DE10155796B4

DE10155796B4 - System for preventing a permanent arc in a line with little current

Info

Publication number: DE10155796B4
Application number: DE2001155796
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Dr. Graf; Goetz Roderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: DE10155796A1

Abstract

System zur Begrenzung des in einem von einer Gleichspannungsquelle (2) zu einem Verbraucher (7) führenden elektrischen Leiter fließenden Stroms, wobei in dem Leiter eine Strombegrenzungseinrichtung (6) angeordnet ist, wobei die Strombegrenzungseinrichtung (6) einen durch den elektrischen Leiter (5) fließenden Strom auf einen Wert begrenzt, bei dem das Auftreten eines Lichtbogens an einer den elektrischen Leiter enthaltenden Leitung (5) nicht möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (7) über mehrere elektrische Leitungen (5) eine Gleichspannung erhält, deren Leiter jeweils eine eigene Strombegrenzungseinrichtung (6) enthalten.System for limiting the current flowing in an electrical conductor leading from a DC voltage source (2) to a consumer (7), a current limiting device (6) being arranged in the conductor, the current limiting device (6) providing a through the electrical conductor (5) flowing current is limited to a value at which the occurrence of an arc on a line (5) containing the electrical conductor is not possible, characterized in that the consumer (7) receives a DC voltage via several electrical lines (5), the conductor of which contain its own current limiting device (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Verhinderung eines dauerhaften Lichtbogens in einer Leitung mit geringer Stromführung, insbesondere ein System zur Absicherung gegen Lichtbögen in Kfz-Bordnetzen in Leitungen mit geringer Stromführung.The invention relates to a system to prevent a permanent arc in a line with low current, in particular a system for protection against arcing in vehicle electrical systems in lines with low current supply.

Die DE 44 07 117 A1 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The DE 44 07 117 A1 discloses the features of the preamble of claim 1.

Die CH 0 10 83 68 A beschreibt eine Schutzvorrichtung zur Strombegrenzung und selbsttätigen Abschaltung von elektrischen Verbrauchern, wobei ein zur Strombegrenzung dienender, in einer Zuleitung zu einem Verbraucher enthaltener Widerstand sich bei einem Fehlerstrom aufheizt und dadurch eine Abschaltung der jeweiligen Leitung bewirkt.The CH 0 10 83 68 A describes a protective device for current limitation and automatic shutdown of electrical consumers, wherein a current limiting resistor contained in a supply line to a consumer heats up in the event of a fault current and thereby shuts down the respective line.

Die DE 22 63 541 A beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung in eigensicheren Stromkreisen mit Hilfe von Zehnerdioden.The DE 22 63 541 A describes a circuit arrangement for voltage limitation in intrinsically safe circuits with the help of tens diodes.

Die DE 26 30 597 C2 beschreibt eine Schutzanordnung für eine in entflammbarer oder explosiver Atmosphäre befindlichen elektrischen Leitung, die einen normalerweise nicht leitenden Kurzschlusstransistor enthält, der bei einem Fehler die Abkoppelspannung einer Gleichstromquelle innerhalb kurzer Zeit zusammenbrechen lässt.The DE 26 30 597 C2 describes a protective arrangement for an electrical line in a flammable or explosive atmosphere, which contains a normally non-conductive short-circuit transistor, which causes the decoupling voltage of a direct current source to collapse within a short time in the event of an error.

Die EP 0 474 186 B1 beschreibt ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Verteilersystems mit einer Vielzahl von Leistungsversorgungs-Teilsystemen, die jeweils eine Trennschalteinrichtung aufweisen.The EP 0 474 186 B1 describes a method for protecting an electrical distribution system with a plurality of power supply subsystems, each of which has an isolating switch.

Die DE 691 29 137 T2 betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Verteilersystems, bei dem bei einem Ausfall (Fehler) in einem Teil der elektrischen Leitung eines elektrischen Versorgungsnetzes eine geeignete Maßnahme ergriffen wird, um einen sicheren Betrieb anderer intakter Leitungen zu gewährleisten. Zur Vermeidung von Spannungsabfällen infolge von Kurzschlüssen innerhalb eines Teilsystems erfolgt nach einer Detektion eines Überstroms eine Begrenzung des Stroms für gewisse Zeit.The DE 691 29 137 T2 relates to a method for protecting an electrical distribution system in which, in the event of a failure (error) in part of the electrical line of an electrical supply network, a suitable measure is taken to ensure the safe operation of other intact lines. In order to avoid voltage drops due to short circuits within a subsystem, the current is limited for a certain time after an overcurrent is detected.

