Electrical System
The Boeing 787-8 Dreamliner uses a modified version of Syd Adam's Jet Electrical System. Backup Generators have been added, a Ram Air Turbine Generator has been implemented and the APU loop has been modified. There are 5 major power sources available:
- Engine Generators (L1 and R1 are main generators and L2 and R2 are backup)
- Battery
- Primary and Secondary External Power
- APU Generators (Auxiliary Power Unit must be started and running for the APU Generators to provide power)
- Ram Air Turbine (used in case of dual engine failures to provide just enough power for Central Hydraulic Systems (C1 and C2) and Instruments.
The 787’s electrical system uses a remote distribution system that saves weight and is expected to reduce maintenance costs
Electrolytes, a flammable battery fluid, had leaked from the plane's main lithium-ion battery
Boeing 787 Dreamliner’s Battery Troubleshooting
Thales has selected GS Yuasa for Lithium ion battery system in Boeing’s
787 Dreamliner
Applications:
·
Aircraft
APU Starting
·
Back-up
Flight Control Electronics
·
Other
high reliability applications
Features:
·
High
energy density
·
Excellent
discharge characteristics
·
Sealed
structure
·
Low
self discharge
·
No
need for maintenance such as electrolyte filling or conditioning cycles.
·
Stainless
steel case
Problema na Bateria do Boeing 787
Dreamliner
A Thales
selecionou GS Yuasa para o sistema da bateria de íon Lítion da aeronave 787
Dreamliner da Boeing
Utilização:
- Partida do APU da Aeronave
- Auxilar de Dispositivos
Eletrônicos de Controle de Voo
- Outras Utilizações de
Confiabilidade Alta
Caracrterísticas:
- Densidate alta de
energia
- Características de
descarga excelentes
- Estrutura vedação
- Baixa auto discarga
- Nenhuma necessidade de
manutenção tal como enchimento eletrolítico ou ciclos de condicionamento
- Invólucro
de aço inoxidável
GS
Yuasa’s Li-ion batteries will play a key role in on-board power, providing
both Auxiliary Power Unit start and emergency power back-up capabilities.
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As baterias Lítion-íon da [empresa japonesa] GS Yuasa efetuará um papel chave no [sistema] de potência
elétrica a bordo, fornecendo ambas, partida pela Unidade Auxiliar de Potência
[elétrica] e capacidades de armazenamento de eletricidade em emergência.
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This
Li-ion technology offers some key advantages over the existing nickel-cadmium
solution used in commercial jetliners. With 100% greater energy storage
capacity, lithium-ion offers two times of energy from the same dimension
nickel-cadmium battery. The battery can charge from 0 to 90% in only 75
minutes and comes with battery management electronics which guarantees
multiple levels of safety features. The rugged prismatic sealed battery
design is capable of withstanding extreme operating conditions far greater
than those normally seen in commercial aircraft operation and requires
absolutely no maintenance.
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Esta tecnologia Li-ion oferece algumas vantagens chave sobre a
existente solução Niquel-Cádmio usada em jatos comerciais de linhas aéreas.
Com 100% a mais de capacidade de armazenamento de energia, Lítio-íon oferece
o dobro de energia da bateria Niquel-Cádmio da mesma dimensão. A bateria pode
carregar de 0 a 90% em 75 minutos e vem com dispositivo eletrônico de
gerenciamento de bateria, o qual garante níveis múltiplos de características
de segurança. O projeto robusto prismático de bateria selada é capaz de suportar condições extremas de
operação bem maior que aqueles normalmente vistos em operação em aeronave
comercial e não exige absolutamente manutenção.
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“Thales
is determined to create the safest, most advanced, efficient and reliable
power system possible for the Boeing 787 Dreamliner. Since it is
maintenance-free and has longer service life comparing to current
nickel-cadmium batteries, it makes for lower operating costs and increased safety
for airline companies,” said
Steve Grinham, General Manager of the electrical activity of Thales.
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“A Thales está determinada a criar o sistema de força elétrica mais
seguro, mais avançado, eficiente e confiável para o Boeing 787 Dreamliner. Uma
vez que é livre de manutenção e tem
vida útil mais longa comparando com baterias Níquil-Cádmio atuais, ela faz
baixar custos operacionais e aumenta a
segurança de empresas aéreas”, disse Grinham, Gerente Geral da atividade
elétrica da Thales.
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ENGINE AND APU START
PARTIDA
DE MOTOR E APU
The
787's engine-start and APU-start functions are performed by extensions of the
method that has been successfully used for the APU in the Next-Generation 737
airplane family. In this method, the generators are run as synchronous
starting motors with the starting process being controlled by start
converters. The start converters provide conditioned electrical power
(adjustable voltage and adjustable frequency) to the generators during the
start for optimum start performance.
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A partida do motor do 787 e funções da
partida do APU são efetuadas por extensões do método que tem sido bem
sucedidamente usado pelo APU na família de aeronave 737 Next-Generation.
Neste método, os geradores são funcionados
como motores de partida sincronizados com o processo de partida sendo
controlado por conversores de partida. Os conversores de partida fornecem
força elétrica condicionada (voltagem ajustável e frequência ajustável) para
os geradores durante a partida para uma ótima performance de partida.
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Unlike the air turbine engine starters in the traditional
architecture that are not used while the respective engines are not running,
the start converters will be used after the respective engine is started. The
engine- and APU-start converters will function as the motor controller for
cabin pressurization compressor motors.
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Diferente dos motores de partida de
motores de turbina a ar na estrutura tradicional que não são usados enquanto
os motores respectivos não estão funcionando, os conversores de partida serão
usados após o motor respectivo estar funcionando. Os conversores de partida
do motor e de partida do APU funcionarão como o controlador do motor para os
motores do compressor de pressurização de cabine.
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Normally, both generators on the APU and both generators on
the engine are used for optimum start performance. However, in case of a
generator failure, the remaining generator may be used for engine starting
but at a slower pace. For APU starting, only one generator is required.
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Normalmente,
ambos geradores no APU e ambos geradores no motor são usados para ótima
performance de partida. Todavia, em caso de falha de um
gerador, o gerador remanecente pode ser usado para partida de motor, mas num
passo mais lento. Para partida de APU, somente um gerador é exigido.
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The power source for APU starting may be the airplane battery,
a ground power source, or an engine-driven generator. The power source for
engine starting may be the APU generators, engine-driven generators on the
opposite side engine, or two forward 115 VAC ground power sources. The aft
external power receptacles may be used for a faster start, if desired.
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A fonte elétrica para partida de APU
pode ser a bateria do avião, uma fonte elétrica de solo, ou um gerador impulsidonado pelo
motor. A fonte elétrica para partida de motor pode ser os geradores do APU,
geradores impulsionados pelo motor no motor do lado oposto, ou duas fontes
elétricas de solo dianteiras de 115 VAC. Os receptáculos externos de
eletricidade traseiros podem ser usados para uma partida rápida, se desejada.
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APU
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Unidade Auxiliar de Força Elétrica
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As in
a traditional architecture, the APU in the no-bleed electrical architecture
is mounted in the airplane tail cone, but it provides only electrical power.
Consequently, it is much simpler than the APU for the traditional
architecture because all of the components associated with the pneumatic
power delivery are eliminated. This should result in a significant
improvement in APU reliability and required maintenance.
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Como numa arquitetura tradicional, a
APU na arquitetura elétrica sem-sangria, é montada no cone de cauda do avião,
mas ela fornece somente força elétrica. Consequentemente, ela é muito mais
simples do que a APU da arquitetura tracidiconal porque todoso dos
componentes associados com despacho de forção pneumática são eliminados. Isto
deve resultar em um melhoramento significante na comfiabilidade da APU e
manutenção exigida.
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APU SYSTEMS ELIMINATED IN THE NO-BLEED ARCHITECTURE
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Sistemas da APU eliminados na
arquitetura SEM-SANGRIA
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Moreover,
taking advantage of the variable frequency feature of the 787 electrical
system, the APU operates at a variable speed for improved performance. The
operating speed is based on the ambient temperature and will be within a
15 percent range of the nominal speed.
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Além disso, tomando vantagem da frequência variável do sistema
elétrico do 787, a APU opera numa velocidade variável para performance
melhorada. A velocidade de operação está bseada na temperatura ambiente e
estará dentro de um faixa de 15 por cento da velocidade nominal.
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Little known is that
the 787 is the first commercial aircraft to use an “all electric” design
instead of the old “bleed air” design. To see how these old and new designs
compare please consider the following schematics.
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Pouco sabido é que o 787 é o primeiro
avião comercial a usar um projeto “todo elétrico” em vez deo velho projeto
“ar de sangria”. Para ver como estes projetos velhos e novos comparam-se, por
favor, considere os esquemas seguintes.
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The old design
relied heavily on bleed air (compressed air) as a source of power. What can
be lighter than air was the old logic. The bleed air was either bleed off the
main engines or supplied by an auxiliary power unit located in the tail cone
of the aircraft. Bleed air was used to start the main engines via an air
turbine starter (ATS). Its other primary function was to provide air
conditioning for the passengers via an environmental control system (ECS).
While the air itself is very light, the associated ducting and valves are
not. The new all-electric design eliminates the ducting and valves resulting
in a lighter, more reliable system.
