BR112015013043B1

BR112015013043B1 - Sistema de distribuição de força de condutor exposto seguro

Info

Publication number: BR112015013043B1
Application number: BR112015013043-7A
Authority: BR
Inventors: Stephen Eaves
Original assignee: Voltserver Inc.
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2022-04-05
Also published as: IL239201A0; CN105191039A; MX2015007064A; EP2929607B1; WO2014089329A2; WO2014089329A3; JP6337001B2; EP2929607A2; ES2820723T3; BR112015013043A2; MX353147B; JP2016506711A; IL239201B; CA2892856C; EP3809549A2; CN105191039B; CA2892856A1

Abstract

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA E MÉTODO PARA IMPLANTAR UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA. Trata-se de um sistema de distribuição de força para regular a transferência de energia de uma fonte, sendo que o mesmo inclui um controlador de fonte responsivo a um sensor de fonte que fornece a retroalimentação que inclui um sinal indicativo da tensão através dos terminais de fonte; um dispositivo de desconexão de fonte responsivo a um sinal de controle do controlador de fonte para conectar ou desconectar eletricamente a fonte dos terminais de fonte, em que o controlador de fonte interrompe a fonte de alimentação abrindo-se o dispositivo de desconexão de fonte quando a tensão for medida através dos terminais de fonte; um dispositivo de desconexão de carga para desacoplar eletricamente a carga dos terminais de carga e um dispositivo lógico no controlador de fonte para determinar se o dispositivo de desconexão de fonte deve ser aberto para interromper a conexão elétrica entre a fonte e os terminais de fonte com base em um conjunto predeterminado de condições que incluem o fato de se a alteração na tensão através dos terminais de fonte em relação ao tempo fica fora de uma faixa (...).

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a dispositivos de proteção de segurança de sistema de distribuição de força, por exemplo, sistemas de distribuição de força com monitoramento eletrônico para detectar e desconectar força no caso de uma falha elétrica ou risco à segurança, particularmente quando um indivíduo tiver entrado em contato com condutores expostos. A presente invenção é aplicável à distribuição de força geral ou, mais especificamente, ao carregamento de veículo elétrico, a telecomunicações ou a sistemas de força de energia alternativa.

Antecedentes

[002] Em uma típica aplicação de distribuição de força, a força a partir de uma fonte central é distribuída através de vários circuitos de derivação a um dispositivo de carga. Os circuitos de derivação são equipados com dispositivos de proteção, tais como, disjuntores ou fusíveis. Durante uma falha elétrica, tal como um curto circuito, os dispositivos de proteção são projetados para detectar um nível estranhamente alto de corrente e para desconectar ou interromper a fonte da carga antes de causar danos ou incêndio no sistema de distribuição.

[003] A introdução do Interruptor com Falha de Aterramento (GFI) adicionou proteção contra eletrocussão ao sistema de distribuição detectando um desequilíbrio entre as correntes de fase em um circuito de derivação particular, indicando que a corrente está fluindo através de um trajeto à terra alternativo e, possivelmente, no processo de eletrocutar um indivíduo.

[004] No entanto, há desvantagens significativas em métodos de proteção de distribuição tradicionais. Por exemplo, um incêndio ainda pode ocorrer a partir de uma conexão frouxa. Nesse caso, a resistência de uma conexão livre aumenta e aquece até o ponto de inflamar materiais circundantes. Esse acúmulo de calor pode ocorrer em correntes elétricas bem abaixo do ponto de regulagem dos dispositivos de proteção de circuito de derivação. No caso de proteção de GFI, o circuito de GFI pode proteger apenas um indivíduo que entre em contato tanto com um condutor de linha quanto um ponto do solo, tal como seria o caso se um indivíduo tocasse um condutor elétrico ativo com uma mão e uma torneira de pia com a outra mão. No entanto, caso o indivíduo conseguisse tocar tanto um condutor ativo quanto um trajeto de retorno (tal como através dos condutores “quente” e condutores neutro de uma saída doméstica) o GFI não ativaria e a pessoa receberia um choque.

[005] Outro conceito importante é uma métrica usada para relacionar a letalidade de um choque elétrico com a duração e a magnitude de um pulso de corrente que flui através do corpo. Uma métrica usada para descrever essa relação por eletrofisiologista é conhecida como cronaxia, um conceito semelhante ao qual os engenheiros se referem como constante de tempo de sistema. Os eletrofisiologistas determinam uma cronaxia do nervo encontrando a quantidade mínima de corrente elétrica que aciona uma célula de nervo com o uso de um pulso longo. Em testes sucessivos, o pulso é encurtado. Um pulso mais breve da mesma corrente está menos propenso a acionar o nervo. A cronaxia é definida como o comprimento de estímulo mínimo para acionar uma célula duas vezes mais que a corrente determinada a partir desse primeiro pulso muito longo. Um comprimento de pulso abaixo da cronaxia para uma determinada corrente não irá acionar uma célula de nervo. A invenção desta revelação pode se beneficiar do princípio de cronaxia para manter a magnitude e a duração do pacote de energia, de modo seguro, abaixo do nível que pode causar eletrocussão.

[006] A eletrocussão é a indução de uma parada cardíaca por choque elétrico devido à fibrilação ventricular (VF). A VF é a interrupção dos ritmos normais do coração. O óbito pode ocorrer quando os batimentos do coração se tornam erráticos, e o fluxo sanguíneo se torna mínimo ou para completamente. McDaniel, et al., em seu trabalho publicado “Cardiac Safety of Neuromuscular Incapacitating Defensive Devices”, Pacing and Clinical Electrophysiology, Volume 28, Número 1, janeiro de 2005, fornece uma referência conservadora par estimar a carga elétrica mínima necessária para induzir VF sob condições semelhantes àquelas da invenção revelada. O estudo foi realizado para investigar os aspectos de segurança de dispositivos de incapacitação neuromuscular elétricos usados comumente por órgãos de imposição de lei para incapacitar suspeitos violentos. McDaniel mediu a reação de uma série de porcos a múltiplos pulsos elétricos breves (150 μs) aplicados ao tórax dos animais. Nesses testes, uma carga de limiar de 720 μC pode induzir VF em um animal 30 kg. Os dardos foram colocados na superfície do animal muitos próximos ao coração e penetrados o suficiente para ultrapassar uma barreira de isolamento normal da pele. Isso resulta em uma resistência corporal tão baixa quanto 400 Ohms. Em comparação, a Agência de Saúde e de Segurança Ocupacional dos E.U.A. (OSHA) descreve a resistência de pele humana molhada como sendo aproximadamente 1000 Ohms.

[007] Através do monitoramento cuidadoso da transferência da energia elétrica contida enviada por uma fonte a um dispositivo de carga, pode-se determinar se algum outro dispositivo, tal como um curto-circuito externo, ou uma pessoa que recebe um choque, afetou a transferência de energia. A transferência pode, então, ser interrompida a fim de proteger o equipamento ou a equipe. Caso o período de um pulso de corrente esteja abaixo da cronaxia de músculo, o esqueleto humano ou os músculos cardíacos serão muito menos afetados pelo pulso. A prevenção de um incêndio em um prédio ou em um equipamento também é crucial, porém o nível de energia para causar um incêndio é normalmente muito menor do que aquele que causaria uma parada cardíaca. A invenção revelada pode monitorar e controlar a transferência de energia em incrementos pequenos e pode, desse modo, oferecer segurança adicional sobre o que pode ser fornecido até mesmo pela combinação de um disjuntor e um interruptor com falha de aterramento.

[008] Há dois modos de falha primários a serem detectados. O primeiro modo é uma falha em linha ou em série em que uma resistência anormal é colocada em série com o trajeto entre a fonte e a carga, conforme é ilustrado pelo indivíduo que leva o choque na Figura 3a. O segundo modo de falha é falha em linha cruzada ou paralela, conforme é ilustrado na Figura 3b. A falha em linha pode ser detectada por uma queda anormal de tensão entre a fonte e os pontos de carga para uma determinada corrente elétrica. Na invenção revelada, a falha em linha cruzada pode ser detectada por uma redução em impedância entre os condutores de saída, após os mesmos terem sido isolados tanto da fonte quando da carga por comutação eletrônica.

[009] Sumário

[010] Um diagrama de blocos de uma modalidade do sistema de distribuição de força é mostrado na Figura 1. O sistema de distribuição de força regula a transferência de energia de uma fonte 1 a uma carga 3. Periodicamente, o controlador de fonte 5 abre o comutador de desconexão S1 7 por um período de tempo predeterminado, conhecido como o “período de amostra”. O capacitor Ccarga 4 é conectado eletricamente aos terminais de carga. O capacitor armazena a tensão presente nos terminais de carga 32a, 32b imediatamente antes do momento em que S1 é aberto; referências a “tensão” aqui e nas reivindicações também incluem corrente e/ou outros parâmetros que variam com tensão. A resistência entre os terminais de fonte é representada por Rsrc 2. Em uma modalidade particular, Rsrc tem um valor entre 10 mil a 10 milhões de Ohms.

[011] Durante condições normais, quando o S1 é aberto, a tensão através da Ccarga de capacitor irá decair à medida que a mesma descarrega através de Rsrc e na carga. O comutador S2 13 isola a Ccarga do circuito de carga. O S2 pode assumir quaisquer formas, a partir de um diodo não controlável a um comutador de estado sólido bidirecional controlável, conforme será discutido posteriormente na seção da descrição detalhada. Nesse ponto, os terminais de fonte 31a, 31b e os terminais de carga 32a, 32b são isolados eletricamente da fonte 5 e da carga 9. O único trajeto de descarga para a capacitância representada por Ccarga deve ser a resistência de terminal de fonte Rsrc. No entanto, durante uma falha em linha cruzada, retratada na Figura 3b, a resistência de um objeto estranho, tal como um corpo humano ou elemento condutivo, é introduzida e é representada por Rvazamento 6. A combinação paralela de Rsrc e Rvazamento irá aumentar a taxa de queda de tensão de Ccarga significativamente. A tensão em Ccarga imediatamente antes do S1 ser aberto é medida pelo controlador de fonte 5. No término do período de amostra predeterminado, imediatamente antes do momento em que S1 é comandado para retornar a um estado fechado (de condução), a tensão de Ccarga é medida novamente e comparada à medição que foi feita antes do início do período de amostra.

[012] Caso a tensão através da Ccarga tenha caído ou muito rapidamente ou muito lentamente, uma falha é registrada e S1 não será retornado a uma posição fechada. Caso S2 seja uma versão controlável, também irá permanecer em um estado abeto (de não condução). Uma alta taxa de queda indica uma falha em linha cruzada, conforme retratado na Figura 3b. Uma baixa taxa de queda indica uma falha em linha, conforme retratado na Figura 3a. Em um sistema de distribuição em que a força de CC está sendo transferida, a diferença na taxa queda de tensão em Ccarga durante operação normal e quando há uma falha em linha cruzada é retratada na Figura 4. Em um sistema de distribuição em que a força de CA está sendo transferida, a diferença na taxa de queda de tensão na Ccarga durante operação normal e quando há uma falha em linha cruzada é retratada na Figura 5.

[013] Caso não haja condições de falha, S1 é novamente comandado para um estado fechado (de condução) e S2, caso uma versão controlável seja comandada para um estado de condução. A energia é, em seguida, transferida entre a fonte e a carga até o próximo período de amostra. O período de condução entre os períodos de amostra é denominado de “período de transferência”.

[014] Uma verificação adicional quanto à falha em linha retratada na Figura 3a ocorre quando a fonte e os controladores de carga adquirem suas respectivas tensões de terminal nos pontos de captação 34,35 da Figura 1 durante um período de transferência de energia. Nas modalidades que incorporam opções de monitoramento avançadas, o enlace de comunicação 11 será implantado e o controlador de fonte irá obter a tensão do terminal de carga através do enlace de comunicação. O controlador de fonte calcula, em seguida, a diferença de tensão entre as duas medições. O controlador de fonte também adquire a corrente elétrica que passa através dos terminais de fonte como uso de um sensor de corrente 8. O controlador de fonte pode, agora, calcular a resistência de linha entre os terminais de fonte e de carga com o uso da lei de Ohms, ou da relação: Resistência = tensão/corrente. A resistência de linha calculada é comparada a um valor máximo e mínimo predeterminado. Caso o máximo seja excedido, o S1 e o S2 (caso seja uma versão controlável) são imediatamente abertos e uma falha em linha é registrada. Uma resistência de linha que for menor do que o esperado também é uma indicação de uma falha de hardware.

[015] Um método alternativo para medir resistência em linha sem um enlace de comunicações à carga é quando o controlador de fonte mede a tensão de terminal de fonte no ponto de captação 34 e a corrente elétrica passa através dos terminais de fonte com o uso de um sensor de corrente 8. As amostras de tensão e de corrente são feitas quase que simultaneamente durante o mesmo período de transferência de energia. O comutador de desconexão S1 é, em seguida, aberto e o controlador de fonte obtém outra amostra de tensão no ponto de captação 34. A amostra é obtida imediatamente após S1 ser aberto. A diferença em magnitude entre a primeira e a segunda amostras de tensão é proporcional à resistência de linha. Conforme retratado na Figura 8, a queda de tensão entre a primeira e a segunda amostras de tensão é independente da queda normal, mais lenta, de tensão que ocorre para o restante do período de amostra devido ao fato de que a segunda amostra de tensão é obtida antes de a tensão em Ccarga ter tempo para cair significativamente.

[016] Breve Descrição dos Desenhos

[017] A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade do sistema de distribuição de força seguro.

[018] A Figura 2 é um diagrama de blocos mais detalhado de uma modalidade do controlador de fonte.

[019] A Figura 3a é um diagrama que retrata um risco de choque em linha ou em série.

[020] A Figura 3b é um diagrama que retrata uma linha cruzada de um risco de choque paralelo.

[021] A Figura 4 é um diagrama que mostra a tensão nos condutores de saída de sistema de distribuição de força com uma fonte de corrente contínua (CC).

[022] A Figura 5 É UM diagrama que mostra a tensão nos condutores de saída de sistema de distribuição de força com uma fonte de corrente alternada (CA).

[023] A Figura 6a é um diagrama de um comutador de desconexão de CC construído com o uso de uma disposição de comutador unidirecional com um diodo de bloqueio.

[024] A Figura 6b é um diagrama de um comutador de desconexão de CA construído com o uso de uma disposição de comutador bidirecional.

[025] A Figura 6c é um diagrama de um comutador de desconexão de CC unidirecional construído com apenas um diodo.

[026] A Figura 7 é um diagrama de uma configuração de controlador de fonte alternativa que inclui um modulador/demodulador para comunicações em linhas de força.

