BR112014031809B1

BR112014031809B1 - dispositivo de medição de uma resistência de terra de uma instalação, e, carregador para bateria de veículo automotivo

Info

Publication number: BR112014031809B1
Application number: BR112014031809-3A
Authority: BR
Inventors: Ripoll Christophe; Konate Christophe; Cuiller Etienne
Original assignee: Renault S.A.S.
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2021-01-12
Also published as: EP2864148A1; DK2864148T3; BR112014031809A2; JP2015535333A; EP2864148B1; CN104364114A; FR2992429A1; RU2015101481A; KR20150023407A; KR102045521B1; RU2603173C2; CN104364114B; IN2014DN10352A; US9594102B2; FR2992429B1; US20150198644A1; WO2013190207A1; JP6189430B2

Abstract

DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE UMA RESISTÊNCIA DE TERRA DE UMA INSTALAÇÃO, E, CARREGADOR PARA BATERIA DE VEÍCULO AUTOMOTIVO. Dispositivo de medição de resistência de aterramento e carregador para veículo embarcado munido de tal dispositivo. Um dispositivo (26) de medição de uma resistência (24) de terra de uma instalação, compreende: - uma fonte de corrente (8) e um amperímetro (9) dispostos sobre uma primeira ramificação (21) elétrica prevista para conectar uma fase (5) de uma rede de alimentação (3) com o terra (19) da instalação, - uma segunda ramificação (22) elétrica prevista para conectar um fio de neutro (4) da rede de alimentação (3) com o terra (19) da instalação, comporta um resistor (13) em cujos terminais é ramificado um voltímetro (14 ), e comporta um primeiro capacitor (10) em série com o resistor. O dispositivo comporta uma terceira ramificação elétrica (23) prevista para conectar o fio de neutro (4) da rede com o terra (19) da instalação, e comporta, sobre a terceira ramificação, em paralelo ao primeiro capacitor (10) e o primeiro resistor (13), um segundo capacitor (20) de valor superior ao primeiro capacitor (10).

Description

[0001] A invenção tem por objeto os dispositivos de medição de resistência de aterramento e, em particular, os dispositivos de medição de resistência de aterramento integrados a um carregador de bateria embarcado em um veículo.

[0002] As intensidades de corrente utilizadas, quando da recarga de bateria destinada à propulsão de um veiculo elétrico, são particularmente elevadas.

[0003] Para razões de segurança, portanto, é necessário, antes de começar a recarregar a bateria, verificar, que o aterramento do carregador seja suficientemente eficaz, a fim de proteger, no caso de fuga de corrente, as pessoas que poderiam entrar em contato com o veículo.

[0004] Dispositivos de medição de resistência de aterramento existem. Eles compreendem tipicamente uma primeira ramificação elétrica equipada com um gerador de corrente e um amperímetro, e que se conecta sobre uma fase da rede elétrica. Eles compreendem, por outro lado, uma segunda ramificação sobre a qual são colocados um capacitor e um resistor, equipado com um voltímetro, ramificação que se conecta sobre um fio de neutro da rede elétrica.

[0005] A medição de resistência de terra deve normalmente ser feita sem aparelho elétrico conectado à rede, além do dispositivo de medição de aterramento. Se outro aparelho for ligado sobre a rede, ele pode criar circuitos de corrente de interferência que correm o risco de modificar o resultado da medição.

[0006] A invenção tem por objetivo propor um dispositivo de medição de aterramento que permite conservar uma boa precisão de medição tendo, ao mesmo tempo, uma sensibilidade reduzida às correntes de interferência geradas por eventuais aparelhos conectados à rede de alimentação utilizada.

[0007] Para esse efeito, a invenção propõe um dispositivo de medição de uma resistência de terra de uma instalação, compreendendo: - uma fonte de corrente e um amperímetro dispostos sobre uma primeira ramificação, previsto para conectar uma fase de uma rede de alimentação com o terra da instalação, - uma segunda ramificação prevista para conectar um fio de neutro da rede de alimentação com o terra da instalação, comportando um resistor nos terminais aos quais é conectado um voltímetro, e comportando um primeiro capacitor em série com o resistor.

[0008] O dispositivo comporta uma terceira ramificação prevista para conectar o fio de neutro da rede com o terra da instalação, e comporta, em paralelo com o primeiro capacitor e o primeiro resistor, um segundo capacitor de valor superior ao do primeiro capacitor.

[0009] Um indutor pode ser colocado em série com o resistor e com o primeiro capacitor, paralelamente ao segundo capacitor.

[0010] Com vantagem, o segundo capacitor é pelo menos cinco vezes superior ao primeiro capacitor, e preferivelmente pelo menos dez vezes superior ao primeiro capacitor.

[0011] O segundo capacitor pode ter um valor compreendido entre 10 e 100 nF (nanofarad) e, preferivelmente, compreendido entre 20 e 300 nF.

[0012] O indutor pode ter um valor compreendido entre 1 e 10 mH (milihenry).

[0013] A invenção propõe igualmente um carregador para bateria de veículo automotivo, compreendendo o dispositivo de medição de aterramento descrito.

[0014] O carregador pode compreender um relé apto para conectar a segunda ramificação alternativamente a um primeiro terminal de conexão de alimentação do carregador, e a um segundo terminal de conexão de alimentação do carregador, distinto do primeiro terminal. O carregador pode compreender igualmente um segundo voltímetro (15) ramificado entre o terminal de aterramento, e o segundo terminal, de modo a poder ser desconectado pelo relé, e compreender um terceiro voltímetro ramificado entre o terminal de aterramento, e o primeiro terminal de modo a poder ser desconectado pelo relé.

[0015] De acordo com um modo de realização preferido, a primeira ramificação e a segunda ramificação podem ser conectadas, respectivamente, a um primeiro terminal de entrada do dispositivo e a um segundo terminal de entrada do dispositivo, ou ser conectado pelo contrário respectivamente ao segundo e ao primeiro terminal, com a ajuda de um mesmo interruptor mecânico comportando conexões divididas quer do lado dos terminais de conexão, quer nas extremidades da primeira e da segunda ramificação elétrica, e comportando dois contatores aptos a comutar, cada um, simultaneamente, um da primeira à segunda, e o outro da segunda à primeira das extremidades divididas.

[0016] O carregador pode compreender uma unidade de comando eletrônico configurada, quando da ramificação dos terminais sobre uma rede de alimentação, para fazer comutar o relé de modo que a segunda ramificação seja conectada à dos dois terminais para a qual a tensão nos terminais do segundo capacitor é mais baixa.

[0017] A unidade de comando eletrônico pode ser configurada para impedir a recarga de uma bateria após uma tentativa de conexão a uma rede de alimentação, se a tensão medida nos terminais do resistor permanecer superior a uma tensão limiar após a atuação do relé.

[0018] A unidade de comando eletrônico pode ser configurada para impedir a recarga de uma bateria se uma resistência de terra calculada a partir das indicações do amperímetro e do primeiro voltímetro for superior ou igual a uma resistência limiar.

[0019] Outros objetivos, características e vantagens da invenção aparecerão na leitura da descrição seguinte, dada unicamente a título de exemplo não limitativo, e feita em referência aos desenhos em anexo, em que:

[0020] - a Figura 1 é uma representação esquemática de um dispositivo de medição de aterramento de acordo com a arte anterior,

[0021] - a Figura 2 é uma representação esquemática de um dispositivo de medição de aterramento de acordo com a invenção, e

[0022] - a Figura 3 é uma representação esquemática de outro dispositivo de medição de aterramento de acordo com a invenção.

[0023] Como ilustrado na Figura 1, um carregador de bateria 1 embarcado em um veículo compreende um dispositivo de medição de resistência de terra 2. O carregador 1 compreende um primeiro terminal de ramificação 6 e um segundo terminal de ramificação 7 que são configurados geometricamente para poderem ser inseridos, o primeira em um plugue de saída de corrente ligado a um fio de fase 5 de uma rede elétrica 3, o segundo em um plugue conectado a um fio de neutro 4 da 5 mesma rede elétrica.

