BRPI1004202A2 - elemento de veÍculo, veÍculo e aeronave - Google Patents
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Abstract
ELEMENTO DE VEÍCULO, VEÍCULO E AERONAVE Trata-se de um elemento de veículo contendo cabos elétricos (4) , adaptados para transportar uma corrente elétrica desde pelo menos um gerador (2) , sendo que os ditos cabos elétricos (4) compreendem pelo menos um cabo de fase (40) associado a uma fase do gerador, e contendo um dispositivo de detecção de curto-circuito (5) que integra meios de medição (8) adaptados para operar com o referido cabo de fase (40) Os cabos elétricos contêm, além disso, um cabo de neutro(41), sendo que o dispositivo de detecção (5) compreende, por um lado, os meios de medição de corrente (8) , que são adaptados, além disso, para operar com o citado cabo de neutro (41) , e por outro lado, uma unidade de comando e de cálculo (9) ligada aos mencionados meios de medição de corrente e adaptada para comparar com um limite determinado um valor representativo da resultante dascorrentes que circulam respectivamente nos indicados cabos elétricos (4)
Description
"ELEMENTO DE VEÍCULO, VEÍCULO E AERONAVE"
A presente invenção refere-se a um elemento de veiculo contendo cabos elétricos adaptados para transportar uma corrente elétrica desde pelo menos um gerador, e especialmente em uma aeronave.
Já se conhecem aeronaves cuja rede elétrica compreende geradores elétricos, especialmente na altura das asas da aeronave próximo aos reatores, e um núcleo elétrico que distribui a potência elétrica produzida pelos geradores, sendo que o núcleo elétrico está localizado na fuselagem da aeronave.
Cabos de fase estendem-se desde cada um dos geradores até o núcleo elétrico passando pela fuselagem e/ou as asas. A fim de proteger a aeronave contra um defeito de curto- circuito em um dos cabos de fase, é conhecido implementar uma função de proteção diferencial.
A figura 3 representa tal dispositivo de proteção dos cabos de acordo com a arte anterior, no qual se realiza uma primeira medição das correntes que circulam nos três cabos de fase 104, sendo que essa primeira medição é efetuada na saida de cada gerador 102. Essas correntes são medidas, por exemplo, por meios 108a de medição compreendendo pelo menos um transformador de corrente. Também se realiza uma segunda medição das correntes que circulam nos três cabos de fase 104 na entrada do núcleo elétrico 103. Essas correntes—também são medidas por meios 108b de medição compreendendo, por exemplo, pelo menos um transformador de corrente.
As primeiras e segundas medições de corrente são encaminhadas por cabos de medição de corrente 110a, 110b para uma unidade de comando e de cálculo 109. 0 dispositivo verifica então que a diferença entre a medida da _corrente na ^ altura do gerador e a medida, na altura do núcleo elétrico não ultrapassa um valor limite (por exemplo, para certas aeronaves, 50 A durante 50 ms) em uma das fases.
Se não houver nenhum defeito, a diferença entre os dois pontos de medição para cada um dos cabos de fase será nula.
Se houver um defeito de curto-circuito, o valor limite será ultrapassado e um módulo de comando 112 do gerador, presente na unidade 109, interromperá a geração de potência do dito gerador.
De maneira conhecida, a estrutura metálica da aeronave assegura a continuidade do neutro elétrico desde o- gerador, ligado à estrutura dentro da nacela, até o núcleo elétrico.
Um elemento de veiculo contendo cabos e um dispositivo de proteção como descrito acima apresenta o inconveniente de necessitar, uma vez que os aparelhos de medição efetuam duas medições de corrente para um mesmo cabo em pontos diferentes, aparelhos de medição perfeitamente emparelhados a fim de obter respostas dinâmicas idênticas que não induzam diferenças de medida capazes de ativar a proteção.
Além disso, os cabos de medição de corrente precisam de rotas dedicadas e uma análise de riscos especifica, uma vez que uma ruptura desses cabos de medição provoca o acionamento da proteção e a perda do gerador associado. Essas rotas especificas são difíceis de serem instaladas na aeronave, devido à alta densidade de cabos elétricos que circulam na aeronave, especialmente no caso dos cabosde medição associados à medição efetuada na saída do gerador, medição essa que é efetuada à distância da unidade de comando e de cálculo e que implica extensas rotas de cabos.