[027] A Figura 8 é um diagrama da forma de onda de tensão de fonte que retrata uma amostra de tensão para um cálculo de resistência em linha.

[028] Figura 9 é um diagrama de uso de transformadores de isolamento com derivação central a fim de combinar dados de usuário e força em um cabeamento por par trançado comum.

[029] Descrição Detalhada

[030] Os recursos e vantagens supracitados, e outros, de vários aspectos da invenção(ões) estarão aparentes a partir da descrição a seguinte mais particular de vários conceitos e modalidades específicas dentro dos limites mais amplos da(s) invenção(ões). Vários aspectos da matéria apresentada acima e discutida mais detalhadamente abaixo podem ser implantados de várias maneiras, uma vez que a matéria não está limitada a qualquer maneira particular de implantação. Os exemplos de implantações e aplicações específicas são fornecidos principalmente para propósitos ilustrativos.

[031] A menos que definido, usado ou caracterizado de outra forma no presente documento, os termos que são usados no presente documento (incluindo termos técnicos e científicos) devem ser interpretados como tendo um significado que é coerente com seus significados aceitos no contexto da técnica relevante e não devem ser interpretados em um sentido idealizado ou excessivamente formal, a menos que assim definido expressamente no presente documento.

[032] A terminologia usada no presente documento é com o propósito de descrever modalidades particulares e não se destina a ser limitativa de modalidades exemplificativas. Conforme usado no presente documento, formas singulares, tais como, “um” e “uma”, destinam-se a incluir as formas no plural também, ao menos que o contexto indique o contrário. Adicionalmente, os termos “inclui”, “que inclui”, “compreende” e “que compreende” especificam a presença dos elementos ou etapas estipuladas, porém não impedem a presença ou a adição de um ou mais outros elementos ou etapas.

[033] Há vários métodos padrão industriais para construir os comutadores de desconexão S1 e S2 7, 13 da Figura 1. Em uma modalidade, a construção de S1 e de S2 é determinada com base no fato de o sistema estar distribuindo força de CC ou de CA e do fato de o comutador lateral de carga ser controlável ou ser um diodo simples. Para distribuição de força de CC, quando o controlador de carga pode controlar a ação de S2, uma disposição de comutador de desconexão de CC 37 da Figura 6a pode ser usada. Nessa disposição, a corrente elétrica é bloqueada na direção negativa à positiva pelo diodo de bloqueio 39.

[034] O fluxo de corrente na direção positiva à negativa é controlado pelo comutador interno 38, de acordo com a aplicação do sinal de controle 40. O comutador controlável 38 fornece a capacidade para o controlador de carga interromper a força nos casos em que uma fonte não autorizada de força tiver sido conectada aos terminais de carga ou em que o controlador de fonte tiver dado defeito e não puder mais interromper a força da fonte 1. Em aplicações, tais como carregamento de bateria, a sobrecarga não controlada pode resultar em danos à bateria ou em incêndio, tornando, assim, um comutador de desconexão de carga controlável vantajoso. O tipo de transistor usado para comutador interno 38 é escolhido com base nas exigências de tensão e corrente. Os transistores padrão industriais que podem ser usados incluem FETs, IGBTs ou IGCTs. A implantação elétrica de sinal de controle 40 para controlar a condução do comutador interno 38 depende do tipo do transistor, porém, é bem conhecido pelas pessoas versadas na técnica de eletrônica de força.

[035] Nos casos em que não é necessário que o controlador de carga 9 tenha a capacidade para interromper a força aos terminais de carga, o comutador interno 38 pode ser construído, conforme mostrado na Figura 6c, com o uso apenas do diodo 39 a fim de impedir que a corrente elétrica flua no sentido oposto ao circuito de carga no capacitor Ccarga 4 de carga.

[036] Para a distribuição de força de CA, a disposição de comutador de desconexão de CA 41 da Figura 6b pode ser usada. Nessa disposição, os comutadores internos 43 ou 46 que atuam independentemente podem bloquear a corrente elétrica apenas em uma direção, uma vez que o fluxo de corrente na direção oposta de cada comutador é permitido pelos diodos de derivação 42 ou 45. No entanto, pela ação combinada dos sinais de controle LIGADO/DESLIGADO 44, 47, a corrente elétrica através do comutador de desconexão 41 pode ser bloqueada em cada uma das direções ou em ambas as direções. A fim de bloquear o fluxo de corrente em ambas as direções, ambos os sinais de controle 44, 47 são definidos para o estado DESLIGADO, colocando os comutadores internos 43, 46 em um estado aberto (de não condução). A fim de permitir o fluxo de corrente na direção positiva à negativa, ao mesmo tempo em que bloqueia o fluxo na direção negativa à positiva, o comutador interno 46 é colocado em um estado fechado (de condução). A corrente elétrica está, então, livre para fluir a partir do terminal positivo através de um diodo de passagem42, através do comutador interno 46 e para fora do terminal negativo. De maneira oposta, a fim de permitir o fluxo de corrente na direção negativa à positiva, ao mesmo tempo em que bloqueia o fluxo na direção positiva à negativa, o comutador interno 43 é colocado em estado fechado (de não condução). A corrente elétrica está, então, livre para fluir do terminal negativo através do diodo de derivação 45, através do comutador interno 43 e para fora do terminal positivo. Os tipos de transistor usados para implantar os comutadores internos 43, 46 são escolhidos com base nas exigências de tensão e corrente elétrica. Os transistores padrão industriais que podem ser usados incluem FETs, IGBTs ou IGCTs. A implantação elétrica de sinais de controle 44, 47 para controlar a condução dos comutadores internos 43, 46 depende do tipo de transistores usados, porém, é bem conhecida pelas pessoas versadas na técnica de eletrônica de força.

[037] Conforme mostrado na Figura 2, o controlador de fonte 5 inclui um microprocessador 20, acionadores de comunicação drivers 17, 22 e circuitos de condicionamento de sinal 24, 26, 28. O controlador de carga 9 da Figura 1 é semelhante, em construção, ao controlador de fonte, porém, é configurado com diferentes softwares de operação a fim de realizar as funções descritas na seção de sequência de operação, abaixo. Em referência à Figura 1, antes de começar a operação, etapas de inicialização de e de autoverificação são realizadas nas etapas (a),(b) e (c). O comutador de desconexão S1 7 e comutador de desconexão S2 13 (caso controláveis) são comandados para permanecer em um estado aberto (de não condução) durante a inicialização.

[038] Sequência Operacional

[039] Em referência à Figura 1, o controlador de fonte 5 verifica que a tensão de fonte no ponto 33 está dentro de um valor esperado predeterminado e que não há corrente fluindo nos condutores de força de fonte, conforme relatado pelo sensor de corrente 8. O controlador de fonte 5 também realiza um algoritmo de teste embutido, conforme é típico na indústria, a fim de verificar se o seu hardware e firmware estão funcionado apropriadamente.

