoutAutomatic circuit breaker for vehicles

Pagina 20

Claims (13)

1. 21/03/2017

   REVENDICĂRI

   1. Aparat de protecție pentru instalațiile electrice de joasa tensiune, precum cele prezente in vehicule (autovehicule, nave, aeronave etc), autoutilitare si alte instalații electrice similare, bazat pe analiza permanenta a semnăturii electrice de funcționare a dispozitivelor, consumatorilor si traseelor electrice din circuitele instalației alcătuit din:

   a) grupare externa de măsură si control (7) alcatuita din componenta de măsură (22) prevăzută cu sonde pentru masurarea tensiunii electrice, intensității curentului electric si valorii rezistentei electrice si o legătură de transfer semnale, bus sau paralel.

   b) unitate electronica centrala de procesare si decizie a aparatului (6) alcatuita din: i) nucleul de procesare si memorare (30) prevăzut cu o magistrala de comunicare, bus sau paralel, (31); ii) componenta de comunicare (28) prevăzută cu multiple magistrale de comunicare (8, 9, 31); iii) gruparea interna de măsură si control (29) realizata conform grupării externe de măsură si control (a).
2. 2. Aparat de protecție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca are in componenta o singura unitate electronica centrala (6) si un număr de grupări externe de măsură (7) egal cu numărul ramurilor din instalația electrica pentru detectarea anomaliilor in semnaturile electrice pe fiecare circuit de protejat, prin metoda de analiza.
3. 3. Aparat de protecție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca are in componenta o singura unitate electronica centrala (6) si o singura grupare externa de măsură (7), pentru uz independent, detectând anomaliile din semnătură electrica a circuitului de protejat, prin metoda de analiza.
4. 4. Aparat de protecție, conform revendicării 1, 2 si 3, caracterizat prin aceea ca : i) gruparea de măsură externa (7) este prevăzută cu o componenta ce realizează decuplarea electrica automat si/sau manual (8) pentru deconectarea circuitelor defecte după detecția anomaliei; ii) gruparea de măsură interna (29) este prevăzută cu o componenta de decuplare realizata conform componentei de decuplare externe (8) prezentata anterior (4.i).
5. 5. Aparat de protecție, conform revendicării 1, 2, 3 si 4, caracterizat prin aceea ca unitatea electronica centrala (6) detectează, semnalează si decuplează circuitulele dintr-o instalație electrica in care dispozitivele, consumatorii si/sau traseele nu funcționează corect din punct de vedere tehnic prin intermediul grupărilor de măsură, control si decuplare (7, 29).
6. 6. Aparat de protecție, conform revendicării 1, 2, 3, 4 si 5, caracterizat prin aceea ca unitatea electronica centrala (6) detectează, semnalează si decuplează

   Pagina 21 a 2017 00172

   21/03/2017 circuitele care au o comportare ce poate conduce la defect, incendiu sau explozie, prin intermediul grupărilor de măsură, control si decuplare (7, 29).
7. 7. Aparat de protecție, conform revendicării 1, 2, 3, 4, 5 si 6, caracterizat prin aceea ca decuplează ramurile dintr-o instalație electrica in care exista variații ale tensiunii electrice, curentului electric si rezistentei electrice peste intevralul prestabilit.
8. 8. Aparat de protecție, conform uneia sau mai multora dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea ca unitatea centrala (6) poate comunica bidirecțional cu unitatea/unitatile de gestiune ale instalației de protejat, dispozitivele instalației electrice si calculatoare, prin o magistrala de comunicare (9, 16) pentru transmiterea stărilor si primirea informațiilor de gestiune.
9. 9. Aparat de protecție, conform uneia sau mai multora dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea ca este prevăzut cu o interfața operatoraparat (32) pentru facilitarea schimbului de informații cu operatorul.
10. 10. Aparat de protecție, conform uneia sau mai multora dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea ca unitatea centrala (6) salveaza si reda istoricul datelor in vederea unei analize retrospective.
11. 11. Aparat de protecție, conform uneia sau mai multora dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea ca se pot incarca in nucleul de procesare si memorare (30) acestuia noi semnaturi electrice de funcționare si înainte si după implementarea acestuia in instalația electrica.
12. 12. Aparat de protecție, conform revendicării 1, 2, 3, 8 si 9, caracterizat prin aceea ca achiziționează semnaturi electrice de funcționare ale dispozitivelor conforme si ale evenimentelor ce tin de siguranța electrica si de incendiu salvandu-le intern in nucleul de procesare si memorare (30) si/sau extern pentru utlizarea acestora ca semnaturi electrice de referința.
13. 13. Metoda de analiza a semnaturilor electrice de funcționare, implementata in aparatul de protecție, este caracterizata de următorii pași:

    a) procesul începe cu : i) incarcarea din memorie a semnaturilor electrice si datelor nominale de funcționare, conforme si a celor cauzate de incidente electrice si de incendiu; ii) se verifica starea componentelor de decuplare sa fie conforma, altfel se salveaza erorile pentru transmiterea in pasul următor.

