PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE ANALISIS DE REDES DE CABLES ELECTRICOS MEDIANTE SECUENCIAS PSEUDOALEATORIAS.

Procedimiento de prueba de una red de cables que comprende al menos una unión de la que parten N tramos secundarios (N superior o igual a 2),

comprendiendo el procedimiento las operaciones siguientes:

- inyectar en la red, en varios puntos de inyección Ei, secuencias pseudoaleatorias de señales digitales PNi(t),

- recoger, en uno o varios puntos de observación Sj, señales temporales compuestas Rj(t) generadas por la circulación de las secuencias emitidas y sus reflexiones en las discontinuidades de impedancia de la red,

- calcular una función de correlación Kij(t), en cada uno de los puntos de observación Sj y para cada punto de inyección Ei, representando esta función, en función de un retardo variable t, un valor de correlación temporal entre, por una parte, la señal compuesta Rj(t) presente en ese punto de observación y, por otra parte, secuencias pseudoaleatorias PNi(t-t) idénticas a las secuencias PNi(t) que se inyectan a los diferentes puntos aunque retardadas con el retardo variable t,

- buscar valores característicos de t para los que la curva de correlación Kij(t) presenta un pico,

- determinar las posiciones de defectos del cable en función de los valores característicos hallados para cada correlación Kij(t),

- no estando las secuencias pseudoaleatorias inyectadas a los diferentes puntos correlacionadas entre sí

Procedimiento y dispositivo de análisis de redes de cables eléctricos mediante secuencias pseudoaleatorias.

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de análisis de cables eléctricos en red, para la detección, la caracterización y la localización de defectos en los cables de esa red.

Los cables eléctricos en cuestión pueden ser cables de transmisión de energía o cables de comunicación, en instalaciones fijas (red de distribución, red de comunicación interior o exterior) o móviles (red de energía o de comunicación en un avión, un barco, un automóvil, etc.). Los cables pueden ser de todo tipo: coaxiales o bifilares, en líneas paralelas o en pares torsionados, blindados o no, etc., siempre que la velocidad de propagación de las señales en estos cables pueda conocerse. Estas redes pueden organizarse según diferentes topologías conocidas: en bus, árbol, mallada, en anillo, estrella, lineal, o mixtas de estas diferentes topologías.

Los defectos en cuestión son defectos que pueden afectar al funcionamiento eléctrico de los circuitos de los que los cables forman parte y que pueden tener consecuencias a veces muy críticas (averías de sistemas eléctricos en un avión por ejemplo), o incluso defectos que pueden generar directamente inicios de incendio (cortocircuitos, arcos eléctricos en ambiente seco o en presencia de humedad, etc.). Es importante poder detectar estos defectos para remediarlos a tiempo.

Se comprende que el problema de la detección de los defectos es tanto más importante cuanto más largas y más complejas son las redes de cables eléctricos o cuanto más difícil sea acceder a ellas (cables enterrados, por ejemplo). Por ello es por lo que se han concebido sistemas de detección y de localización a distancia, que funcionan a partir de un extremo del cable. Los métodos utilizados son métodos denominados de reflectometría, en los que una señal inyectada en un extremo de un cable se propaga en ese cable y una parte de la amplitud de la señal se refleja en el lugar del defecto, debido a la discontinuidad de impedancia que la señal encuentra en ese lugar. Si se conoce la velocidad de propagación de las señales en el cable (relacionada con su impedancia característica), la medida de la duración que separa la onda emitida de la onda reflejada da una indicación de la distancia entre el extremo del cable y el defecto.

En los métodos de reflectometría temporal (TDR para "Time-Domain Reflectometry"), se inyecta una onda electromagnética en el cable en forma de un impulso de tensión, de un escalón de tensión, u otro. La onda reflejada en el lugar de la discontinuidad de impedancia se detecta en el lugar de la inyección y se mide la separación temporal entre los frentes emitidos y recibidos. La posición del defecto se determina a partir de esta separación, y la amplitud y la polaridad del impulso reflejado dan una indicación del tipo de defecto (circuito abierto, cortocircuito, defecto resistivo, u otro).

Existen también métodos de reflectometría en el dominio frecuencial (FDR para "Frequency Domain Reflectometry"), que consisten en inyectar en la entrada del cable una sinusoide vodulada en frecuencia de manera continua o por escalones y en medir la separación de frecuencia o de fase entre la onda emitida y la onda reflejada. La solicitud de patente publicada WO 02/068968 describe un método de reflectometría en el dominio frecuencial. En una variante denominada SWR para "Standing Wave Reflectometry", se detectan los nodos y antinodos de una onda estacionaria generada por la combinación de una onda incidente y de su reflexión.