[0024] A rede elétrica é aqui simbolizada esquematicamente por uma fonte de tensão 3.

[0025] O carregador 1 compreende igualmente um terminal de terra 32 configurado de modo a poder ser colocado em contato elétrico com um fio de terra 10 19 da rede elétrica.

[0026] O dispositivo de medição 2 compreende um primeira ramificação elétrica 21 ligando o primeiro terminal 6 e o terminal de aterramento 32. Sobre esta ramificação 2 1 é disposto um gerador de corrente 8 montado em série com um amperímetro 9 e com um díodo 29 configurado para deixar passar a corrente elétrica 15 da rede unicamente no mesmo sentido que a corrente injetada pelo gerador de corrente 8.

[0027] O dispositivo de medição de resistência de terra 2 compreende, além disso, uma segunda ramificação elétrica 22 ligando o segundo terminal de ramificação 7 com o terminal de aterramento 32. Sobre esta segunda ramificação, 20 são dispostos, em série, um primeiro capacitor 10 e um resistor 13, em cujos terminais é ramificado um primeiro voltímetro 14. Uma unidade de comando eletrônico 16 é ligada ao voltímetro 14 e ao amperímetro 9 a fim de poder coletar os valores medidos pelo voltímetro e o amperímetro. A unidade de comando eletrônico 16 é igualmente ligada ao gerador de corrente 8 de modo a poder pilotar uma 25 injeção de corrente na primeira ramificação 21 do dispositivo de medição 2.

[0028] A injeção de corrente pelo gerador 8 na segunda ramificação provoca um retorno de corrente pelo aterramento 32 em direção ao neutro 4 da rede elétrica 3, bem como um circuito de corrente paralela passando pelo resistor 13.

[0029] Uma resistência elétrica 24 pode ser medida como se opondo à 30 passagem da corrente entre o aterramento 19 e o neutro 4 da rede. Esta resistência 24 corresponde à resistência de terra que se deseja medir com a ajuda do dispositivo 2.

[0030] Procedimentos de medição conhecidos permitem à unidade de comando eletrônico 16, a partir dos valores fornecidos pelo amperímetro 9 e pelo voltímetro 14, deduzir o valor da resistência de terra 24. Por exemplo, pode-se considerar, em primeira aproximação, que a resistência 24 de aterramento tem por valor RT, com: RT = V/A, onde V é uma tensão medida pelo primeiro voltímetro 14, e A é a intensidade da corrente medida no mesmo tempo pelo amperímetro 9, notadamente se o valor RT assim determinado for sensivelmente inferior ao valor de um resistor 13.

[0031] Contudo, se a medição for efetuada enquanto que um aparelho elétrico interferidor 12 é conectado sobre a mesma rede elétrica 3, este aparelho interferidor 12 pode enviar uma corrente parasita em direção ao aterramento 19 e gerar um circuito de corrente parasita 25, representado na Figura 1 - com ajuda de um traço espessado e uma seta indicando a passagem da corrente. Este circuito de corrente parasita 25 transita pelo resistor 13 e vem então modificar os resultados de medição de resistência de terra efetuados pela unidade de comando eletrônico 16.

[0032] A Figura 2 ilustra um carregador 1 equipado de um dispositivo de medição de resistência 26, de acordo com a invenção.

[0033] Encontra-se, na Figura 2, elementos comuns ao dispositivo de medição de aterramento 2 da Figura 1, os mesmos elementos sendo designados pelas mesmas referências.

[0034] O dispositivo de medição 26 comporta uma terceira ramificação 23 ligando o segundo terminal 7 e o terminal de aterramento 32.

[0035] Sobre esta ramificação, é colocado um capacitor 20 de valor superior ao capacitor 10. Um segundo voltímetro 15 pode ser ramificado entre o terminal de aterramento 32 e a primeiro terminal 6 de ramificação do carregador. Um terceiro voltímetro 30 pode ser ramificado entre o terminal de aterramento 32 e o segundo terminal 7 de ramificação do carregador.

[0036] A segunda ramificação 22 pode permanecer idêntica à descrita para o dispositivo 2 da Figura 1, ou pode comportar um indutor 11 colocado em série com o primeiro capacitor 10. •

[0037] O valor do capacitor 20 é escolhido de modo a ser sensivelmente 5 superior, por exemplo, dez vezes superior, ao capacitor 10 da segunda ramificação. Deste modo, as correntes parasitas geradas pelo interferidor 12, que são geralmente de frequência mais elevada que as frequências utilizadas para a medição de resistência de aterramento, e que são geralmente de frequência mais elevada do que a frequência da rede elétrica, “vêem” uma impedância mais baixa no nível do io capacitor 20, que não é a impedância da segunda ramificação. Esta diferença de impedância desvia o circuito de corrente parasita 25 para a terceira ramificação e evita que estas correntes parasitas venham perturbar as correntes de medição transitando pelo segunda ramificação do dispositivo 26.

[0038] As correntes de interferência geradas por aparelhos domésticos 15 podem tipicamente ter uma frequência da ordem de quilohertz, a comparar com os 50 Hertz fornecidos pela rede elétrica. O indutor 11 permite, ele mesmo, aumentar a impedância “vista” pelas correntes parasitas sobre a segunda ramificação 22 do dispositivo 26.

[0039] Para tais frequências de correntes, pode-se com vantagem escolher 20 um capacitor tendo um valor compreendido entre 10 e 100 nF (nanofarad), e preferivelmente compreendido entre 20 e 300 nF.

[0040] O indutor pode ter um valor compreendido entre 1 e 10 mH (millihenry). Ele pode ser nula na variante de realização sem indutância suplementar.

[0041] O procedimento de medição de resistência de terra, como foi 25 efetuado pela unidade de comando eletrônico 16, permanece no essencial inalterado.

[0042] O dispositivo de medição de aterramento 26 pode, por outro lado, comportar um sistema de relé no nível dos terminais de conexão 6 e 7, a fim de assegurar que a primeira ramificação seja bem conectada a um fio de fase 5 da rede 30 e que a segunda ramificação 22 seja bem conectada ao fio de neutro 4 da rede 3.

[0043] Um primeiro relé 17 pode, por exemplo, ser apto a comutar a conexão da segunda ramificação 22 alternativamente para o primeiro terminal físico 6 e para o segundo terminal físico 7.

[0044] Um segundo relé 18 pode ser apto a comutar a conexão da primeira ramificação 21 alternativamente para o primeiro terminal físico 6 e para o segundo terminal físico 7.

[0045] As medições efetuadas pelos voltímetros 15 e 30 permitem verificar a localização do neutro 4, depois de conectar, depois de ter efetuado estas medições, a segunda ramificação 22 e a terceira ramificação 23 ao neutro 4, e de conectar a primeira ramificação 21 à fase 5.

[0046] Assegura-se assim que a segunda ramificação 22 é bem conectada ao fio de neutro 4 da rede 3. A unidade de comando eletrônico 16 pode então comutar o segundo relé 18, de uma posição onde ele não está em contato nem com o terminal 7, nem com o terminal 6, de modo a colocar o mesmo em contato com o terminal deixado disponível pela primeiro relé 17.

[0047] A Figura 3 ilustra uma variante de realização do carregador da Figura 2. Nesta variante de realização, as conexões à rede da primeira e da segunda ramificações são feitas com a ajuda de um duplo interruptor compreendendo um primeiro contator 27 e um segundo contator 28 acionados simultaneamente pela unidade de comando eletrônico 16. O terminal 6 e o terminal 7 do carregador 1 são cada divididos, respectivamente em dois pontos de contato 6a, 6b do terminal 6 e em dois pontos de contato 7a, 7b do terminal 7. Os pontos de contato 6a, 6b encontram-se, por exemplo, no exterior dos pontos de contato 7a, 7b. O primeiro contator 27 ligado à primeira ramificação 21 é apto a comutar do contato 6a para o contato 7a e o segundo contator é apto a comutar simultaneamente do contato 7b para o contato 6b.

[0048] Quando o primeiro contator 27 está em contato com o contato 6a, o segundo contator 28 está em contato com o contato 7b. Considera-se então que o terminal 6 é ramificado a uma fase da rede, como ilustrado na Figura 1, e o terminal 7 é ramificado sobre o fio neutro 4 da rede.

[0049] Quando o terminal 6 encontra-se ramificado sobre o fio neutro da rede e o terminal 7 sobre uma fase da rede (configuração não representada nas figuras), a unidade de comando eletrônico 16 comuta o contator 27 de modo que ele entra em contato com o contato 7a. O contator 28 comuta então simultaneamente com o contato 6b, por exemplo, devido a uma ligação mecânica ligando os dois contatores. A primeira ramificação 21 encontra-se assim conectada à fase 5 e a segunda ramificação 22 conectada ao neutro 4.

[0050] De acordo com uma variante de realização, as conexões podem ser divididas do lado da primeira 21 e da segunda 22 ramificações elétricas, em vez de serem divididas no nível dos terminais de conexão 6 e 7. De modo similar ao modo de realização da Figura 2, dois voltímetros 15 e 30 colocados à montante dos contatores permitem à unidade de comando eletrônico 16 ramificar a primeira ramificação 21 sobre a fase 5 da rede, e ramificar a segunda ramificação 22 sobre o neutro 4 da rede.

[0051] A unidade de comando eletrônico 16 pode ser configurada para impedir a utilização do carregador, apenas após ter tentado conectar corretamente a primeira e a segunda ramificações respectivamente à fase e ao neutro da rede, a tensão medida pelo voltímetro 14 permanece superior a um limiar escolhido antes. Esta tensão anormal pode, por exemplo, ser devida a uma falha do sistema de contatores 17 - 18 ou 27-28, que continua bloqueada na configuração inversa da desejada em relação à configuração geométrica da tomada elétrica utilizada para ramificar o carregador 14 à rede 3.

[0052] A unidade de comando eletrônico 16 pode igualmente ser configurada para impedir a utilização do carregador se a resistência de aterramento for superior a um limiar determinado, por exemplo, superior a uma centena de Ohms, ou em sua falta, para uma resistência de terra superior a 200 Ohms.

[0053] O dispositivo de medição de resistência de aterramento de acordo com a invenção permite ao mesmo tempo melhorar a segurança, supervisionando de modo seguro o valor de resistência de aterramento da instalação, e permite igualmente assegurar uma ramificação correta do dispositivo, a fim de evitar, se os fios de fase e de neutro da instalação forem permutados, ramificar o fio de fase diretamente sobre a terceira ramificação do dispositivo, o que poderia correr o risco de enviar intensidades de corrente não desejadas para a massa do veículo.

[0054] A invenção não se resume aos exemplos de realização descritos e pode ter numerosas variantes.

[0055] O dispositivo de medição de aterramento 26 pode ser desprovido de conexões de geometria variável permitindo permutar a fase e o neutro.

[0056] O dispositivo pode ser concebido para ser ramificado sobre uma rede monofásica, bifásica ou trifásica, na condição de que a instalação comporte, pelo menos um fio de fase, um fio de neutro e um fio correspondendo ao aterramento.

[0057] A ramificação do dispositivo pode então ser feita entre um dos fios de fase e o fio de neutro.