Por outro lado, conhece-se uma concepção de tais veículos segundo a qual as estruturas metálicas são substituídas por estruturas de material compósito. Nessas estruturas, ligasse o neutro dos geradores_até .o núcleo elétrico sem passar pela estrutura, o que implica prever um sistema de proteção adaptado à presença desse cabo.
A invenção visa fornecer um elemento de veículo contendo cabos e um dispositivo de detecção de curto-circuito que seja particularmente econômico e simples de fabricar. Para tal, ela propõe um elemento de veiculo contendo cabos elétricos adaptados para transportar uma corrente elétrica desde pelo menos um gerador, sendo que os ditos cabos elétricos compreendem pelo menos um cabo de fase associado a uma fase do gerador, e contendo um dispositivo de detecção de curto-circuito que - integra meios de medição adaptados para operar com o referido cabo de fase, caracterizado pelo fato de os cabos elétricos conterem, além disso, um cabo de neutro, sendo que o dispositivo de detecção compreende, por um lado, os meios de medição de corrente, que são adaptados, além disso, para operar com o citado cabo de neutro, e por outro lado, uma unidade de comando e de cálculo ligada aos mencionados meios de medição de corrente e adaptada para comparar com um limite determinado um valor representativo da resultante das correntes que circulam respectivamente nos indicados cabos elétricos. No elemento de veiculo de acordo com a invenção, o neutro do gerador é ligado a um cabo e esse cabo de neutro é utilizado por um dispositivo de detecção de curto- circuito que é comum aos cabos de fase desse gerador. 0 fat o de o neutro ser ligado a um cabo no veiculo permite medir simultaneamente os valores da corrente para as três fases e para-o neutro, e deduzir imediatamente se uma corrente de curto-circuito está presente na estrutura do veiculo.
A invenção também propõe um núcleo de veiculo contendo um elemento de veiculo tal como descrito acima, que compreende um núcleo elétrico adaptado para distribuir a potência elétrica recebida do dito gerador, com o cabo de fase e o cabo de neutro estendendo-se entre o gerador^e o núcleo elétrico, sendo que os meios de medição de corrente estão ligados ao cabo de fase em um único ponto de medição ao longo do referido cabo de fase,, e ao cabo de neutro em um único ponto de medição ao longo do mencionando cabo de neutro.
A medição das correntes em um único ponto ao longo dos cabos permite diminuir o número de meios de medição de corrente necessários, tornando assim o dispositivo de detecção particularmente cômodo de ser instalado e vantajoso em termos de peso, custo e confiabilidade. De acordo com uma característica da invenção, os meios de medição de corrente estão dispostos dentro do núcleo elétrico, próximo à unidade de comando e de cálculo. 0'" dispositivo de detecção está assim localizado na sua totalidade dentro do núcleo elétrico, não ocasionando a presença de rotas de cabos que se estendem dentro do veículo.
De acordo com outra característica da invenção, os meios de medição de corrente são adaptados para medir individualmente a corrente no cabo de fase e no cabo de neutro, sendo que a unidade de comando e de cálculo é adaptada para somar os valores de corrente medidos e para comparar a soma obtida com o referido limite determinado. Essas medições individuais das correntes que circulam respectivamente nos cabos de fase permitem detectar os curtos-circuitos e permitem, além disso, detectar um eventual defeito na saída do gerador associado no caso de um corte total das fases do gerador. De acordo com outras características da invenção:
a corrente _elétrica— transportada- desde o gerador compreende três fases, de modo que os cabos elétricos compreendem três cabos de fase e o cabo de neutro, os meios de medição de corrente são ligados eletricamente aos ditos três cabos de fase e ao citado cabo de neutro, e a unidade de comando e de cálculo é adaptada para comparar com o limite determinado um valor representativo da resultante das quatro correntes . que ^circulam respectivamente nos mencionados cabos elétricos; - os meios de medição de corrente são adaptados para medir individualmente a corrente em cada um dos três cabos de fase e no cabo de neutro, e a unidade de comando e de cálculo é adaptada para somar os quatro valores de corrente medidos e para comparar a soma obtida com o referido limite determinado;
os meios de medição de corrente compreendem transformadores de corrente, com um transformador de corrente associado a cada cabo elétrico;
- a estrutura do veiculo é de material compósito; e
- o veiculo é uma aeronave.
A invenção protege finalmente uma aeronave cujo núcleo 1-0 - elétrico, os meios de medição de corrente e o calculador de comando estão dispostos no compartimento aviônico, na ponta dianteira da aeronave.