Los métodos de reflectometría en el dominio frecuencial son eficaces para analizar un cable sencillo. Son difícilmente utilizables cuando el cable comprende derivaciones. Los métodos de reflectometría en el dominio temporal pueden utilizarse incluso con derivaciones aunque el análisis de las señales reflejadas es difícil debido a la presencia de reflexiones múltiples.

También se ha propuesto, en la solicitud de patente publicada WO 2004/005947, un método a la vez temporal y frecuencial que consiste en inyectar una señal vodulada linealmente con una envolvente de amplitud gaussiana.

También se han propuesto métodos de reflectometría con ensanchamiento de espectro, en el artículo "Spread Spectrum Sensors for Critical Fault Location on Live Wire Networks" de Cynthia Furse y otros, en Journal of Structural Control and Health Monitoring, Volumen 12, Edición 3-4, 2005. Se transmite una señal en forma de un código pseudoaleatorio de bajo nivel por una red, incluso cuando está en servicio; esta señal y su eco reflejado por el defecto eventual se correlacionan con desfases temporales variables para establecer una curva de correlación en función del tiempo. Esta curva presenta picos de correlación con desfases temporales relacionados con la posición de los defectos y de las uniones y/o derivaciones de la red. Este sistema está particularmente adaptado a la detección de defectos intermitentes puesto que puede funcionar incluso mientras se utiliza la red; ahora bien, los defectos intermitentes pueden perfectamente producirse sólo cuando la red está en servicio y desaparecer cuando ya no lo está (por ejemplo, un defecto que se produjera mientras un avión está volando pero que desaparece en el suelo). Este método puede utilizarse para cables que comprenden derivaciones, aunque conserva ambigüedades: no se sabe en qué ramal se encuentra un defecto detectado. La patente US 5 369 366 describe un método de este tipo.

El artículo de Eiji Nishiyama y Kenshi Kuwanami en la revista IEEE 2002 0-7803-7525-4/02 págs. 465 a 468 describe brevemente un método que utiliza la inyección de secuencias pseudoaleatorias en uno o varios puntos de una red lineal sencilla en bucle cerrado.

Un método similar pero que utiliza simplemente las señales o el ruido natural que circulan en el cable, y no un código pseudoaleatorio inyectado en la entrada del cable, se ha propuesto en el artículo de Chet Lo y Cynthia Furse "Noise-Domain Reflectometry for Locating Wiring Faults" publicado en IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 47 n.º 1 febrero de 2005. Se detectan picos de fuerte correlación en un proceso de correlación de la señal con ella misma. Este método presenta el mismo defecto que el anterior, es decir, que no permite resolver fácilmente las ambigüedades de posición cuando hay varios ramales.

La invención tiene como objetivo ayudar a resolver las ambigüedades de determinación de posición de defectos de los métodos anteriores, concretamente en los cables que presentan una estructura en T (también denominada estructura en Y), es decir que comprenden al menos una derivación.

Para conseguirlo, la invención propone un procedimiento de prueba de una red de cables que comprende al menos una unión de la que parten N tramos secundarios (N superior o igual a 2), comprendiendo el procedimiento las operaciones siguientes:

- inyectar en la red, en varios puntos de inyección Ei, secuencias pseudoaleatorias de señales digitales PNi(t),

- recoger, en uno o varios puntos de observación Sj, señales temporales compuestas Rj(t) generadas por la propagación de las secuencias emitidas y sus reflexiones en las discontinuidades de impedancia de la red,

- calcular una función de correlación Kij(t), en cada uno de los puntos de observación Sj y para cada punto de inyección Ei, representando esta función, en función de un retardo variable t, un valor de correlación temporal entre, por una parte, la señal compuesta Rj(t) presente en ese punto de observación y, por otra parte, secuencias pseudoaleatorias PNi(t-t) idénticas a las secuencias PNi(t) que se inyectan a los diferentes puntos aunque retardadas con el retardo variable t,

- buscar valores característicos de t para los que la curva de correlación Kij(t) presenta un pico,

- determinar las posiciones de defectos del cable en función de los valores característicos hallados para cada correlación Kij(t),

- no estando las secuencias pseudoaleatorias inyectadas a los diferentes puntos correlacionadas entre sí.

Así, en lugar de inyectar una misma secuencia en varios puntos de la red, se inyectan secuencias diferentes y no correlacionadas entre sí. Por secuencias no correlacionadas, se entiende secuencias o bien completamente decorrelacionadas, o bien poco correlacionadas, es decir que su intercorrelación en función de un retardo t no produce ningún pico de correlación significativo de amplitud comparable...

1. Procedimiento de prueba de una red de cables que comprende al menos una unión de la que parten N tramos secundarios (N superior o igual a 2), comprendiendo el procedimiento las operaciones siguientes: