ES2229031T3 - Red electrica y procedimiento para la proteccion de la red electrica frente a un arco electrico en serie. - Google Patents

Abstract

Red eléctrica, especialmente red de a bordo de 42V de un automóvil, con una carga (6) que está conectada, por una parte, con una fuente de tensión (2) a través de una línea de alimentación (4) y, por otra parte, con masa, estando formada la línea de alimentación (4) para la protección de la red eléctrica frente a un arco eléctrico en serie, por dos secciones paralelas de la línea (4A, 4B), en las que está conectado en cada caso un fusible (12A, B; 14A, B), caracterizada porque los fusibles (12A, B; 14A, B) están configurados de tal forma que en el caso de un daño de una de las secciones de la línea (4A), reacciona el fusible en la otra sección de la línea (4B), en virtud de esta corriente elevada.

Description

Red eléctrica y procedimiento para la protección de la red eléctrica frente a un arco eléctrico en serie.

La invención se refiere a una red eléctrica así como a un procedimiento para la protección de una red eléctrica frente a un arco eléctrico en serie, especialmente para la protección de una red de a bordo de 42V de un automóvil.

En las redes de a bordo actuales de automóviles, la tensión de la red de a bordo es habitualmente de 14V. En virtud de esta tensión reducida no se produce, en el caso de un defecto de la línea, es decir, de una interrupción de la línea, ningún arco eléctrico en serie, que puentee los dos extremos de la línea de las líneas dañadas.

Nuevos conceptos prevén elevar la tensión de la red de a bordo en el automóvil a 42V. Puesto que aproximadamente a partir de una tensión de servicio de 16C se pueden producir arcos eléctricos, existe en una red de a bordo de 42V de este tipo el peligro de arcos eléctricos en serie. Por un arco eléctrico en serie de este tipo se entiende en este caso el puenteo de los extremos de una línea defectuosa y/o interrumpida. Si se produce un arco eléctrico, entonces existe, además, el peligro de que se ajuste un punto de servicio estable del arco eléctrico y, por lo tanto, el arco eléctrico continúa ardiendo continuamente. De esta manera, en general, el peligro de incendio en el caso de que se produzca un arco eléctrico es muy alto. Se conoce a partir del documento 100 17 238 A1 una detección del arco eléctrico de cortocircuito para un vehículo. En este caso se detecta con la ayuda de un circuito de evaluación costoso el arco de luz de cortocircuito por medio de un ruido característico.

Se conocen a partir del documento DE 196 09 009 A1 así como a partir del documento EP 1 028 511 A2 redes eléctricas, en las que para la elevación de la seguridad contra fallo, los consumidores son alimentados a través de secciones de líneas paralelas de la red eléctrica.

La invención tiene el cometido de proteger con seguridad una red eléctrica, especialmente una red de a bordo de 42V de un automóvil frente a los arcos eléctricos.

El cometido se soluciona según la invención por medio de una red eléctrica según la reivindicación 1 de la patente. En la red eléctrica, una carga está conectada, por una parte, con una fuente de tensión, especialmente una fuente de tensión continua, a través de una línea de alimentación y, por otra parte, con masa. Para la protección de la red eléctrica frente a un arco eléctrico en serie, la línea de alimentación está formada por dos secciones de líneas paralelas. Las dos secciones de líneas están aseguradas en cada caso por medio de un fusible. Este fusible está configurado en este caso de tal forma que en el caso de un daño de una de las secciones de la línea, reacciona el fusible de la segunda sección de la línea en virtud de una corriente elevada, de manera que también ésta se interrumpe.