De acordo com outras características da invenção:
- a aeronave compreende meios de medição de corrente adaptados para operar com os cabos elétricos a montante
do dito núcleo elétrico; e/ou
a aeronave compreende pelo menos quatro geradores dispostos nas asas da aeronave e um gerador auxiliar no cone traseiro da fuselagem da aeronave, sendo que cada gerador é ligado ao núcleo elétrico por meio de pelo menos um cabo de fase e um cabo de neutro, meios de medição de corrente são associados a cada gerador e o conjunto dos meios de medição de corrente é ligado à unidade de comando e de cálculo. A exposição da invenção será agora seguida por uma descrição detalhada^ de exemplos de realização, dada abaixo a título ilustrativo e não limitativo, em referência aos desenhos anexos cujas figuras são relacionadas abaixo. A figura 1 é uma representação de uma aeronave contendo cabos adaptados para interligar geradores e um núcleo elétrico;
A figura 2 é um esquema representativo da_ invenção,- no qual cabos de fase e um cabo de neutro estendem-se entre um gerador e o núcleo elétrico do veículo, com meios de medição que são ligados aos cabos de fase e ao cabo de neutro em um único ponto de medição ao longo dos cabos; e
A figura 3 é um esquema representativo demonstrativo do estado da técnica, no qual cabos de fase e um cabo de neutro estendem-se entre um gerador e o núcleo elétrico do veiculo, com meios de medição que são dispostos em duas zonas de medição de corrente.
Na seqüência, descrever-se-á um elemento de aeronave contendo cabos e um dispositivo de detecção de curto- circuito. Entender-se-á que também poderiam.- ser 10- descritos outros veículos, como um trem, um veículo automóvel ou um navio, sem sair do contexto da invenção, a partir do momento que se deseja proteger os cabos de um curto-circuito em tal veículo.
Como ilustrado na figura 1, uma aeronave 1 compreende geradores 2, um núcleo elétrico 3 e cabos elétricos 4 que se estendem entre cada um dos geradores 2 e o núcleo 3. A aeronave 1 compreende, além disso, um dispositivo de detecção de curto-circuito 5 disposto dentro do núcleo elétrico 3.
Nesse caso, a estrutura da aeronave 1 é de material compósito.
Os geradores elétricos 2 compreendem quatro geradores 20, 21, 22, 23 dispostos na altura das asas 6 e acionados pelos motores, um gerador 24 disposto no cone traseiro 7 da fuselagem e acionado por uma unidade de motor auxiliar (chamada APUJ , js n_essj5 _caso- um-gerador reserva 2 5 também disposto na altura das asas 6.
Esses geradores 2 são aqui geradores de corrente trifásica.
0 núcleo elétrico 3, adaptado para distribuir a potência elétrica proveniente dos geradores, nesse caso está localizado na ponta dianteira da aeronave, em uma zona comumente chamada compartimento aviônico.- Entender-se-á" que, sem sair do contexto da invenção, o núcleo elétrico pode estar localizado em um trecho central da aeronave.
Os cabos elétricos 4 compreendem cabos de fase 40, aqui em número de três, e um cabo de neutro 41, como se pode ver na figura 2.
Os cabos de fase 40, associados respectivamente a cada uma das fases de cada gerador 3, estendem-se desde as asas 6, ou desde o cone traseiro 7, até o núcleo elétrico 3.
0 cabo de neutro 41 interliga o neutro de cada gerador 2 ao neutro do núcleo elétrico 3.
Observar-se-á que, de acordo com a invenção, o cabo de neutro 41 está presente qualquer que seja a estrutura da IQ .aeronave, especialmente uma estrutura metálica ou uma estrutura compósita, como descrito anteriormente. Como ilustrado na figura 2, o dispositivo de detecção 5 compreende meios de medição 8 e uma unidade de comando e de cálculo 9. Tal dispositivo de detecção 5 é previsto para cada conjunto de cabos elétricos 4, compreendendo nesse caso três cabos de fase 40 e um cabo de neutro 41, e se estendendo entre o núcleo elétrico 3 de um dos geradores 2.
A descrição a seguir será efetuada para um dispositivo de detecção associado a um gerador 20 e aos cabos elétricos que interligam esse gerador 20 ao núcleo elétrico 3, porém entender-se-á que se pode prever vantajosamente dispositivos de detecção semelhantes para cada um dos geradores da aeronave. Os meios de medição de corrente 8 realizam aqui uma medição individual da corrente em cada um dos três cabos de fase 40 e no cabo de neutro 41.