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O projeto antigo pedasamente dependia
de ar de sagria (ar comrimido) como uma fonte de força. Que possa ser mais
leve do que o ar era a lógica antiga. O
ar de sangria era, ou sangria dos motores principais ou suprida por uma
unidade de força auxiliar localizada no cone de cauda da aeronave. Ar de
sagria era usado para dar partida nos motores principais via um motor de
partida a ar de turbina (ATS). Sua outra função principal era forncer ar
condicionado para os passageiros via um sistema de controle ambiental (ECS). Enquanto
o ar é ele mesmo muito leve, os dutos e válvulas associados não são. O novo
projeto tudo-elétrico elimina o dutos e válvulas resultando num mais leve,
mais confiável sistema.
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This diagram of an APU for a 767-400 airplane shows the pneumatic portions that will be eliminated in a no-bleed architecture.
Este diagrama de uma APU para um avião 767-400 mostra as porções pneumáticas que serão eliminadas em uma arquitetura SEM-SANGRIA.
“The generators are
directly connected to the engine gearboxes and therefore operate at a
variable frequency (360 to 800 hertz) proportional to the engine speed. This
type of generator is the simplest and the most efficient generation method
because it does not include the complex constant speed drive, which is the
key component of an integrated drive generator (IDG). As a result, the
generators are expected to be more reliable, require less maintenance, and have
lower spare costs than the traditional IDGs.”
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“Os geradores estão diretamente
conectados às caixas de engrenagens do motor e por esta razão operam numa
frequência variável (360 a 800 Hertz) proporcional à velocidade do motor.
Este tipo de gerador é o método de geração mais simples e o mais eficiente
porque ele não inclui o impulso complexo de velocidade constante, o qual é o
componente chave de um Gerador de Impulso Integrado (IDG). Como um resultado,
os geradores são esperados ser mais confiáveis, exigem menos manutenção, e
têm mais baixos custos de peças sobressalentes do que os IDGs tradicionais.
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The all-electric
version relies on a higher voltage “hybrid” system, as Boeing elaborates:
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A versão tudo-elétrico depende de um
sistema “híbrido” de voltagem mais alto, como a Boeing detalha:
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“The 787 uses an
electrical system that is a hybrid voltage system consisting of the following
voltage types: 235 volts alternating current (VAC), 115 VAC, 28 volts direct
current (VDC), and ±270 VDC. The 115 VAC and 28 VDC voltage types are
traditional, while the 235 VAC and the ±270 VDC voltage types are the
consequence of the no-bleed electrical architecture that results in a greatly
expanded electrical system generating twice as much electricity as previous
Boeing airplane models. The system includes six generators — two per engine
and two per APU — operating at 235 VAC for reduced generator feeder weight.
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“O 787 usa um sistema elétrico que é
um sistema híbrido de voltagem consistindo dos tipos seguintes: Corrente Alternada
235 Volts (VAC), 115 VAC, Corrente Direta 28 Volts (VDC) e ±270 VDC. Os tipos
de voltagem 115 VAC e 28 VDC são tradicionais, enquanto o tipo de voltagem
235 VAC e o ±270 VDC são a consequência da arquitetura elétrica SEM-SANGRIA
que resulta em um sistema elétrico grandemente expandido gerando duas vezes
mais eletricidade quanto nos modelos anteriores de avião Boeing. O sistema
inclui seis geradores – dois por motor e dois por APU – operando em 235 VAC
para peso reduzido de alimentador de gerador.
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“The ±270 VDC system
is supplied by four auto-transformer-rectifier units that convert 235 VAC
power to ±270 VDC. The ±270 VDC system supports a handful of large-rated
adjustable speed motors required for the no-bleed architecture. These include
cabin pressurization compressor motors, ram air fan motors, the
nitrogen-generation-system compressor used for fuel-tank inerting, and large
hydraulic pump motors.”
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“O sistema ±270 VDC é suprido por
quarto unidades auto transformadores retificadores que convertem força 235
VAC para ±270 VDC. O sistema ±270 VDC suporta um punhado de motores de grande
taxa de velocidade ajustável exigidos para a arquitetura SEM-SANGRIA. Estes
incluem motores de compressor de pressurização de cabine, motores de
ventilador de entrada de ar ambiente, o compressor do sistema de geração de
Nitrogênio usado para tornar inerte o tanque de combustível e motores gandes
de bombas hidráulicas.
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“The
787′s no-bleed systems architecture will allow the airplane’s engines to
produce thrust more efficiently — all of the high-speed air produced by the
engines goes to thrust. Pneumatic systems that divert high-speed air from the
engines rob conventional airplanes of some thrust and increase the engine’s
fuel consumption. Boeing believes that using electrical power is more
efficient than engine-generated pneumatic power, and expects the new
architecture to extract as much as 35 percent less power from the engines”.