[040] caso a modalidade incorpore opções de monitoramento avançadas, uma verificação de comunicação é realizada pelo controlador de fonte através do enlace de comunicação 11 ao controlador de carga 9. Para sistemas de distribuição que fornecem transferência de energia garantida, o controlador de fonte 5 irá esperar um código de verificação digital que corresponde a um valor predeterminado a fim de garantir que a fonte e o equipamento de carga sejam eletricamente compatíveis e autorizados a receber força antes de a transferência de energia ser iniciada. Por exemplo, um código de verificação pode ser necessário para aplicações em que a energia está sendo adquirida. O controlador de fonte 5 envia uma solicitação por meio de um enlace de comunicação 11 ao controlador de carga 9 perguntando por sua situação. O controlador de carga 9 responde com o valor de tensão e de corrente em seus condutores e com quaisquer códigos de falha. O controlador de fonte 5 verifica que a tensão de carga está dentro de um valor predeterminado e que não há corrente fluindo nos condutores de força de carga (indicando uma possível falha na desconexão de fonte, falha nos sensores de corrente ou outo problema de hardware). O controlador de carga 9 também realiza os algoritmos de teste embutidos, conforme é típico na indústria, a fim de verificar que o seu hardware e firmware estão funcionado apropriadamente. Caso não haja falha registrada, a sequência progride para a etapa (c). Caso uma falha seja registrada, a sequência é repetida com início na etapa (a).

[041] O controlador de fonte 5 faz outra medição da tensão de fonte no ponto 33 a fim de determinar a duração do período de transferência, em que energia será transferida a partir da fonte à carga. Quanto maior for a tensão de fonte, maior será a corrente de falha potencial e, por conseguinte, mais curto será o período de transferência. A medição de tensão de fonte é aplicada a uma tabela ou função interna no processor do controlador de fonte 5 para determinar um valor de duração seguro para o período de transferência. O uso de um período de transferência variável não é exigido para a operação da invenção revelada, porém tornará a transferência de energia mais eficiente e menos propensa a falsos alarmes, uma vez que o número de medições pode ser maximizado e a quantidade de ocorrências de comutações pode ser maximizada de acordo com o comprimento do período. A alternativa é manter um fixo período de transferência de duração que é configurado para a maior tensão de fonte possível e para as piores condições de segurança possíveis.

[042] Em seguida à determinação do período de transferência, o controlador de fonte 5 fecha o comutador S1. Caso o circuito de carga incorpore um comutador de desconexão controlável, o controlador de carga 9 irá captar o aumento rápido em tensão através do capacitor Ccarga 4 medido pelo sensor de tensão no ponto 35 e fecha, imediatamente, o comutador S2 13. Nenhuma ação é necessária caso o circuito de carga use um a diodo como um comutador de desconexão. Ambos os controladores 5, 9 continuam a medir a tensão e a corrente em seus respectivos terminais.

[043] Ao término do período de transferência, o período de amostra se inicia. O controlador de fonte 5 mede a tensão através da Ccarga no ponto 34 e, em seguida, abre o comutador S1. Caso o circuito de carga incorpore um comutador de desconexão controlável, o controlador de carga 9 capta a rápida diminuição em tensão através da Ccarga quando o S1 é aberto e abre imediatamente o comutador S2. Nenhuma ação é necessária do controlador de carga 9, caso o mesmo esteja empregando um diodo como um comutador de desconexão.

[044] Imediatamente após o S1 ser aberto, o controlador de fonte mede a tensão através da Ccarga no ponto 34 e na corrente através dos terminais de fonte com o uso do sensor de corrente 8. Caso o valor de corrente não seja aproximadamente zero, uma falha de hardware é registrada, o comutador de desconexão S1 permanece em um estado aberto e a sequência passa para a etapa (j). Caso não haja falha registrada, a sequência operacional prossegue para a etapa (g).

[045] O controlador de fonte 5 calcula a resistência de linha das amostras de tensão e de corrente adquiridas na etapa (d),(e),(f) com uso de um entre os dois métodos descritos acima na seção Sumário. Caso não haja comunicação em série empregada entre a fonte e os controladores de carga, a diferença em tensão no ponto 34 da Figura 1 antes e imediatamente após o S1 ser aberto é dividida pela corrente para calcular a resistência de linha. Caso a fonte e o controlador de carga 5, 9 são sejam equipados com comunicações em série, o controlador de fonte 5 pode solicitar a leitura de tensão de carga do controlador de carga 9 a fim de calcular a diferença de tensão entre o lado da fonte e o lado de carga. A divisão da diferença de tensão por corrente retorna um valor para a resistência de linha. Caso a resistência de linha seja maior que um valor máximo predeterminado, uma falha em linha é registrada pelo controlador de fonte 5. Uma resistência de linha calculada menor que um valor mínimo predeterminado indica uma falha de hardware. Caso uma falha seja registrada, o controlador de fonte 5 abre imediatamente o S1 e prossegue para a etapa (j). Caso não haja falhas registradas, a sequência progride para a etapa (h).

[046] O comutador S1 permanece no estado aberto até o término do período de amostra. No término do período de amostra, porém, antes de o S1 ser fechado novamente, o controlador de fonte mede a tensão da Ccarga no ponto 34 e compara a leitura de tensão à leitura de tensão que foi obtida no início do período de amostra. Caso a tensão tenha caído muito rapidamente sendo menor que um primeiro valor predeterminado, então, uma falha em linha cruzada é registrada. Caso a mesma tenha caído muito lentamente e tenha falhado na queda para menos que um segundo valor predeterminado, é uma indicação de que a resistência de linha pode ser muito alta ou que há uma falha de hardware. Caso uma falha tenha sido registrada, a sequência passa para a etapa (j). Caso não haja falhas registradas, a sequência operacional prossegue para a etapa (i).

[047] Caso não haja falhas registradas, a sequência operacional se repete, com início na etapa (c); caso contrário, a sequência prossegue para a etapa (j) abaixo.

[048] O sistema de distribuição de força está em um estado em falha devido a uma falha em linha, a uma falha em linha cruzada ou a uma falha de hardware. Em modalidades particulares, o sistema irá permitir a configuração tanto de uma reinicialização automática com de uma reinicialização manual de um estado em falha. Caso o sistema seja configurado para reinicialização manual, o mesmo irá permanecer com o comutador S1 aberto até que um sistema externo ou até que um operador inicie um reinício. O sistema irá, em seguida, reiniciar a sequência operacional da etapa (a). Caso o sistema seja configurado para reinício automático, então, um período de queda é executado pelo controlador de fonte para limitar o estresse no equipamento ou na equipe que ainda pode estar em contato com os condutores de distribuição de força. Em modalidades particulares, o período é partir de 1 a 60 segundos. O sistema, em seguida, reinicia a sequência operacional da etapa (a). Para um nível adicional de segurança, contatores mecânicos podem estar incluídos em série com o S1 e/ou o S2 para agir como desconexões redundantes no caso de tanto o S1 como o S2 terem apresentado mau funcionamento.

Sumário, Ramificações e Escopo

[049] O que é descrito no presente documento é um sistema de distribuição de força inovador que pode transferir energia de maneira segura a partir de uma fonte para uma carga ao mesmo tempo em que supera as falhas de dispositivos de proteção de circuito convencionais e interruptores com falha de aterramento.

[050] Em sua forma mais simples, a presente invenção pode ser configurada para captar apenas uma falha em linha cruzada, tal como ocorreria caso um indivíduo tocasse simultaneamente ambos os condutores de enlace. Nesse caso, apenas a tensão através dos terminais de fonte na posição 34 da Figura 1 é medida para reconhecer a falha.