[0058] O dispositivo pode não comportar indutor 11, ou não comportar um segundo voltímetro 15, nem um terceiro voltímetro 30. Os valores retidos para o primeiro e o segundo capacitores podem ser modificados em função das faixas de frequência de corrente da rede e as faixas de frequência de corrente de interferência esperados sobre esta rede. As frequências de injeção de corrente utilizadas no nível do gerador de corrente 8 podem ser adaptadas, de modo a afastar estas frequências das frequências esperadas para as correntes parasitas fornecidas pelos interferidores 12. Se o interferidor 12 esperado funcionar ao contrário em um domínio de frequência sensivelmente inferior às frequências utilizadas no nível do gerador de corrente 8, pode-se substituir o capacitor 20 em nível da terceira ramificação por um indutor de baixo valor, por exemplo, de valor compreendido entre 1 e 10 mH.

[0059] Outros resistores, capacitores, indutores suplementares podem ser previstas no dispositivo, além dos componentes já mencionados.

Claims

1. Dispositivo (26) de medição de uma resistência (24) de terra de uma instalação, compreendendo: - uma fonte de corrente (8) e um amperímetro (9) dispostos sobre um primeira ramificação (21) elétrica, prevista para conectar uma fase (5) de uma rede de alimentação (3) com o terra (19) da instalação, - uma segunda ramificação (22) elétrica prevista para conectar um fio de neutro (4) da rede de alimentação (3) com o terra (19) da instalação, comportando um resistor (13) em cujos terminais é ramificado um voltímetro (14), e comportando um primeiro capacitor (10) em série com o resistor, caracterizadopelo fato de que o dispositivo comporta uma terceira ramificação elétrica (23) prevista para conectar o fio de neutro (4) da rede com o terra (19) da instalação, e comporta sobre a terceira ramificação (23), em paralelo com o primeiro capacitor (10) e o primeiro resistor (13), um segundo capacitor (20) de valor superior ao do primeiro capacitor (10).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que um indutor (11) é colocada em série com o resistor (13) e com o primeiro capacitor (10), paralelamente ao segundo capacitor (20).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a segundo capacitor (20) é, pelo menos, cinco vezes superior ao primeiro capacitor (10) e, preferivelmente, pelo menos dez vezes superior ao primeiro capacitor.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizadopelo fato de que o segundo capacitor (20) tem um valor compreendido entre 10 e 100 nF, e preferivelmente compreendido entre 20 e 300 nF.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizadopelo fato de que o indutor (11) tem um valor compreendido entre 1 e 10 mH.

6. Carregador (1) para bateria de veículo automotivo, caracterizadopelo fato de compreender um dispositivo (26), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.

7. Carregador de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de compreender um relé (17) apta a conectar a segunda ramificação elétrica (22) alternativamente a um primeiro terminal (6) de conexão de alimentação do carregador (1), e a um segundo terminal (7) de conexão de alimentação do carregador, distinto do primeiro terminal, compreendendo um segundo voltímetro (15) ramificado entre o terminal de aterramento (32), e o segundo terminal (7), de modo a poder ser desconectado pelo relé e compreendendo um terceiro voltímetro (30) ramificado entre o terminal de aterramento (32), e o primeiro terminal (6) de modo a poder ser desconectado pelo relé.

8. Carregador de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de compreender, por outro lado, uma unidade de comando eletrônico (16) configurada, quando da ramificação dos terminais (6, 7) sobre uma rede de alimentação (3), para fazer comutar o relé (17) de modo que a segunda ramificação elétrica (22) seja conectado à dos dois terminais (6, 7) para os quais a tensão medida nos terminais do segundo capacitor (20) é mais baixa.

9. Carregador de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a unidade de comando eletrônico (16) é configurada para impedir a recarga de uma bateria após uma tentativa de conexão a uma rede de alimentação (3), se a tensão medida nos terminais do resistor (13) permanecer superior a uma tensão limiar após a atuação do relé (17).

10. Carregador de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizadopelo fato de comportar uma unidade de comando eletrônico (16) configurada para impedir a recarga de uma bateria se uma resistência de terra (24), calculada a partir das indicações do amperímetro (9) e do primeiro voltímetro (14), for superior ou igual a uma resistência limiar.