ES2240103T3 - Procedimiento y dispositivo para la deteccion de arcos voltaicos parasitos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la detección de arcos voltaicos parásitos, conocidos también como arc tracking, en un cable (1), especialmente en un cable de red de a bordo de una aeronave, en el que una señal de intensidad alterna (I(t)) detectada (I(t)) es explorada de forma discreta en el tiempo, y una función trigonométrica (I(k)) representativa de la forma de onda de corriente alterna es determinada por interpolación de una cantidad de valores de exploración (y(k) sobre la base de la señal de intensidad discreta (I(k)) así formada, la frecuencia de corriente alterna efectiva (ù) derivada de dicha función trigonométrica (I(k)) y en la que puede deducirse la existencia de un arco voltaico parásito a partir del resultado de una comparación de la frecuencia de corriente alterna (ù) efectiva con una frecuencia nominal (ù'').

Description

Procedimiento y dispositivo para la detección de arcos voltaicos parásitos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la detección de arcos voltaicos parásitos en un cable, especialmente en un cable de red de a bordo de una aeronave o vehículo espacial. Se refiere, además, a un dispositivo para la realización del procedimiento. Bajo arco voltaico parásito se entiende aquí especialmente al así llamado "arc tracking".

El problemas del así llamado "cable arc tracking" es conocido desde hace años, especialmente en redes de a bordo de aeronaves y/o vehículos espaciales. En "arc trackings" de este tipo se origina en una haz de cables, entre dos cables contiguos, un contacto conductor debido, por ejemplo, a daños previos y/o contaminaciones (Wet Arc tracking) o a rozamientos en un canto metálico (Dry Arc tracking). Este contacto puede ser inicialmente de una elevada resistencia óhmica (Wet Arc tracking) o directamente de baja resistencia óhmica (Dry Arc tracking). Como "wet arc tracking" se designa aquí entre dos defectos de aislamiento un contacto conductor producido por el ataque de un electrolito, por ejemplo, un líquido limpiador sobre el aislamiento del cable. Con la formación de un arco voltaico la consecuencia es frecuentemente una destrucción térmica de todo el haz de cables en una longitud determinada. Al contrario, un conductor metálico produce el contacto conductor en un dry arc tracking con una relativa baja resistencia óhmica y el arco voltaico se origina prácticamente al instante. También esto puede producir la destrucción térmica del haz de cables.

De este modo, no solo es problemática la destrucción del haz de cables propiamente dicho. Antes bien, los daños son críticos como resultado de producirse el incendio del material circundante. Los daños resultantes de incendios de cables de este tipo, también semejantes a explosiones, pueden ser, a su vez, el motivo de daños catastróficos en aeronaves o vehículos espaciales.

Durante la investigación de las causas de la aparición de arcos voltaicos o arc tracking en cables de redes de a bordo de este tipo pudo demostrarse que, por un lado, la capacidad de resistencia de aislamientos de cables contra arc tracking depende exclusivamente de la estructura de los materiales utilizados en el revestimiento del cable. Por otro lado el material usado hasta ahora (POLIIMIDA) se caracteriza por su muy alta absorción de agua, con lo que se presenta un daño prematura por la formación de fisuras en el aislamiento, especialmente durante frecuentes cambios de temperatura, como los que aparecen en el servicio aéreo. Además, con la destrucción térmica se forman depósitos carbonizables a partir de aproximadamente 800ºC posibilitando el arctracking, es decir, una migración del arco voltaico a lo largo del mazo de cables. Contrariamente, materiales como, por ejemplo, politetrafluoretileno (PTFE) son relativamente resistentes contra arc tracking.

Como en los tipos de cables utilizados en aeronáutica el aislamiento sigue siendo de láminas de poliimida, todos los empeños llevados a cabo en este terreno apuntan a desarrollar pruebas que permitan una clasificación de cables en lo posible unívoca, respecto de su capacidad de resistencia al arc tracking. De este modo, la POLIIMIDA no ha sido reemplazada hasta ahora como componente de revestimientos de cables debido a sus sobresalientes valores dieléctricos y su alta resistencia a la temperatura. Sin embargo, a pesar de la optimización de los procesos y la aplicación del mayor cuidado durante la fabricación y el tendido de los haces de cables, no han podido evitarse totalmente los accidentes debidos al cable arc tracking. Además, se comprobó que también en conectores enchufables, bajo influencias de humedad y contaminación, pueden aparecer descargas que, en el más desfavorable de los casos, conducen al encendido de partes contiguas.