    b) începe procesul de comunicare bidirecțional continuu cu unitatea/unitatile centrale a instalației de protejat sau cu dispozitivele: se transmit erorile din pasul (a), daca exista.

    c) se achiziționează continuu date de către grupurile de măsură externe si interne (7, 29) prin intermediul componentei de măsură (22) cu ajutorul sondelor de tensiune electrica, intensitate electrica si valoarea rezistentei electrice.

    Pagina 22 a 2017 00172

    21/03/2017

    d) se transmit continuu datele achiziționate in pasul (c).

    e) datele achiziționate sunt primite de unitatea centrala a dispozitivului (6) si se monitorizează datele venite continuu din comunicația stabilita in pasul (b).

    f) se verifica ca valorile rezistentelor electrice achiziționate continuu in pasul (c) sa se afle in intervalele prestabilite, conforme, încărcate din memorie in pasul (a) , se monitorizează datele venite continuu din comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării.

    g) daca verdictul, generat in pasul (f), este conform se trece mai departe; altfel circuitul in cauza se deconectează automat (in funcție de instalație) si se semnalează defectul si tipul acestuia, ramura si faptul ca a fost deconectată (după caz).

    h) pasul de analizare a tensiunii electrice, alcătuit din: i) se verifica ca valorile tensiunilor electrice achiziționate continuu sa se afle in intervalele de alimentare prestabilite, conforme, încărcate din memorie in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării; ii) semnalul tensiunii electrice se convertește din domeniul temporal in domeniul spectral; se compara semnalul temporal al tensiunii electrice si spectrul acestuia cu semnaturile temporale si spectrale de buna funcționare tehnica, conforma, încărcate din memorie in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării; iii) se compara semnalul temporal al tensiunii electrice achiziționat continuu si spectrul tensiunii electrice rezultat anterior in pasul (h.ii) cu semnaturile temporale si spectrale ale incidentelor legate de securitatea de incendiu (descărcări electrice, arce electrice etc), încărcate din memoriei in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării.

    i) daca toate cele trei verdicte, generate in pasul (h), sunt conforme se trece mai departe; atfel circuitul in cauza se deconectează automat (in funcție de instalație) si se semnalează defectul si tipul acestuia, ramura si faptul ca a fost deconectat (după caz).

    j) pasul de analizare a intensității curentului electric, alcătuit din: i) se verifica ca valorile intensităților curenților electrici achiziționați continuu sa se afle in intervalele de alimentare prestabilite, conforme, încărcate din memorie in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării; ii) semnalul intensității curentului electric se convertește din domeniul temporal in domeniul spectral; se compara semnalul temporal al intensității curentului electric si spectrul acestuia cu semnaturile temporale si spectrale de buna funcționare tehnica, conforma, încărcate din memorie in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul

    Pagina 23 a 2017 00172

    21/03/2017 YJ comparării; iii) se compara semnalul temporal al intensității curentului electric achiziționat continuu si spectrul intensității curentului electric rezultat anterior in pasul (j.ii) cu semnaturile temporale si spectrale ale incidentelor legate de securitatea de incendiu (descărcări electrice, arce electrice etc), încărcate din memorie in pasul (a), se monitorizează datele venite continuu in comunicația stabilita in pasul (b) si se salveaza verdictul comparării.

    k) daca toate cele trei verdicte, generate in pasul (j), sunt conforme se trece mai departe; atfel circuitul in cauza se deconectează automat (in funcție de instalație) si se semnalează defectul si tipul acestuia, ramura si faptul ca a fost deconectat (după caz).

    l) componentele de deconectare (21) care au fost acționate, in mod automat de către dispozitivul de protecție sau manual, se blochează automat in starea decuplat, din unitatea electronica centrala (6), in vederea remedierii problemei si resetarea acestei stări doar de către personalul autorizat, din motive de siguranța.

    m) se transmit, prin procesul de comunicație stabilit in pasul (b), indicii de funcționare conforma, realizați in funcție de verdictele generate in pașii (f), (h) si (j), iar procesul de monitorizare se reia, pașii de măsură si verificări rulând serial sau paralel pentru detectarea foarte rapida a anomaliilor. Datele achiziționate raman salvate in vederea unei viitoare descărcări pentru analiza retrospectiva, in limita memoriei disponibile, sau se salveaza in unitatea centrala a instalației de protejat sau extern.