[051] Na modalidade preferencial, em que o dispositivo de desconexão de carga é controlável, conforme descrito acima na seção Sumário, um “período de amostra” é iniciado abrindo-se o comutador de desconexão S1 7 de fonte da Figura 1. O controlador de carga 9 capta a rápida queda de tensão na Ccarga quando o S1 é aberto e abre imediatamente o comutador de desconexão S2 13 para iniciar o período de amostra. Com o uso do enlace de comunicação 11, a ação de abrir o S2 pode ser iniciada pelo controlador de fonte 5 enviando um comando de comunicação ao controlador de carga 9 e pelo controlador de carga 9 que comanda o dispositivo de desconexão de carga a um estado aberto ou fechado, em vez de fazer com que o controlador de carga 9 capte a queda de tensão na Ccarga como o acionador para abrir o dispositivo de desconexão de carga.

[052] Os componentes Ccarga 4 e Rsrc 2 da Figura 1 representam respectivamente a capacitância e a resistência, conforme visto na fonte 31a, 31b e nos terminais de carga 32a, 32b quando o comutador S1 7 e S2 13 estão em estado aberto (de não condução). Em modalidades particulares, esses componentes são componentes distintos, de valor conhecido, colocado através da fonte e dos condutores de terminal de carga. No entanto, a capacitância e a resistência dos condutores, até mesmo sem os componentes distintos, têm um valor intrínseco de resistência e de capacitância devido à construção física dos mesmos. Em alguns exemplos, o sistema pode ser operado programando-se o controlador de fonte 5 com esses valores intrínsecos, anulando, assim, a necessidade de instalar os componentes de resistor e capacitor distintos.

[053] Em algumas aplicações, a energia pode fluir do dispositivo de carga 3 para o dispositivo de fonte 1, conforme exemplificado em uma aplicação “conectada em rede”, tal como uma residência com uma fonte de energia alternativa, tal como um painel solar fotovoltaico. Durante a noite, a residência age como o dispositivo de carga 3, sendo que a rede elétrica pública é a fonte de energia; porém, durante o dia, a residência pode se tornar uma fonte 1 em vez de uma carga 3 quando gera eletricidade solar a ser vendida de volta para a rede elétrica. Em tal caso, a operação do sistema é essencialmente a mesma do que a que foi descrita acima, na descrição detalhada. Visto que a fonte e os controladores de carga 5, 9 detectam tanto a magnitude quanto a polaridade da corrente elétrica e da tensão dentro do sistema de distribuição de força, o controlador de fonte 5 começa, inerentemente, a executar esse novo modo de operação. Por exemplo, conforme descrito na seção da operação detalhada, a queda de tensão nos condutores de sistema de distribuição de força é calculada multiplicando-se a corrente de linha por uma pior resistência de linha possível. Quando a carga começar a alimentar força em vez de baixar a força, a polaridade de corrente elétrica irá inverter e o cálculo de queda de linha ainda será válido.

[054] O controlador de fonte 5 e o controlador de carga 9 podem incluir um dispositivo lógico, tal como um microprocessador, um microcontrolador, um dispositivo lógico programável ou outro conjunto de circuitos digitais adequados para executar o algoritmo de controle. O controlador de carga 9 pode tomar a forma de um nó de sensor simples que coleta dados relevantes para o lado de carga do sistema. O mesmo não necessariamente exige um microprocessador.

[055] Os controladores 5 e 9 podem ser dispositivos de computação e os sistemas e métodos desta revelação podem ser implantados em um ambiente de sistema de computação. Os exemplos de ambientes de sistema de computação bem conhecidos e de componentes dos mesmos que podem ser adequados para o uso com os sistemas e métodos incluem, porém sem limitação, computadores pessoais, computadores de servidor, dispositivos do tipo laptop ou portáteis, dispositivos do tipo tablet, telefones inteligentes, sistemas de múltiplos processadores, sistemas com base em microprocessador, caixas adaptadoras, produtos eletrônicos para consumo programáveis, PCs de rede, minicomputadores, computadores principais, ambientes de computação distribuídos que incluem qualquer um dos sistemas ou dispositivos acima, e semelhantes. Os ambientes de sistema de computação típicos e suas operações e componentes são descritos em muitas patente existentes (por exemplo, A Patente no U.S. 7.191.467, de propriedade da Microsoft Corp.).

[056] Os métodos podem ser realizados por meio de instruções executáveis por computador não transitórias, tais como módulos de programa. Em geral, os módulos de programa incluem rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados e assim por diante, que realizam tarefas particulares ou implantam tipos particulares de dados. Os métodos também podem ser praticados em ambientes de computação distribuídos em que as tarefas são realizadas por dispositivos de processamento remoto que são interligados através de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuído, os módulos de programa podem estar localizados tanto em meios de armazenamento de computador, tanto local quanto remoto, incluindo dispositivos de armazenamento memória.

[057] Os processos e funções descritos no presente documento podem ser armazenados de maneira não transitória na forma de instruções de software no computador. Os componentes do computador podem incluir, porém sem limitação, um processador de computador, um meio de armazenamento de computador que serve como memória, e um barramento de sistema que acopla vários componentes de sistema, incluindo a memória ao processador de computador. O barramento de sistema pode ser qualquer um dentre diversos tipos de estruturas de barramento, incluindo um barramento de memória ou um controlador de memória, um barramento periférico e um barramento local com o uso de uma variedade de arquiteturas de barramento.

[058] O computador inclui, tipicamente, um mais dentre uma variedade de meios legíveis por computador acessíveis pelo processor e que inclui meios tanto voláteis quanto não voláteis quanto removíveis e meios tanto removíveis quanto não removíveis. Por meio de exemplo, os meios legíveis por computador podem compreender meios de armazenamento em computador e meios de comunicação.

[059] Os meios de armazenamento de computador podem armazenar o software e os dados em um estado não transitório incluem meios tanto voláteis quanto não voláteis, removíveis quanto não removíveis implantados em qualquer método ou tecnologia para armazenamento de software e de dados, tais como, instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa ou outros dados. Os meios de armazenamento em computador incluem, porém sem limitação, RAM, ROM, EEPROM, memória flash ou outra tecnologia de memória, CD-ROM, discos versáteis digitais (DVD) ou outro armazenamento em disco óptico, cassetes magnéticos, fita magnética, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnéticos, ou outro meio que pode ser usado para armazenar as informações desejadas e pode ser acessado e executado pelo processor.

[060] A memória inclui meios de armazenamento em computador na forma de memória volátil e/ou não volátil, tais como, memória de apenas leitura (ROM) e memória de acesso aleatório (RAM). Um sistema de entrada/saída básico (BIOS), que contém as rotinas básicas que auxiliam na transferência de informações entre os elementos dentro do computador, tais como, durante a partida, é armazenado tipicamente na ROM. A RAM contém tipicamente dados e/ou módulos de programa que são imediatamente acessíveis ao processador, e/ou são operados presentemente pelo mesmo.

[061] O computador também pode incluir outros meios de armazenamento em computador removíveis/não removíveis, voláteis, não voláteis, tal como, (a) uma unidade de disco rígido que lê ou grava meios magnéticos não removíveis, não voláteis; (b) uma unidade de magnético disco que lê ou grava um disco magnético removível, não volátil; e (c) uma unidade de disco óptico que lê ou grava um disco óptico removível, não volátil, tal como, um CD ROM ou outro meio óptico. O meio de armazenamento em computador pode ser acoplado ao barramento de sistema por uma interface de comunicação, em que a interface pode incluir, por exemplo, fios elétricos de condução e/ou trajetórias de fibra óptica para transmitir sinais digitais ou ópticos entre componentes. Outros meios de armazenamento de computador removíveis/não removíveis, voláteis/não voláteis que podem ser usados no ambiente de operação exemplificativo incluem cassetes de fita magnética, cartões de memória flash, discos versáteis digitais, fita de vídeo digital, RAM em estado sólido, ROM em estado sólido, e semelhantes.