La instalación de medidas de protección se complica por el hecho de que la amplitud de corriente que fluye durante el proceso de arc tracking, especialmente durante el wet arc tracking, puede estar situada visiblemente por debajo de la corriente nominal de los órganos de protección contra sobrecorriente instalados habitualmente, con la consecuencia que los mismos no actúen. Contrariamente, con dry arc tracking, los valores de amplitudes son reconocidamente mayores. Sin embargo, los mismos aparecen típicamente a intervalos, de manera que la energía convertida es frecuentemente insuficiente para disparar los órganos de protección instalados.

Para el control del problema descrito, es deseable disponer de un protector contra arco voltaico parásito adicional a la protección contra sobrecorriente convencional ya existente en la red de a bordo de aeronaves de este tipo, para proteger fiablemente lo más posible las instalaciones de a bordo.

La invención tiene, entonces, por objeto crear un procedimiento especialmente adecuado para la detección de arcos voltaicos parásitos en un cable, especialmente en un cables de la red de a bordo de una aeronave o un vehículo espacial. Además, quiere crearse un dispositivo para la adecuada realización del procedimiento que, de manera sencilla y especialmente compacta, posibilite de manera particularmente fiable una protección también contra arcos voltaicos parásitos (arc tracking) en un cable o haz de cables y/o en un consumidor alimentado por los mismos.

Referente al procedimiento, este objeto se consigue según la invención, mediante las características de la reivindicación 1. Otros perfeccionamientos convenientes son objeto de las subreivindicaciones referidas al mismo.

Con esta finalidad, una señal de intensidad alterna captada es explorada de manera discreta en el tiempo y, mediante la interpolación preferentemente de una reducida cantidad de valores de exploración, determina una función trigonométrica reproductora del recorrido de la corriente alterna de la que deriva la frecuencia de corriente alterna efectiva. Mediante la comparación de la frecuencia de corriente alterna efectiva con la frecuencia de referencia o nominal se deduce, entonces, la existencia de un arco voltaico parásito y se genera eventualmente una señal de advertencia. De este modo, una frecuencia de referencia o nominal es la frecuencia de corriente alterna generada, es decir, en el caso preferente de aplicación es la frecuencia de la red de a bordo o bien la media frecuencia de la red de a bordo. También puede predeterminarse la frecuencia crítica derivada de la frecuencia nominal. La misma es, por ejemplo, un exceso de más del 10% de la frecuencia de corriente alterna generada.

La invención se basa en el conocimiento, que al aparecer un arco voltaico o arc tracking una señal parásita correspondiente se sobrepone a una señal conducida a través de la línea de alimentación dentro de un haz de cables, es decir, a una señal de intensidad alterna sinusoidal o cosinusoidal, donde como consecuencia de una laguna en la señal debido al apagado y reencendido continuos del arco voltaico cada semionda de la señal presenta una parte de frecuencia característica por encima de aquella frecuencia nominal con la que se opera la red de a bordo. La señal de arc tracking se encuentra contenida en la señal de prueba detectada en forma de puntas de señal o picos, que pueden aparecer en distintos sitios de la semionda positiva y/o negativa de la señal de prueba descrita seguidamente como señal coseno. Como tales superposiciones o interferencias debidas al arc tracking son reconocibles esencialmente en la señal de intensidad y no tanto en la señal de tensión, es apropiada la detección mediante la medición de la señal de
intensidad.

La invención parte ahora de la apreciación de que una señal de medición continua, cuya curva de señal es explorada de manera discreta en el tiempo mediante un convertidor analógico-digital, se encuentra reproducida con sólo pocos valores o valores de exploración según el siguiente planteamiento:

y(t) = y\ max \cdot cox(\omega t)

\omega tl = -arccos \frac{y(tl)}{ymax}

\omega tr = arccos \frac{y(tr)}{ymax}

y puede estimarse del mismo con gran exactitud la frecuencia efectiva del trazado efectivo de la señal, según la relación:

f(t) = \frac{1}{\pi \Delta t}arccos\frac{y(tl,r)}{ymax}

A tal efecto, una interpolación de la función coseno establecida como función trigonométrica preferente es implementada ventajosamente de sólo tres valores de exploración, o sea, el valor máximo (y_{max}) y, en cada caso, un valor de exploración (y(t_{l,r})) situado a la izquierda y a la derecha cercano al valor máximo. Debido a que la cantidad de datos a procesar es comparativamente reducida, se necesita un tiempo de procesamiento particularmente breve. De esta manera, el procedimiento se destaca especialmente por la elevada velocidad de procesamiento. En lugar de la función coseno puede emplearse, en principio, como planteamiento la función seno.