Die DE 26 30 597 C2 betrifft einen Schutzschalter für eine elektrische Leitung, die von den Abgabeklemmen einer Gleichstromquelle gespeist wird. Bei Auftreten eines Schalt-Lichtbogens erfolgt eine Abschaltung der Gleichstromquelle. Die Detektion einer plötzlichen Stromänderung erfolgt über Spannungspulse infolge der Leitungsinduktivität. Die kurzzeitige Absenkung der Versorgungsspannung erfolgt durch einen Kurzschlusstransistor. Dieses Absenken der Versorgungsspannung muss dabei im Millisekundenbereich geschehen. Die Absenkung der Spannungsversorgung nach einer Detektion einer plötzlichen Stromänderung ist jedoch sehr aufwendig.The DE 26 30 597 C2 relates to a circuit breaker for an electrical line fed by the output terminals of a direct current source. If a switching arc occurs, the DC power source is switched off. A sudden change in current is detected via voltage pulses due to the line inductance. The supply voltage is briefly reduced by a short-circuit transistor. This lowering of the supply voltage must take place in the millisecond range. The lowering of the voltage supply after detection of a sudden change in current is very complex.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems, bei dem Verbraucher mit höheren Leistungen bzw. Strömen versorgt werden können, ohne dass die Lichtbogensicherheit ihrer Stromversorgung gefährdet ist.The object of the invention is to provide a Systems in which consumers are supplied with higher powers or currents can be without that the arc safety of your power supply is at risk.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The solution to the task can be found in claim 1. Advantageous further training the invention are specified in the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist es in einem elektrischen Netz, das mit einer Gleichstromspannung betrieben wird, bei der ein dauerhafter Lichtbogen auftreten kann, nicht mehr notwendig, das Auftreten eines Lichtbogens zu detektieren. Ferner ist es nicht zwingend notwendig eine Abschaltvorrichtung vorzusehen, die bei Auftreten eines Lichtbogens das elektrische Netz von der Versorgungsspannung abtrennt, da der Strom, der in dem Netz fließt, auf einen Wert begrenzt ist, bei dem kein dauerhafter Lichtbogen auftreten kann.According to the invention, it is in one electrical network that is operated with a DC voltage, where a permanent arc can occur, no longer necessary to detect the occurrence of an arc. Furthermore, it is not mandatory necessary to provide a shutdown device, which occurs when an electric arc from the supply voltage disconnects because the current flowing in the network is limited to one value in which no permanent arc can occur.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following is with reference to the attached Figure a preferred embodiment described the invention.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Verhinderung eines dauerhaften Lichtbogens in einem elektrischen Netz. 1 shows a block diagram of a system for preventing a permanent arc in an electrical network.

Das elektrische Netz 1 enthält eine Spannungsquelle 2, die vorzugsweise eine Gleichspannung liefert, bei der ein dauerhafter Lichtbogen auftreten kann. Dies kann bei einer Spannung über circa 15 V geschehen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert die Spannungsquelle 2 eine Gleichspannung in Höhe von 42 V.The electrical network 1 contains a voltage source 2 , which preferably provides a DC voltage at which a permanent arc can occur. This can happen at a voltage above approximately 15 V. According to the preferred embodiment, the voltage source delivers 2 a DC voltage of 42 V.

Die Spannungsquelle 2 ist mit einer Sicherungsvorrichtung 3 verbunden, die vorzugsweise das elektrische Netz 1 gegen Kurzschluss absichert. Die Sicherungsvorrichtung 3 kann allgemein bekannte Sicherungen enthalten, die das gesamte elekt rische Netz 1 oder nur einen Teil des elektrisches Netzes 1 von der Spannungsquelle 2 im Falle eines Kurzschlusses trennen.The voltage source 2 is with a safety device 3 connected, which is preferably the electrical network 1 protected against short circuit. The safety device 3 can contain well-known fuses that cover the entire electrical network 1 or only part of the electrical network 1 from the voltage source 2 disconnect in the event of a short circuit.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Sicherungsvorrichtung 3 mit mehreren Verteilervorrichtungen 4 verbunden. Die Verteilervorrichtungen 4 sind jeweils gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einem in dem elektrischen Netz 1 enthaltenen Teilnetz vorgeschaltet. Die Verteilervorrichtung 4 ist dabei mit einer Mehrzahl von elektrischen Leitungen 5 des Teilnetzes verbunden. Speziell ist die Verteilervorrichtung 4 über eine Strombegrenzungseinrichtung 6 mit einem Verbraucher 7 verbunden.According to the preferred embodiment, the safety device 3 with multiple distribution devices 4 connected. The distribution devices 4 are each in the electrical network according to the preferred embodiment 1 contained subnetwork upstream. The distribution device 4 is with a plurality of electrical lines 5 connected to the subnet. The distribution device is special 4 via a current limiting device 6 with a consumer 7 connected.

Die Strombegrenzungseinrichtung 6 ist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine ca. 400 mA Sicherung, so dass ein in der Leitung 5 fließender Strom auf 400 mA begrenzt ist. Aternativ kann die Strombegrenzungseinrichtung 6 auch eine MOSFET-Schaltung enthalten. Eine Strombegrenzung kann zum Beispiel mit Dioden oder mit Transistoren erfolgen, was dem Fachmann allgemein bekannt ist. Ferner ist es auch möglich, dass die Strombegrenzungseinrichtung 6 durch Widerstände über etwa 50 Ω gebildet wird.The current limiting device 6 According to the preferred embodiment, there is an approximately 400 mA fuse, so that one is in the line 5 flowing current is limited to 400 mA. Alternatively, the current limiting device 6 also include a MOSFET circuit. Current limitation can take place, for example, with diodes or with transistors, which is generally known to the person skilled in the art. Furthermore, it is also possible for the current limiting device 6 is formed by resistors above about 50 Ω.

Trotz dieser Strombegrenzung können zum Beispiel auf 42 V-Leitungen etwa 5 W, und auf Leitungen mit niedrigeren Spannungen etwa 1,5 W übertragen werden. Leitungen mit größerer Leistungsübermittlung müssten über eine spezielle Isolierung abgesichert werden. Die Erfindung ist jedoch insbesondere für Leitungen mit niedrigeren Leistungen/Strömen geeignet, da über diese ohnehin nur geringe Leistungen übertragen werden. Hier stellt zum Beispiel die Sicherungsmethode (die Strombegrenzungseinrichtung 6 wird durch eine 400 mA-Sicherung gebildet) die flexibelste Lösung dar, da Widerstände in jeder Verbindung zur Masse vorgesehen werden müssen. Sicherungen könnten beispielsweise in jeden Stecker integriert werden, oder die Steckerkontakte könnten selbst als Sicherungen fungieren.Despite this current limitation, about 5 W can be transmitted on 42 V lines, for example, and about 1.5 W on lines with lower voltages. Lines with greater power transmission would have to be protected by special insulation. However, the invention is particularly suitable for lines with lower powers / currents, since only low powers are transmitted via these anyway. Here, for example, the fuse method (the current limiting device 6 is formed by a 400 mA fuse) is the most flexible solution, since resistors must be provided in every connection to ground. Fuses could, for example, be integrated into each plug, or the plug contacts could themselves function as fuses.

Obwohl im vorangegangenen ein System zur Absicherung von Lichtbögen in Kfz-Bordnetzen in Leitungen mit geringer Stromführung beschrieben wurde, kann das erfindungsgemäße System auch für andere Gleichspannungsnetze angewendet werden, die mit einer Gleichspannung von über 15 V, also einer Spannung bei der ein dauerhafter Lichtbogen auftreten kann, betrieben werden. Ferner ist es möglich, einen einzelnen Verbraucher über mehrere Leitungen, die jeweils eine Strombegrenzungseinrichtung enthalten, mit einer Spannung zu versorgen, um auch Verbraucher mit höherer Leistung betreiben zu können.Although in the previous one system to protect arcs has been described in vehicle electrical systems in lines with low current supply, can the system according to the invention also for others DC networks are applied with a DC voltage from above 15 V, i.e. a voltage at which a permanent arc occurs can be operated. It is also possible to have a single consumer across multiple Lines, each containing a current limiting device to provide a voltage to also consumers with higher performance to be able to operate.

Claims

System for limiting the in from a DC voltage source ( 2 ) to a consumer ( 7 ) leading electrical conductor of flowing current, wherein a current limiting device ( 6 ) is arranged, the current limiting device ( 6 ) one through the electrical conductor ( 5 ) flowing current is limited to a value at which the occurrence of an arc on a line containing the electrical conductor ( 5 ) is not possible, characterized in that the consumer ( 7 ) over several electrical lines ( 5 ) receives a DC voltage, the conductors of which each have their own current limiting device ( 6 ) contain.

System according to claim 1, characterized in that the DC voltage source is a 42 volt source and the line is part of an automotive electrical system.

System according to claim 1 or 2, characterized in that the current limiting device ( 6 ) is formed by one or more MOSFETs, a fuse and / or a resistor.

System according to one of claims 1 to 3, characterized in that the current limiting device ( 6 ) limits the current to approximately 400 mA.

System according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the current limiting device is formed by a resistance of about 50 Ω.