[062] AS unidades e seus meios de armazenamento em computador associados fornecem armazenamento de instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e outros dados para o computador. Por exemplo, uma unidade de disco rígido interna ou externa ao computador pode armazenar um sistema operacional, programas de aplicação e dados de programa.

[063] A fonte e os controladores de carga 5, 9 podem ser usados para medir a transferência de energia e comunicar as informações de volta para o usuário ou para uma localização remota. Por exemplo, a invenção revelada pode ser implantada em uma estação de carregamento pública de veículo elétrico e pode ser utilizada para enviar consumo de eletricidade de volta a um processador de cartão de crédito central. A transferência de informações pode ocorrer através de um enlace de comunicação externo 15, conforme retratado na Figura 1. Um usuário também pode ser creditado pela eletricidade que é transferida de seu veículo elétrico e vendida para a rede elétrica. O enlace de comunicação externo 15 também ode ser usado para transferir outras informações operacionais. Por exemplo, um veículo elétrico pode ter contatos sob o chassi do mesmo que estendidos para fazer conexão a uma placa de carregamento incorporada em uma superfície de estrada. O enlace de comunicação 15 pode transferir informações de proximidade que indicam que o carro está sobre a placa de carregamento. As informações podem inibir a energização a placa de carregador, a menos que o carro seja posicionado apropriadamente.

[064] O dispositivo de desconexão de fonte 7 pode ser suplementado pela adição de um relé eletromecânico ou “contator” que fornece um método redundante para desconectar a fonte 1 dos terminais de fonte de modo a fornecer um apoio no caso de uma falha do dispositivo de desconexão de fonte 7. O dispositivo de desconexão de carga 13 pode ser suplementado por um relé eletromecânico ou um contator da mesma maneira. As bobinas de ativação de contator eletromecânico podem ser alimentadas pelo que se conhece pelas pessoas versadas na técnica como um “circuito de monitoramento”. O circuito de monitoramento se comunica continuamente com a fonte ou com os controladores de carga 5, 9; caso contrário, o contator irá abrir automaticamente, fornecendo uma medida segura contra falhas contra software “travado” ou conjunto de circuitos travados nos controladores 5, 9.

[065] O controlador de fonte 5 pode ser programado com um algoritmo que ajusta a razão de tempo que o dispositivo de desconexão de fonte 7 está em operação em relação ao tempo que o mesmo não está em operação, a fim de regular a quantidade de transferência de energia a partir da fonte 1 à carga 3. Esse método é bem conhecido pelas pessoas versadas na técnica como “modulação por largura de pulso”.

[066] Os enlaces de comunicações de dados 11 e/ou o enlace de comunicação externo 15 podem ser implantados com o uso de vários métodos e protocolos bem conhecidos pelas pessoas versadas na técnica. O hardware e os protocolos de comunicação podem incluir RS-232, RS-485, barramento de CAN, Firewire e outros. O enlace de comunicação 11 pode ser estabelecido com o uso de condutores de cobre, fibra óptica ou de maneira sem fio em qualquer área do espectro eletromagnético permitido pelos reguladores, tal como, a comissão de Comunicações Federal (FCC), conforme apresentado na Parte 18 nas Regras da FCC. A comunicação sem fio pode ser estabelecida com o uso de qualquer um dentre vários protocolos conhecidos pelas pessoas versadas na técnica, incluindo Wi-Fi, IRDa, Wi-Max e outros. As comunicações de dados link 11 podem comunicar informações de operação entre o controlador de fonte e o controlador de carga, em que as informações de operação incluem pelo menos um valor que indica a tensão através dos terminais de carga que é obtida pelo controlador de carga.

[067] Outra opção para implantar as funções de enlace de comunicação 11 e/ou de enlace de comunicação externo 15 da Figura 1 é o que é denominado pelas pessoas versadas na técnica de “comunicação sobre linhas de força”, ou “comunicação ou transportadora linha de força” (PLC), também conhecido como “linha de assinatura digital de linha de força” (PDSL), “comunicação de linhas de alimentação” ou “banda larga sobre linhas de força” (BPL). Em referência ao controlador de fonte revisado da Figura 7, os sinais de comunicação gerados pelo microprocessador 20 são sobrepostos nos terminais de fonte como uso de um modulador/demodulador 48. Os métodos de hardware e de software do modulador/demodulador 48 são bem conhecidos pelas pessoas versadas na técnica. Embora o controlador de fonte seja usado como um exemplo, uma implantação idêntica do modulador/demodulador 48 pode estar contida no controlador de carga, permitindo a comunicação bidirecional entre a fonte e o controlador de carga. O lado de transmissão, tanto a fonte como a carga, combinam os sinais de comunicação com a forma de onda de força na fonte ou nos terminais de carga. O lado de recebimento, tanto a fonte como a carga, em seguida, separam os sinais de comunicação da forma de onda de força.

[068] A fim de permitir transferência de força simultânea e comunicações de dados de usuário, o sistema pode ser configurado conforme retratado na Figura 9. Em um exemplo, um cabo de comunicação de CAT 5 é usado para transferir dados de Ethernet entre um computador de usuário final e um comutador de Ethernet; e os mesmos condutores de cabo podem ser usados para fornecer 400 a 600 Watts de força para o próprio computador, com o uso dos métodos descritos no presente documento. Em referência à Figura 9, o conjunto de circuitos de fonte 50 pode incluir todos os componentes de fonte; ou, em referência à Figura 1, o conjunto de circuitos de fonte pode incluir uma fonte 1, um controlador de fonte 5, um dispositivo de desconexão de fonte 7 e todos os componentes de fonte relacionados. O conjunto de circuitos de carga 51 pode representar todos os componentes de carga; ou, em referência à Figura 1, o conjunto de circuitos de carga 51 pode incluir carga 3, o controlador de carga 9, o dispositivo de desconexão de carga 13 e todos os componentes de carga. Os condutores de saída do conjunto de circuitos de fonte 50 são aplicados aos pontos de derivação central dos transformadores de isolamento 52 e 54 no lado da fonte da configuração. Os pontos de derivação central correspondentes nos transformadores de isolamento 53 e 55 estão no lado de carga da configuração e são conectados eletricamente aos pontos centrais nos transformadores 52 a 54 através dos enrolamentos de transformador. No lado da fonte, os dados de Ethernet podem ser aplicados aos enrolamentos dos transformadores 52 e 54 que são isolados eletricamente do lado com derivação central com o uso de uma configuração de par de condutor equilibrado que é bem conhecida pelas pessoas na indústria. No lado de carga, os pares são escolhidos nos enrolamentos correspondentes dos transformadores 53 e 55 que são isolados eletricamente do lado com derivação central que contém a força. Devido ao fato de que a força é essencialmente uma corrente contínua, a mesma passa através dos transformadores no lado da fonte para o lado de carga sem causar excitação magnética e, portanto, não corrompe os dados que também residem nas linhas de comunicação. A configuração de hardware descrita dos transformadores com derivação central é usada comumente na indústria para implantar força sobre Ethernet (PoE), conforme é descrito em PoE standard IEEE-802.3a. A PoE não tem os recursos de segurança, descritos no presente documento, portanto, limita-se a aproximadamente 48V a fim de evitar a possibilidade de choque elétrico.

[069] Desse modo, O escopo da invenção revelada deve ser determinado pelas reivindicações anexas e os equivalentes legais das mesmas, de preferência aos exemplos dados. Nas modalidades que descrevem a invenção, a terminologia especifica é usada para objetivos de clareza. Para o propósito de descrição, os termos específicos destinam-se, pelo menos, a incluir equivalentes técnicos e funcionais que operam de maneira semelhante a fim de alcançar um resultado semelhante. Adicionalmente, em alguns exemplos em que uma modalidade particular da invenção inclui uma pluralidade de elementos de sistema ou etapas de método, esses elementos ou etapas podem ser substituídos por um único elemento ou etapa; de igual modo, um único elemento ou etapa pode ser substituído por uma pluralidade de elementos ou etapas que servem para o mesmo propósito. Ademais, enquanto esta invenção foi mostrada e descrita com referências às modalidades particulares da mesma, as pessoas versadas na técnica irão entender que várias substituições e alterações na forma e nos detalhes podem ser feitas à mesma sem se afastar do escopo da invenção. Além do mais, outros aspectos, funções e vantagens também estão dentro escopo da invenção; e todas as modalidades da invenção não precisam necessariamente obter todas as vantagens ou possuir todas as características descritas acima. Adicionalmente, as etapas, elementos e recursos discutidos no presente documento em conexão com uma modalidade podem ser usados de igual modo em combinação com outras modalidades. Além disso, os componentes, etapas e recursos identificados na seção Antecedentes são integrantes da presente revelação e podem ser usados em combinação com os componentes e etapas, ou substituídos pelos mesmos, descritos em algum outro ponto na presente revelação dentro do escopo da invenção. Nas reivindicações de método, em que os estágios são citados em uma ordem particular — com ou sem caracteres de prefácio sequenciados adicionados para facilitar as referências —, os estágios não devem ser interpretados como sendo limitados temporariamente à ordem na qual os mesmos são citados, a menos que especificado do contrário, ou implicados pelos termos e pela formulação de frases.

Claims

1. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de CC para regular a transferência de energia a partir de uma fonte (1) em um lado da fonte e que inclui terminais de fonte (31a, 31b) para uma carga (3) em um lado de carga e que inclui terminais de carga (32a, 32b) com capacitância anexada (4), sendo que o sistema é caracterizado por compreender: a) um controlador de fonte (5) no lado da fonte do sistema de distribuição de força responsivo a um sensor de fonte (8) que fornece retroalimentação para o controlador de fonte (5) que inclui pelo menos um sinal indicativo de uma tensão através dos terminais de fonte (31a, 31b); b) um dispositivo de desconexão de fonte (7) responsivo a um sinal de controle do controlador de fonte (5) para conectar ou desconectar eletricamente a fonte dos terminais de fonte (31a, 31b), em que o controlador de fonte (5) é configurado para interromper periodicamente a fonte de alimentação de CC para a carga (3) abrindo-se o dispositivo de desconexão de fonte (7); c) um dispositivo de desconexão de carga (13) configurado para desacoplar eletricamente a carga (3) dos terminais de carga (32a, 32b) em pelo menos uma direção do fluxo de corrente com a abertura do dispositivo de desconexão de fonte (7); e d) um dispositivo lógico implantado pelo menos no controlador de fonte (5) configurado para abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7), realizar uma primeira medição de tensão de terminal de fonte, realizar uma segunda medição de tensão de terminal de fonte após um tempo predeterminado ter expirado desde a primeira medição de tensão de terminal de fonte e com o dispositivo de desconexão de fonte (7) ainda aberto, em que a diferença nas medições de tensão é representativa da impedância entre os terminais de fonte (31a, 31b) e uma taxa de descarga correspondente de capacitância (4) entre os terminais de fonte (31a, 31b), determinar se a diferença nas medições de tensão está fora dos limites superiores e inferiores predeterminados, em que uma medição de tensão fora dos limites superiores e inferiores predeterminados indica que há um objeto ou indivíduo estranho fazendo contato com a fonte ou os terminais de carga (31a/32a, 31b/32b) ou uma falha no sistema de distribuição de força, e fechar o dispositivo de desconexão de fonte (7) apenas se a diferença nas medições de tensão estiver abrangida pelos limites superiores e inferiores predeterminados.

2. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um controlador de carga (9) no lado da carga do sistema de distribuição de força responsivo a um sensor de carga (8) que fornece retroinformações para o controlador de carga (9) que inclui pelo menos um sinal indicativo da tensão através dos terminais de carga (32a, 32b).

3. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente um enlace de comunicação de dados (11) configurado para a troca de informações de operação entre o controlador de fonte (5) e o controlador de carga (9), em que as informações de operação incluem pelo menos um valor indicativo da tensão através dos terminais de carga (32a, 32b) que é obtida pelo controlador de carga (9).

4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo enlace de comunicação de dados (11) compreender circuitos de comunicação sem fio que operam em frequências de portador no espectro eletromagnético permitidas pelos reguladores federais.

5. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo controlador de fonte (5) e o controlador de carga (9) incluírem modens, e em que a comunicação de dados é realizada pelo modem na fonte e pelos controladores de carga (5, 9) que são operáveis para combinar um sinal de comunicação com as formas de onda de tensão presentes na fonte ou nos terminais de carga (31a/32a, 31b/32b) e para separar, mais adiante, o sinal de comunicação das formas de onda de tensão presentes na fonte ou nos terminais de carga (31a/32a, 31b,32b), de tal modo que a fonte e os controladores de carga (5, 9) possam se comunicar entre si usando apenas as conexões entre a fonte e os terminais de carga (31a, 32a, 31b, 32b).

6. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela comunicação de dados ser realizada apenas quando a fonte (1) for desconectada dos terminais de fonte (31a, 31b), em que os sinais de comunicação não são interrompidos pela corrente elétrica que flui dos terminais de fonte (31a, 31b) para os terminais de carga (32a, 32b).

7. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela fonte e os controladores de carga (5, 9) trocarem um código de verificação digital que deve se equiparar a um valor predeterminado antes de a transferência de energia poder ser iniciada.

8. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo controlador de fonte (5) ser configurado para calcular a diferença entre a tensão de terminal de fonte adquirira pelo controlador de fonte (5) e a tensão do terminal de carga obtida pelo controlador de carga (9) e para emitir um comando para abrir o dispositivo de desconexão (7) de fonte se a diferença não for abrangida entre os valores alto e baixo predeterminados.

9. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dispositivo de desconexão de fonte (7) ser responsivo a um sinal de controle do controlador de fonte (5) para variar a relação de tempo em que a fonte (1) está conectada aos terminais de fonte (31a, 31b) em relação ao tempo em que a fonte está desconectada dos terminais de fonte de modo a regular a energia média transferida da fonte (1) para a carga (8).

10. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de corrente (8) que permite que o controlador de fonte (5) adquira um sinal indicativo da corrente elétrica que flui da fonte (1) para os terminais de fonte (31a, 31b) e em que o controlador de fonte (5) é configurado para abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7) para desconectar a fonte (1) dos terminais de fonte (31a, 31b) se a corrente elétrica exceder um valor máximo predeterminado.

11. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo controlador de fonte (5) ser configurado para multiplicar periodicamente as medições de tensão de terminal de fonte com as medições de corrente da fonte que resultam em um valor de potência instantâneo calculado e para integrar os valores de potência consecutivos para derivar um valor de energia total.

12. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo controlador de fonte (5) também ser configurado para aplicar um encargo financeiro ao usuário para a energia extraída da fonte.

13. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dispositivo de desconexão de carga (13) compreender um diodo (39).

14. MÉTODO PARA IMPLANTAR UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA, de CC para a transferência de energia a partir de uma fonte (1) para uma carga (8) por meio de uma corrente contínua, caracterizado pelo sistema de distribuição de força de CC ser configurado para detectar as condições não seguras que incluem conduzir eletricamente os objetos ou indivíduos externos que entraram em contato com os condutores expostos no sistema de distribuição de força, sendo que o método compreende as etapas de: a) gerar um sinal responsivo em um controlador de fonte (5) para abrir um dispositivo de desconexão de fonte (7), que resulta na interrupção da conexão elétrica entre a fonte (1) e os terminais de fonte (31a, 31b) e um dispositivo de desconexão de carga (13) que interrompe a conexão elétrica entre a carga (3) e os terminais de carga (32a, 32b) em pelo menos uma direção de fluxo de corrente; b) com o dispositivo de desconexão de fonte (7) aberto e com a carga eletricamente desacoplada dos terminais de carga (32a, 32b), adquirir uma primeira medição da tensão através dos terminais de fonte (31a, 31b) com o uso de um sensor de tensão de terminal de fonte (34) e armazenar a primeira medição de tensão para o acesso por meio do controlador de fonte (5); c) após um tempo predeterminado ter expirado, com o dispositivo de desconexão de fontes (7) ainda aberto e a carga (8) ainda eletricamente desacoplada dos terminais de carga (32a, 32b), adquirir uma segunda medição da tensão através dos terminais de fonte (31a, 31b) com o uso do sensor de tensão de terminal de fonte (34) e armazenar a segunda medição de tensão para o acesso por meio do controlador de fonte (5); d) calcular a diferença entre a primeira medição de tensão armazenada e a segunda medição de tensão armazenada, em que a diferença representa a taxa de descarga da capacitância através dos terminais de fonte e de carga (31a, 31b, 32a, 32b); e e) gerar sinais do controlador de fonte (5) para fechar o dispositivo de desconexão de fonte (7) se a diferença entre a primeira medição de tensão armazenada e a segunda medição de tensão armazenada for abrangida por limites superiores e inferiores predeterminados, em que uma taxa de descarga fora dos limites superiores e inferiores predeterminados indica que há um objeto ou indivíduo externo condutor que faz contato elétrico com a fonte ou com os terminais de carga (31a/32a, 31b/32b) ou uma falha no hardware do sistema de distribuição de força de CC.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um controlador de fonte (5) se comunicar com o controlador de carga (9) com o uso de pelo menos um dentre um enlace de comunicação óptico, condutivo e sem fio (11).

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo controlador de fonte (5) adquirir um código de verificação digital a partir do controlador de carga (9) por meio do enlace de comunicação (11) e age para fazer com que o dispositivo de desconexão de fonte (7) permaneça em um estado aberto se o código de verificação digital não se equiparar a um código anteriormente armazenado que reside na memória do controlador de fonte (5).

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo controlador de fonte (5) agir para variar o período de tempo condutivo do dispositivo de desconexão de fonte 97) em relação ao período de tempo não condutivo do dispositivo de desconexão de fonte (7) de tal modo que a energia média transferida da fonte (1) para a carga (8) possa ser regulada de acordo com um algoritmo que é executado pelo controlador de fonte (5).

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreende, adicionalmente: f) executar o código no controlador de fonte (5) para adquirir uma medição da corrente elétrica que flui através dos terminais de fonte (31a, 31b) com o uso de um sensor de corrente (8); g) armazenar o valor de corrente elétrica na memória do controlador de fonte; e h) abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7) para desconectar a fonte (1) dos terminais de fonte (31a, 31b) se a corrente elétrica exceder um valor máximo predeterminado.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente executar um algoritmo no controlador de fonte (5) para calcular a diferença entre a tensão de terminal de fonte obtida pelo controlador de fonte (5) com o uso do sensor de tensão de terminal de fonte (34) e a tensão do terminal de carga obtida pelo controlador de fonte (5) de um controlador de carga (9) e agir para abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7) se a diferença entre a tensão de terminal de fonte e a tensão do terminal de carga não for abrangida pelos limites superiores e inferiores predeterminados.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente, no controlador de fonte (7): f) adquirir uma medição da corrente elétrica que flui através dos terminais de fonte (31a, 31b) com o uso de um sensor de corrente (8); g) adquirir uma medição da tensão de terminal de fonte com o uso de um sensor de tensão (34); h) multiplicar periodicamente as medições de tensão de terminal de fonte pelas medições de corrente de fonte para derivar um valor de potência instantâneo; e i) integrar os valores de potência calculados consecutivos em relação ao tempo para derivar um valor de energia total.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender adicionalmente aplicar um encargo financeiro a um usuário da energia para a energia extraída pelo usuário da fonte (1).

22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo controlador de fonte (5) adquirir uma primeira medição da tensão de terminal de fonte que usa um sensor de tensão (34) enquanto o dispositivo de desconexão de fonte (7) é fechado, então, adquire uma segunda medição da tensão de terminal de fonte imediatamente após o dispositivo de desconexão de fonte (7) ser aberto e computar a diferença entre a primeira e a segunda medições de tensão e em que o controlador de fonte (5) age para abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7) se a diferença de tensão estiver fora dos limites superiores e inferiores predeterminados.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo controlador de fonte (5) também adquirir uma medição da corrente elétrica que flui através dos terminais de fonte (31a, 31b) com o uso de um sensor de corrente (8) enquanto o dispositivo de desconexão de fonte (7) estiver fechado e divide a diferença de tensão por meio da medição de corrente para derivar o valor para a resistência dos condutores entre os terminais de fonte (31a, 31b) e os terminais de carga (32a, 32b) e em que o controlador de fonte (5) age para abrir o dispositivo de desconexão de fonte (7) se o valor de resistência estiver fora dos limites superiores e inferiores predeterminados.

24. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente conectar um primeiro condutor de saída de conjunto de circuitos de fonte a um ponto de derivação central em uma bobina secundária de um primeiro transformador de isolamento (52) e que conecta um segundo condutor de saída de conjunto de circuitos de fonte a um ponto de derivação central em uma bobina secundária de um segundo transformador de isolamento (54) e em que um primeiro condutor de entrada de conjunto de circuitos de carga é conectado a um ponto de derivação central em uma bobina primária de um terceiro transformador de isolamento (53) e um segundo condutor de entrada de conjunto de circuitos de carga é conectado a um ponto de derivação central de uma bobina primária em um quarto transformador de isolamento (55), de tal modo que a configuração cancele substancialmente qualquer fluxo produzido nos quatro transformadores (52, 53, 54, 55) devido à corrente que flui do conjunto de circuitos de fonte (50) para o conjunto de circuitos de carga (51) e em que os terminais não usados restantes dos quatro transformadores (52, 53, 54, 55) podem ser usados para transmitir e receber dados que são eletricamente isolados e independentes da corrente elétrica que flui do conjunto de circuitos de fonte (50) para o conjunto de circuitos de carga (51).

25. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelos dados serem comunicados com o uso de tecnologia Ethernet.

26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelos dados serem comunicados com o uso de tecnologia de Linha de Assinante Digital.