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“A arquitetura dos sistemas
SEM-SANGRIA dos 787 permitirão os motores do avião produzir potência mais
eficientemente – todo do ar de alta velocidade produzido pelos motores vai
para potência. Sistemas pneumáticos que desviam ar de alta velocidade dos
motores roubam de avões convencionais alguma potência e aumentam o consumo de
combustível do motor. A Boeing acredita que usando forçã elétrica é mais
eficiente do que força pneumática gerada pelo motor, e espera que a nova
arquitetura extraia tanto quanto 35 por cento menos potência dos motores”.
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The NTSB released photos
of the fire-damaged battery and the metal box that contained it. An NTSB
spokesman would not say Tuesday whether the box kept the fire from damaging
anything but the battery.
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O NTSB liberou fotos da bateria
avariada por fogo e a caixa de metal que a continha. Um porta voz do NTSB não
dissera na Terça-feira (15 JAN) se a caixa impediu o fogo de danificar
qualquer [outra coisa] , exceto a bateria.
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Paul Jonas, director of the Environmental Test Lab at the National
Institute for Aviation Research in Wichita, Kan., said that the box may have
contained the fire.
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Paul Jones, Diretor do Laboratório de
Teste Ambental no Instituto Nacional de Pesquisa de Aviação em Wichita,
Kansas, disse que a caixa pode ter contido o fogo.
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“From the photo provided, the box looks like it did the job fairly well,”
said Jonas, whose lab does testing for the FAA. “The fact that they had a box
would indicate that they designed for this condition.”
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“Da foto fornecida, a caixa parece que
ela fez o trabalho bastante bem”,
disse Jonas, do laboratório que faz teste para a FAA. “O fato de que
eles tinham uma caixa indicaria que eles [a] projetaram para esta condição”.
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In the FAA tests, which the agency performed at its site in Atlantic City
a year after it certified the Dreamliner, the temperature of the battery
fires reached as high as 2,000 degrees Fahrenheit. The plane’s polymer skin
melts at 649 degrees, according to its manufacturer, Victrex Energy of West
Conshohocken, Pa.
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Nos testes da FAA, os quais a agência
efetuou no seu local [de testes] em Atlantic City um ano após ela [agência]
ter dertificado o Dreamliner, a temperatura do fogo da bateria chegou tão
alto quanto 2000° F [1093°C]. A película externa do polímero da fuselagem do
avião derreteu a 649 graus [342°C], de acordo com seu fabricante, Cictrez
energy de West Conshohocken, PA.
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Problems with lithium batteries catching fire in
laptops, cellphones and electric cars were well documented and “should have
raised a flag with the FAA.”
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Problemas com baterias de Lítio pegando
fogo em ‘laptops, telefones celulares e carros elétricos’ foram bem
documntados e “teria levantado um bandeira na FAA”.
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“We’ve had a long-running issue with lithium
batteries,” John Goglia, a former member of the NTSB said. “They’re not
allowed to be carried on passenger airplanes.”
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“Nós temos tido um longo problema de
funcionamento com baterias de Lítio”, disse John Goglia, um outrora membro da
NTSB. “Elas não são permitidas serem carregadas em aviões de passageiros”.
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Goglia said weight was the most likely reason Boeing
went with the 63-pound lithium battery, which is lighter and more powerful
than other types.
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Goglia disse que peso foi a mais
provável razão que a Boeing incluiu a bateria de Lítio com 28 gramas, a qual
é mais leve e mais potente do que outros tipos.
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It also burns at high temperatures. In two lithium
battery fire tests last year, temperatures peaked between 1,400 and 2,000
degrees, according to a report of the test results. Some of the battery cells
exploded and landed more than 100 feet from the fire, and one of the fires
burned for more than an hour.
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Ela
também queima em temperaturas altas. Em dois testes de fogo em bateria de Lítio no último ano, temperaturas
atingiram o pico entre 1400°F e 2000°F [760°C a 1093°C], de acordo com um
relatório de resultados de testes. Algumas das células da bateria explodiram
e pousaram a mais de 30 metros do fogo, e uma dos focos de incêndio queimou
por mais de uma hora.
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A Boeing safety
document from last year shows the location of the battery in a lower
compartment near the plane’s tail section. The compartment, which is not
protected by the plane’s fire-suppression system, contains key electrical
systems. The battery, which powers the plane’s auxiliary power unit, is close
to the plane’s fuselage.
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Um document de segurança da Boeing no
último ano mostra a localização da bateria num compartimento mai baixo perto
da seção da cauda do aviã. O compartimento,
o qual não está protegido pelo sistema de supressão de fogo do avião,
contém chaves do sistema elétrico. A bateria, a qual alimenta a Unidade de
Força auxiliar do avião, está perto da fuselagem do avião.
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