Ambos valores de exploración, situados temporalmente delante o bien detrás del valor máximo presentan ventajosamente los mismos valores de ordenadas o de amplitud. Esto es garantizado convenientemente mediante la utilización de un valor umbral predeterminado, que durante el exploración ha sido apenas sobrepasado por el valor de exploración (izquierdo) respectivo, mientras el valor de exploración (derecho) respectivo se encuentra apenas por debajo del valor umbral. En otro procesamiento, son utilizados los valores de abcisas pertenecientes a ambos valores de exploración y, de este modo, los impulsos correspondientes, es decir, al valor umbral se le asigna en cada caso el criterio de tiempo o el valor de tiempo correspondiente de estos dos valores de exploración.

Referente al dispositivo, el objeto referido es conseguido, según la invención, mediante las características de la reivindicación 12. Configuraciones ventajosas son objeto de las subreivindicaciones referidas al mismo.

Las ventajas logradas con la invención consisten especialmente en que, mediante un algoritmo adecuado puede estimarse la frecuencia de corriente alterna efectiva, mediante la conveniente interpolación de sólo tres valores de exploración de una señal de intensidad alterna explorada en forma discreta en el tiempo, y, ante su divergencia de una frecuencia de red de a bordo o nominal, puede detectar en forma fiable y especialmente efectiva un arc tracking que se manifiesta en un cable de la red de a bordo. Recurriendo a la señal de intensidad discreta, reducida preferentemente cuantitativamente en el factor diez que, en comparación con la curva de señal interpolado para la estimación de la frecuencia sólo por muy pocos valores de exploración, recibe en forma comparativamente completa las informaciones contenidas en la señal de intensidad alterna detectada, todo el procesamiento de la señal y la evaluación de la señal son informáticamente simplificados. Con este fin, el algoritmo contiene preferentemente dos rutas de programa paralelos, donde en la (primera) ruta de programa destinada a la estimación de la frecuencia prácticamente son procesados sólo tres valores de exploración de la intencionadamente alta razón de exploración necesaria para una resolución fina deseada de la señal de intensidad alterna. Una razón de exploración comparativamente reducida sería suficiente para la ruta de señal efectiva o (segunda) ruta de programa, sin pérdida significativa de información, de manera que convenientemente la cantidad de datos a procesar en la misma puede ser disminuida mediante la reducción de la cantidad de valores de exploración de la señal de intensidad discreta.

Un dispositivo trabajando según este procedimiento se encuentra ventajosamente integrado a un interruptor de protección para la red de a bordo de una aeronave, de modo que el mismo se encuentra fortalecido de forma sencilla y compacta para una detección e interrupción de arcos voltaicos parásitos producidos en un cable de la red de a bordo. Con este fin, el algoritmo correspondiente es implementado en un así llamado ASIC (Application Specific Integrated Circuit) que, debido a su tamaño compacto, es utilizable en un interruptor de protección convencional para esta aplicación con exigencias dimensionales especialmente reducidas.

Por este motivo, el dispositivo es adecuado especialmente para la detección de arcos voltaicos defectuosos originados durante descargas eléctricas debidos a instalaciones defectuosas. El dispositivo convenientemente instalado permanentemente a bordo de una aeronave de este tipo o el interruptor de protección ampliado en esta función protectora indica de este modo fallos de arco voltaico y desconecta eventualmente en forma selectiva. De esta manera, la duración de la combustión de un arco voltaico se reduce al menos de tal manera, que se evitan daños sucesivos. El interruptor de protección ampliado en esta función protectora es de este modo también especialmente apropiado para el equipamiento posterior de aeronaves o aviones ya construidos y/o utilizados conformes a lo prescrito, en los que es utilizado el aislamiento convencional de los cables. Un equipamiento posterior de este tipo es especialmente conveniente por motivos económicos, debido a que el tiempo de servicio de aviones es actualmente de 15 a
20 años.

A continuación se explican con detalle ejemplos de realizaciones de la invención mediante un dibujo, en el que muestran:

la figura 1, en un diagrama de conjunto la secuencia del procedimiento para la detección de un arco voltaico en un cable de la red de a bordo,

la figura 2, una representación esquemática para la explicación del principio de medición y evaluación,

la figura 3, una curva de señal de un grupo de señales de arco y de una señal de arco individual,

la figura 4, un trazado típico de señal debida a un acontecimiento de conmutación,

la figura 5, un esquema modular de un interruptor de protección en el que se encuentra implementado el algoritmo para la realización del procedimiento, y

la figura 6, el interruptor de protección en una vista general en perspectiva.

Las piezas correspondientes entre sí se encuentran designadas en todas las figuras con la misma referencia.

La tensión U_{B} utilizada en una red de a bordo de una aeronave o avión es habitualmente de 115 V con una frecuencia de red f de 400 Hz. La señal de intensidad alterna continua en el tiempo o analógica con la misma frecuencia de 400 Hz puede, de este modo, ser descrita según la fórmula coseno en forma general y sin perturbaciones, es decir, sin interferencias superpuestas como:

(1)i(t)=\hat{I} \cdot cos\ (wt + \varphi)

La amplitud es i y \varphi la fase de la señal de intensidad, así como \omega la frecuencia angular, f = \omega/2\pi la frecuencia de corriente alterna o de red.

Partiendo de esta fórmula, según la figura 1, la corriente I(t) en la línea de alimentación 2 de la red de a bordo o de un cable de la red de a bordo 1 es captado mediante un sensor o transformador de intensidad 3. La señal de intensidad I(t) contiene superpuestas, adicionalmente a otras interferencias, también una señal de arco aparecida debido a un arco voltaico. La señal de intensidad I(t) captada es explorada mediante un convertidor analógico-digital 4 (convertidor A/D) con una frecuencia de reloj f = 1/T de, por ejemplo, 50 Hz. De este modo, el convertidor A/D 4 tiene una resolución de como mínimo 12 bit, preferentemente 16 bit. En una frecuencia de reloj f de 50 Hz de este tipo cada 0,02 ms son explorados o leídos los valores de corriente (valores l(t)), donde
es

(2)i(k)=I(k \cdot T),\ con\ K \in Z

Esta señal, convertida a partir de la señal de intensidad I(t) continua registrada en la señal discreta en el tiempo I(kT) mediante el convertidor A/D 4, es procesada o evaluada mediante el algoritmo mostrado en la figura 1. Para ello, la señal I(kT) es casi rectificada en una primera etapa de programa 102 de una primera ruta de programa mediante la formación de valor según la relación:

(3)I{'}(k) = I/(k)I

es decir, la semionda negativa aparece como semionda positiva.

En una siguiente etapa de programa 103 la señal I'(k) es aplanada a través de una operación de filtración mediante la función de transferencia

(4a)H(z)=\frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{k=0}z^{-k}

y la respuesta de impulsos

h(k) = \left\{\frac{1}{N}, k=0 \rightarrow N-1 \right\}

(4b)h(k) = \{0, sonst \}

Esto produce un procesamiento de la señal I'(k) según la operación de convolución y filtración:

(4c)I{''}(k)=h(k)*I{'}(k)=\frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{i=0}I{'}(k-i)

En ella, N = 9 cuando de 10 valores de exploración se forma el valor medio correspondiente. De este modo, N indica el ancho respectivo de ventana del filtro digital. Además, k corresponde al momento de tiempo efectivo, mientras i indica los valores pasados cronológicamente. El filtro digital o las operaciones de filtración digital trabaja de esta manera en el pasado, es decir, en dirección causal.

En una segunda ruta de programa paralela, la señal discreta en el tiempo I(k) atraviesa en una primera etapa de programa 201 un filtro de paso bajo, donde la cantidad de valores de exploración, después de realizado el filtración, es reducido, por ejemplo, en el factor R = 10, según la relación:

(5)I_{R}(k) = I(k \cdot R)

En las etapas de programa 202 y 203 siguientes de esta ruta de programa se realiza nuevamente, en forma análoga a las etapas de programa 102 y 103, inicialmente una formación de valor de la señal reducida I_{R}(k) con el resultado I'_{R}(k), donde

(6)I_{R}(k) = I/_{R} (k\cdot)I

A continuación, se realiza nuevamente un aplanamiento de la señal I'_{R}(k) según las relaciones 4a a 4c con la señal de salida:

(7)I_{R}{''}(k)= \frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{i=0}I_{R}{'}(k-i)

Esta señal I''_{R}(k) es suministrada a un módulo o una etapa de programa 301 para la evaluación de un señal de arco individual o impulso de arco voltaico I_{SA}(k), así como una etapa de programa 302 para la evaluación de una cantidad o grupo I_{GA}(k) de señales de arco o arco voltaico.

En la primera ruta de programa se obtiene en la etapa de programa 104, la frecuencia efectiva de la señal I''(k), según la relación general:

(8)2\pi f(k) = \omega (k) = \frac{2}{\Delta T}\ arccos\ \frac{y(kl,r)}{y(k\ max)}

o bien según la relación completa

(9)\omega (k) = \frac{1}{T}\frac{(kr-k\ max) \cdot arccos\ \gamma r + (k\ max - kl)arccos\ \gamma l}{(kr - k\ max)^{2} + (k\ max - kl)^{2}}

con

(10)\gamma r = \frac{y(kr)}{y(k\ max)}, \gamma l = \frac{y(kl)}{y(k\ max)},

donde y(k) corresponde a la señal de salida I''(k).

Según esta relación (9), la frecuencia efectiva \omega(k) de la señal discreta en el tiempo I(kT) y, de este modo, de la forma de onda de corriente I(t) medido, sobre la base del tiempo de exploración T predeterminado y por lo tanto conocido y la razón de exploración f = 1/T, puede obtenerse de los valores de exploración y/(k_{l}), y(k_{r}) e y(k_{max}) -o bien y''/(k_{l}), y''(k_{r}) e y''(k_{max})- en los lugares de exploración o impulsos k_{r}, k_{l} ó k_{max} respectivamente. Para ello, la función coseno es interpolada a partir de tres puntos o valores de exploración, tal como se explica a continuación más detalladamente con referencia a la figura 2.

En el tiempo de exploración de 0,02 ms y una frecuencia de la red de a bordo de 400 Hz tomados como base, resultan 125 valores de exploración o pares de valores (k,y(k) por periodo de señal. La señal efectiva I(k) puede describirse como

(11)I(k) = I(k_{max})\cdot cos[(k-k_{max})\omega T]

donde \omega es la frecuencia efectiva. La estimación de la frecuencia efectiva \omega se realiza en base de solamente los tres puntos:

P_{l} = (k_{l}, y(k_{l}))

P_{max} = (k_{max}, y(k_{max}))

P_{r} = (k_{r}, y(k_{r}))

Al utilizar menos de tres puntos, una magnitud necesaria para una completa descripción de la función coseno (1), por ejemplo, una amplitud i(t) o la fase \omega, debería derivarse de otra operación.

Para la determinación de los puntos P_{l} y P_{r} se predetermina convenientemente un valor umbral A que, al ser superado o al quedar debajo del mismo, diferido en el tiempo, es utilizado en cada caso el valor tiempo o valor k, k_{l}, k_{r} del valor de exploración siguiente correspondiente, mientras que como valor de amplitud o valor y y(k_{l}), y(k_{r}) es utilizado en cada caso el valor umbral A, de manera que es válido:

(12)y(k_{l})\approx A, y(k_{r}) \approx A

El valor umbral A también puede ajustarse en cada caso a la corriente máxima I_{max}(t), regulando automáticamente el valor umbral A en una etapa de programa correspondiente, por ejemplo, a un 10% a 70% de la corriente máxima I(t) y, de este modo, a una corriente nominal dependiente de la sección del conductor generalmente controlado por un interruptor de protección. Es también conveniente una determinación de frecuencia en una etapa de programa correspondiente, especialmente cuando la frecuencia de la corriente alterna o de la red de a bordo es variable. Una determinación de la frecuencia efectiva \omega puede ocurrir mediante un PLL (Phase Locked Loop), por ejemplo, antes de la primera etapa de programa 102 y antes o después del exploración de la señal de medición o de corriente I(t).

En la etapa de programa 105 se compara esta frecuencia efectiva \omega(k) determinada a partir de la señal de intensidad discreta en el tiempo I(k) con un valor umbral \Delta\omega_{crit}, por ejemplo, 50 Hz, representativo de una frecuencia crítica \omega'(k), donde es válida:

(13)\Delta \omega = |\omega - \omega {'}|

La frecuencia \omega(k) representa de este modo la media frecuencia de corriente alterna o de la red de a bordo (f/2 = 200 Hz). Si \Delta\omega \geq \Delta\omega_{crit}, en la etapa de programa 105 se genera un señalizador de arco en la forma de una señal de estado S_{z}, que es transmitido tanto a la etapa de programa 301 como a la etapa de programa 302. La señal de estado S_{z} es high (S_{z} = 1) cuando la frecuencia \omega(k), determinada a partir de la forma de onda de corriente efectiva I(k) captada, sobrepasa el valor umbral. De otro modo, la señal de estado es S_{z} baja (S_{z} = 0).

Mientras en la segunda ruta de programa, con las etapas de programa o módulos funcionales 201 a 203 con la señal discreta de corriente reducida I_{R}(k), se mantienen contenidas casi todas las señales I(k) procesadas, en la primera ruta de programa con las etapas de programa o módulos funcionales 102 a 105 sólo se utilizan las informaciones de la señal I(k) necesarias para la estimación de la frecuencia. De este modo, la velocidad de impulsos a procesar en la primera ruta de programa es especialmente sencilla de dominar. La elaboración en la segunda ruta de programa de la velocidad de impulsos reducida es igualmente relativamente sencilla de dominar frente a la señal de intensidad discreta I(k) primitiva, con lo que esta ruta de programa o de señal posibilita, además, una evaluación suficientemente exacta de las informaciones según (11), contenidas en la señal completa, especialmente referente a múltiples amplitudes de señales y(k_{max}).

En la etapa de programa 301 sólo se detectan y analizan las señales de arco I_{sa}(k) individuales, mientras que en la etapa de programa 302 es detectado o analizado un grupo de señales de arco I_{Ga}(k). La figura 3 muestra un trazado típico de señal de arco de un grupo de señales de arco I_{Ga}(k) (izquierda) y de una señal de arco I_{sa}(k) individual (derecha).

En la etapa de programa 301 se detecta o examina en base a la señal I_{R}''(k) de la etapa de programa 203 reducida en la razón de exploración y de la señal de estado S, de la etapa de programa 105 si como mínimo L semiondas de la señal I_{R}''(k) se encuentran dentro de una ventana de tiempo predeterminadable. Con este fin, se forma la derivación de la señal I_{R}''(k), es decir, determina su pendiente según la relación:

(14)grad(k) = I{''}_{R}(k) - I{''}_{R}(k-1)

Si S,-1 y grad(k) > grad_{max}, es decir, el valor grad(k) supera un valor umbral, la semionda de la señal I_{R}''(k) correspondiente es interpretada como señal de arco potencial y se aumenta un numerador. Si el valor del numerador dentro de la ventana de tiempo se encuentra por encima de L, la etapa de programa 301 genera una señal de advertencia representativa de una detección de arco, por ejemplo, high ó 1. Esta es suministrada a una operación "O" inclusiva (etapa de programa 303) o a un circuito "O" lógico 5 que entrega una señal de advertencia S_{arc} a un elemento indicador 6, por ejemplo, en la forma de un diodo luminiscente (LED).

En la etapa de programa 302 se compara un grupo I_{GA}(k) de señales de arco con una eventual curva de señal parásita (simultánea) debido a un acontecimiento por parte del usuario, cuya curva de señal típica I_{SA} se muestra en la figura 4. Si bien una señal parásita I_{SA} de este tipo muestra un trazado similar debido al encendido y apagado de un usuario conectado a través de este sistema de cables de a bordo 1 o a una carga de una curva de señal similar a señales de arco I_{GA}(k). Sin embargo, de manera conocida una señal parásita I_{SA} de este tipo se extingue después de una función exponencial, lo que no es el caso en un grupo de señales de arco I_{GA}(k) típico.

Sobre la base o debido a este comportamiento de extinción, una señal parásita de este tipo debida a procesos de conmutación puede ser diferenciada por ese motivo de un grupo de señales de arco I_{GA}(k) típico. Para ello, la máxima de todas las semiondas de las señales del grupo de señales de arco I_{GA}(k), cuya frecuencia \omega se encuentra por encima de la frecuencia crítica \omega', es determinada inicialmente. A continuación, son sumadas las máximas secuenciales de M, así como es determinado el máximo y formado el valor medio. Si una fracción predeterminada alcanza, por ejemplo, el 90% del valor medio, el arc tracking es detectado y la etapa de programa 302 entrega nuevamente una señal de advertencia, por ejemplo high ó 1, representante de una detección de arco. Esta es transmitida a una operación "O" inclusiva (etapa de programa 303) que produce la señal de advertencia S_{arc} para el elemento indicador 6 o para una función interruptor de protección a (figura 5).

Toda la función de programa se encuentra preferentemente integrada a una ASIC (Application Specific Interated Circuit) que se encuentra a su vez aplicada como componente integral de un interruptor de protección 7, según la figura 6 utilizado habitualmente en una aeronave o vehículo espacial. Las dimensiones del interruptor de protección 7 se encuentran adaptadas a las exigencias habituales para este caso de aplicación, quiere decir, para vehículos aéreos y espaciales, y son de aproximadamente a = 50 mm, h = 40 mm y b = 20 mm.