Como se vê na figura 2, os meios de medição de corrente 8 são adaptados para operar com os cabos de fase 40 e o cabo de neutro 41 em um único ponto de medição ao longo de cada um desses cabos e entre o gerador e o núcleo elétrico.
Os meios 8 compreendem nesse caso transformadores de . corrente, - com um transformador de corrente associado a cada cabo.
Os meios de medição de corrente 8 e a unidade de comando e de cálculo 9 são interligados por cabos de medição de corrente 10, com um cabo de medição de corrente 10 associado a cada cabo de fase 40 e ao cabo de neutro 41. Observar-se-á que, de acordo com a invenção, um único cabo de medição 10 é associado a cada cabo elétrico 4 devido ao fato da medição em um único ponto ao longo de cada um dos cabos.
Os meios de medição de corrente 8 e a unidade de comando e de cálculo 9 estão dispostos dentro do núcleo elétrico, com os meios de medição 8 próximos à unidade 9... Dessa 10. .. forma, -o comprimento "dos cabos de medição de corrente 10 é reduzido.
A unidade de comando e de cálculo 9 compreende um módulo de cálculo 11 e um módulo de comando 12.
0 módulo de cálculo 11 recebe, por intermédio dos cabos de medição de corrente 10, um valor representativo da resultante das correntes que circulam nos cabos. Nesse caso, no exemplo descrito de uma medição individual das correntes, o módulo de cálculo 11 é programado para realizar em um primeiro tempo a soma dos valores de corrente medidos, podendo cada valor ser positivo ou negativo segundo o sentido de circulação dessas correntes. Em um segundo tempo, o módulo de cálculo 11 compara a soma obtida com um limite determinado, durante um tempo determinado. Se não houver defeito no circuito, a soma das quatro correntes que circulam nos_ três cabos de fase 40 è no cabo de neutro 41 será teoricamente nula, portanto, inferior ao limite determinado. O valor do limite é determinado para que oscilações mínimas em torno desse valor nulo teórico não sejam interpretadas como defeitos de curto-circuito.
Se houver um defeito de curto-circuito a se acrescentar às quatro correntes medidas, a soma das —-.correntes excederá o limite determinado para o tempo fixado. 0 módulo de cálculo 11 compara assim a soma ao limite determinado e transmite para o módulo de comando 12 uma informação de que a linha de cabos apresenta um defeito de curto-circuito assim que a soma for superior ao limite determinado durante o tempo fixado.
0 módulo de comando 12 é nesse caso ligado diretamente ao gerador 20, de maneira a poder gerar, em resposta a tal informação de detecção de curto-circuito no gerador 20, . um comando para, por exemplo, isolar eletricamente esse gerador 20.
Dessa forma, de acordo ,com a invenção, o estudo da resultante das correntes que circulam respectivamente nos 10_ . cabos e o estabelecimento da medição de corrente em um único ponto ao longo de cada cabo elétrico de um gerador dado permite a detecção de uma corrente de curto-circuito e permite uma intervenção imediata do módulo de comando relativa ao gerador em questão. Essa detecção de curto- circuito apresenta assim a vantagem de requerer apenas um número limitado de meios de medição de corrente e de cabos de medição de corrente, tornando assim o dispositivo de detecção particularmente cômodo de ser instalado, com a obtenção de um ganho de massa no veiculo e de um custo de instalação e manutenção reduzido. Além disso, esse número limitado de componentes assegura um aumento da confiabilidade do dispositivo de detecção. De acordo com outras variantes não representadas:
- a rede não é trifásica, mas bifásica: apenas dois cabos se estendem entre cada gerador e o núcleo elétrico, com
um cabo de neutro e um_ cabo do -fase;- -or principio da invenção é o mesmo com os meios de medição de corrente medindo os valores da corrente nos dois cabos e a unidade de comando e de cálculo verificando que a soma das correntes é sensivelmente nula;
- o módulo de comando não está ligado diretamente ao gerador, mas o está por intermédio de um componente
elétrico que transmite para o gerador a......ordem de
alimentação "fornecida pelo módulo de comando;
- os meios de medição de corrente estão dispostos a montante do núcleo elétrico; e/ou
- os meios de medição de corrente não realizam medições individuais de cada um dos três cabos de fase e do cabo de neutro; os cabos de medição de corrente associados a cada fase e ao neutro são enrolados em torno de um núcleo de bobina; sem corrente de curto-circuito, a soma das correntes que circulam nos cabos enrolados é teoricamente nula e não há formação de fluxo magnético; se as correntes não se anularem, haverá a formação de um campo magnético e essa informação será transmitida para a unidade de comando e de cálculo que comparará o valor desse campo a um limite.
Notar-se-á que, no caso de um corte total das três fases, a soma das correntes medidas é nula e nenhuma corrente de curto-circuito é detectada; uma medição individual das correntes permite então descobrir que há um defeito na saida de um dos geradores.
Observar-se-á que, de acordo com a invenção, eliminou-se a medida das correntes na saida do gerador, o que representa, por um lado, um ganho devido ao fato da diminuição do número de cabos e do número de aparelhos de medição, e, por outro lado, um funcionamento otimizado sem acionamento intempestivo devido a um mau emparelhamento dos diferentes aparelhos de medição para um mesmo gerador.
Evidentemente, podem ser efetuadas várias modificações no exemplo de realização descrito acima sem sair do campo da invenção.
Claims (10)
1. Elemento de veiculo, contendo cabos elétricos (4) adaptados para transportar uma corrente elétrica desde pelo menos um gerador (2), sendo que os ditos cabos elétricos (4) compreendem pelo menos um cabo de fase (40) associado a uma fase do gerador (2), e contendo um dispositivo de detecção de curto-circuito (5) que integra meios de medição (8) adaptados para operar com o referido cabo de fase (40) , caracterizado pelo fato de os cabos elétricos- (4) conterem, 'além disso, um cabo de neutro (41), sendo que o dispositivo de detecção (5) compreende, por um lado, os meios de medição de corrente (8), que são adaptados, ainda, para operar com o citado cabo de neutro (41), e por outro lado, uma unidade de comando e de cálculo (9) ligada aos mencionados meios de medição de corrente (8) e adaptada para comparar com um limite determinado um valor representativo da resultante das correntes que circulam respectivamente nos indicados cabos elétricos (4).
2. Veiculo, compreendendo um elemento conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um núcleo elétrico (3) adaptado para distribuir a potência elétrica recebida do dito gerador (2), com o cabo de fase (40) e o cabo de neutro (41) 25 estendendo-se entre o gerador (2) e o núcleo elétrico (3), sendo que os meios de medição -de- corrente (&)" "estão ligados ao cabo de fase (40) em um único ponto de medição ao longo do referido cabo de fase (40) , e ao cabo de neutro (41) em um único ponto de medição ao longo do mencionando cabo de neutro (41) .
3. Veiculo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os meios de medição de corrente (8) estarem dispostos dentro do núcleo- elétrico (3) próximos à' unidade de comando e de cálculo (9).
4. Veiculo,, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de os meios de medição de corrente (8) serem adaptados para medir individualmente a corrente no cabo de fase (40) e no cabo de neutro (41), sendo que a unidade de comando e de cálculo (9) é adaptada para somar os valores de corrente medidos e para comparar a soma obtida com o referido limite determinado.
5. Veiculo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a corrente elétrica transportada desde o gerador (2) compreender três fases, de modo que os cabos elétricos (4) compreendem três cabos de fase (40) e o cabo de neutro (41), os meios de medição cabos de fase (40) e ao citado cabo de neutro (41), e a unidade de comando e de cálculo (9) é adaptada para comparar com o limite determinado um valor representativo da resultante das quatro correntes que circulam respectivamente nos mencionados cabos elétricos (4) .
6. Veiculo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato ,de os meios de medição de corrente (8) serem adaptados para medir individualmente a corrente em cada um dos três cabos de fase (40) e no cabo de neutro (41), sendo que a unidade de comando e de cálculo (9) é adaptada para somar os quatro valores de corrente medidos e para comparar a soma obtida com o referido limite determinado.
7. Veiculo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os meios de medição de corrente (8) compreenderem transformadores- -de- corrente, ComT um transformador de corrente associado a cada cabo elétrico (4).
8. Veiculo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizado pelo fato de a estrutura do veiculo ser de material compósito.
9. Veiculo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo fato de o veiculo ser uma aeronave.
10. Aeronave, como definida na reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o núcleo elétrico (3), os meios de medição de corrente (8) e a unidade de comando e de cálculo (9) estarem dispostos no compartimento aviônico, na ponta dianteira da aeronave.
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