La figura 5 muestra los módulos funcionales de un interruptor de protección 7 de este tipo con convertidor analógico-digital 4 y módulo funcional ASIC 8, en el que se encuentra sólidamente programado o implementado el algoritmo mostrado en la figura 1 y trabajando según el procedimiento descrito aquí. Una parte de red 9 entrega la corriente de alimentación o la tensión de alimentación para el módulo funcional 8 y para el convertidor analógico digital 4 antepuesto al mismo, así como para el sensor de corriente 3 igualmente integrado y un módulo de disparo a distancia 10 para el disparo a distancia, por ejemplo, en la forma de una bobina de disparo. Este se encuentra acoplado a una función disyuntiva 11, especialmente con al menos un disparador, un cerrojo de disparador y un contacto de conmutación 12. El contacto de conmutación 12 se encuentra conectado entre un terminal de línea A_{Ln} y un terminal de carga A_{Ld} del interruptor de protección 7 que presenta adicionalmente una terminal a tierra A_{G}.

Con la conexión del interruptor de protección 6 a la línea de alimentación 2 del cable o red de a bordo 1, el sensor de corriente 3 detecta la señal de intensidad I(t) conducida, con el interruptor de protección 12 cerrado, a través de la función interruptor de protección 11, a un actor, un sensor y, de este modo, a un usuario de red de a bordo o, en general, como carga 13 de la red de a bordo 1. Su procesamiento para la detección de señales de arco (arc tracking) causadas por un arco voltaico producido a lo largo del cable de red de a bordo 1, se realiza en el interior del interruptor de protección 7 mediante el convertidor analógico-digital 4 y el módulo FPGA (Field Programmable Gate Array) 8. Este genera, en el caso de la detección descrita de un arc tracking, la señal de advertencia S_{arc} conducida al indicador 6 y/o al módulo de comando a distancia 10. Este entrega una señal de disparo S_{A} a la función interruptor de protección 11, especialmente activa como protector de línea, que abre el contacto de conmutación 12 y, de este modo, desconecta la carga 13 correspondiente de la línea de alimentación 2 y, de este modo, de la red de a bordo.

De este modo, el interruptor de protección 7 garantiza, adicionalmente a la protección contra sobrecorriente convencional en la red de a bordo de una aeronave de este tipo, una protección ampliada también contra arcos voltaicos parásitos, de manera que las instalaciones de a bordo existentes se encuentran protegidas de forma fiable.

Lista de signos de referencia

1	red de a bordo
2	línea de alimentación
3	convertidor de intensidad
4	convertidor analógico-digital
5	circuito "O"/operación "O" inclusiva
6	elemento indicador
7	interruptor de protección
8	módulo funcional ASIC
9	fuente de alimentación
10	modulo de disparo a distancia
11	función interruptor de protección
12	contacto de conmutación
13	carga
102-303	etapa de programa
I(t)	señal de intensidad alterna
I(k)	señal de intensidad discreta en el tiempo
I_{SA}	señal de arco individual
I_{GA}	grupo de señales de arco
I_{SE}	curva de señal/señal parásita
S_{arc}	señal de advertencia
S_{z}	señal de estado

Claims (16)

1. Procedimiento para la detección de arcos voltaicos parásitos, conocidos también como arc tracking, en un cable (1), especialmente en un cable de red de a bordo de una aeronave, en el que una señal de intensidad alterna (I(t)) detectada (I(t)) es explorada de forma discreta en el tiempo, y una función trigonométrica (I(k)) representativa de la forma de onda de corriente alterna es determinada por interpolación de una cantidad de valores de exploración
(y(k) sobre la base de la señal de intensidad discreta (I(k)) así formada, la frecuencia de corriente alterna efectiva (\omega) derivada de dicha función trigonométrica (I(k)) y en la que puede deducirse la existencia de un arco voltaico parásito a partir del resultado de una comparación de la frecuencia de corriente alterna (\omega) efectiva con una frecuencia nominal (\omega').

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que de una cantidad de valores de exploración (y(k)) se utiliza sólo al valor de exploración máximo (P_{max}) representativo del valor máximo y un valor de exploración (P_{l}) (izquierdo) situado temporáneamente delante del valor máximo y un valor de exploración (P_{r}) (derecho) situado temporáneamente detrás del valor máximo para la derivación de la frecuencia de corriente alterna efectiva (\omega).

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que le es asignado el mismo valor y (A) al valor de exploración izquierdo (P_{l}) y al valor de exploración derecho (P_{r}).

4. Procedimiento, según la reivindicación 2 ó 3, en el que es predeterminado un valor umbral (A) asignado como valor y al valor de exploración (P_{l}) cuando supera dicho valor umbral (A) y al valor de exploración (P_{r}) cuando cae por debajo de dicho valor umbral (A).

5. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la frecuencia de corriente alterna efectiva (\omega) es determinada algorítmicamente conforme a la relación:

\omega (k) = \frac{1}{T}\frac{(kr-k\ max) \cdot arccos\ \gamma r+ (k\ max - kl)arccos\ \gamma l}{(kr - k\ max)^{2} + (k\ max - kl)^{2}}

con

(10)\gamma r = \frac{y(kr)}{y(k\ max)},\ \gamma l = \frac{y(kl)}{y(k\ max)},

donde 1/T es la frecuencia de reloj y k_{l}, k_{max}, k_{r} son los impulsos (k.T) de los valores de exploración (y(k))asignados a los valores de amplitudes y(k_{l}), y(k_{max}) ó y(k_{r}) correspondientes.

6. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el valor absoluto de la señal de intensidad discreta (I(k)) es generado en una (primera) etapa de procesamiento (102).

7. Procedimiento, según la reivindicación 1 a 6, en el que la señal de intensidad discreta (I(k)) es reducida en la cantidad de valores de exploración (I(k)) en una etapa de procesamiento (201), y en el que en una (primera) etapa de procesamiento (202) se genera el valor absoluto de la señal de intensidad discreta reducida (I_{R}(k)).

8. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que en una (segunda) etapa de procesamiento (103, 203) la señal de intensidad discreta (I'(k)) preprocesada por la generación del valor absoluto y/o la señal de intensidad discreta (I_{R}'(K)) reducida en la cantidad de valores de exploración (I(k)) y preprocesada por la generación del valor absoluto, continua procesándose mediante un filtración digital, según la operación de convolución siguiente:

I{''}(k)=h(k)*I{'}(k)=\frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{i=0}I{'}(k-i)

I_{R}{''}(k)= \frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{i=0}I_{R}{'}(k-i)

donde N es el ancho de ventana del filtración digital y h(k) es la respuesta de impulso resultante y donde h(k) - 1/N para k - 0 a N -1 y sino h(k) - 0.

9. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que se evalúan, sobre la base de una señal de estado (S_{Z}) derivada del resultado de la comparación de frecuencias y de una señal de salida (I''_{R}(k)) derivada de una señal de intensidad discreta reducida (I_{R}(k)), señales parásitas (I_{SA}) individuales y/o un grupo de señales parásitas (I_{GA}) respecto de su formación como resultado de un arco voltaico.

10. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 a 9, en el que una señal de advertencia (S_{arc}) producida debido a la detección de un arco voltaico parásito es utilizado para la activación de un interruptor de protección (7) que, en caso de activación, separa una carga (13) del cable (1).

11. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que un grupo de señales de arco detectado I_{GA}(k) es diferenciado de una señal parásita (I_{SA}) resultante de un acontecimiento de conmutación, debido a su comportamiento de atenuación.

12. Dispositivo para la detección de arcos voltaicos, llamados también arc tracking, en un cable (1), especialmente en un cable de la red de a bordo de una aeronave, con un sensor de corriente (3) para la detección de una señal de intensidad alterna (I(t)) transmitida a través del cable (1) y con un convertidor analógico-digital (4) que produce, a partir de la señal de intensidad alterna ((I(t)), una cantidad de valores de exploración discretos en el tiempo (y(k)), así como con un módulo funcional (8), cuyo algoritmo determina, mediante la evaluación de valores de exploración (I_{lr}, y_{max}) seleccionados, la frecuencia de corriente alterna efectiva (\omega), y que, en el caso de una discrepancia entre la misma y el valor de una frecuencia nominal (\omega'), produce una señal de advertencia (S_{arc}).

13. Dispositivo, según la reivindicación 12, en el que se utiliza como módulo funcional (8) un ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

14. Dispositivo, según la reivindicación 12 ó 13, en el que el sensor de corriente (3) y el convertidor analógico- digital (4), así como el módulo funcional (8) se encuentran integrados a un interruptor de protección (7), cuya función interruptor de protección (11) interrumpe, al recibir la señal de advertencia (S_{arc}), una conexión entre un terminal de entrada (A_{DN}) para una línea de alimentación (2) del cable (1) y un terminal de salida (A_{ID}) para una carga (13).

15. Dispositivo, según la reivindicación 14, en la que una parte del sistema de alimentación (9) conectada del lado de la entrada con el terminal de entrada (A_{DN}) es conectada por el lado de salida con el módulo funcional (8) y con el sensor de corriente (3).

16. Interruptor de protección, especialmente para la red de a borde de una aeronave, con un dispositivo, según la reivindicación 12 ó 13, para la detección e interrupción de arcos voltaicos parásitos aparecidos en un cable (1).