Esta configuración se basa en la idea de prever dos vías de corriente paralelas, para que en el caso de que se produzca un efecto en una línea en una de las vías de la corriente, que están formadas por las secciones de las líneas, se cortocircuite, por así decirlo, esta vía de la corriente defectuosa a través de la otra vía de la corriente. El daño de una de las secciones de la línea es provocado, por ejemplo, por una rotura de un cable o también por un contacto débil. En este punto existe en primer lugar el peligro de la aparición de un arco eléctrico en función de las condiciones marginales, como por ejemplo la distancia entre los extremos de las líneas en el lugar dañado o los materiales utilizados. Por medio de la disposición de la segunda sección de la línea se asegura que la primera sección de la línea, tan pronto como está dañada, se queda sin corriente, puesto que en virtud del lugar dañado, la resistencia en la sección dañada de la línea es claramente más alta que en la sección paralela no dañada de la línea. Por lo tanto, se excluye que en el lugar dañado de la primera sección de la línea se pueda producir un arco eléctrico en serie. A través de los fusibles se lleva a cabo, adicionalmente a la evitación de la aparición de un arco eléctrico en la sección dañada de la línea, una separación condicionada por el fusible, también de la segunda sección de la línea no dañada. A través del reconocimiento de la sección de la línea dañada se crea la posibilidad de substituir la línea de alimentación dañada por una línea de alimentación no dañada, para excluir el peligro de un arco eléctrico en el caso de que se produzca un daño de la segunda sección de la línea. Para proteger con seguridad la red eléctrica, la línea de alimentación está formada sobre toda su longitud, en la que se puede producir, en principio, un arco eléctrico, por las secciones paralelas de las líneas.

En una configuración conveniente, los dos fusibles conectados en las secciones de la línea están diseñadas para la corriente de carga máxima, es decir, que el fusible individual está diseñado pata una corriente por debajo de la corriente de carga máxima y las corrientes aseguradas a través de los dos fusibles proporcionan en la suma la corriente de carga máxima. Con esta configuración se consigue que en el caso de un daño de una de las secciones de la línea, reaccione el fusible de la segunda sección de la línea, puesto que, en efecto, ahora circula toda la corriente de carga sobre la segunda sección de la línea. De una manera más conveniente, en el caso de funcionamiento normal, se ajusta una distribución uniforme de las corrientes que fluyen a través de las secciones de la línea y los dos fusibles están configurados en cada caso para la mitad de la corriente de carga máxima. Por lo tanto, las dos secciones de la línea con los fusibles que están dispuestos en ellas están configurados con preferencia idénticos, lo que se puede realizar de una manera sencilla desde el punto de vista de la técnica de fabricación.

En una configuración ventajosa, los fusibles están configurados como componentes electrónicos, por ejemplo como elementos de conmutación de semiconductores. En comparación con los fusibles convencionales, estos componentes electrónicos tienen un comportamiento de reacción mejorado, de manera que se reconoce con mayor seguridad y sobre todo con mayor rapidez un daño.

Con preferencia, los componentes están configurados en este caso para un reconocimiento de la corriente cero. Por reconocimiento de la corriente cero se entiende en este caso que los componentes reconocen una elevación inadmisible de la corriente (sobrecorriente), que se produce, por ejemplo, en la segunda sección de la línea, cuando la primera sección de la línea está dañada. Por reconocimiento de la corriente cero se entiende que el componente reconoce cuándo no circula ya corriente a través de la sección respectiva de la línea, por ejemplo en el caso de un daño de la primera sección de la línea. Especialmente en la combinación de estas dos propiedades se forma una red eléctrica especialmente segura, puesto que el componente en la sección no dañada de la línea reacciona en virtud de la sobrecorriente y/o el componente en la línea dañada reacciona en virtud de la ausencia del flujo de la corriente. De esta manera, las dos secciones de la línea están separadas de una forma fiable por medio de los fusibles.

En una forma de realización preferida, los componentes están conectados entre sí de tal forma que en el caso de reacción de uno de los componentes, también se activa el otro componente, de tal forma que se conmuta las dos secciones de la línea. De esta manera se consigue una medida de seguridad adicional, que garantiza que incluso en el caso de reacción de un solo componente, se interrumpan las dos secciones de la línea de una manera fiable.

Especialmente a través de esta medida se garantiza una protección segura de la red eléctrica en el caso de que ambas secciones de la línea estén dañadas al mismo tiempo. Incluso si en ambos puntos dañados las condiciones marginales son tales que se puede producir, en principio, un arco eléctrico, entonces arderá de manera estable el arco eléctrico solamente en la sección de la línea, en la que las condiciones marginales son especialmente favorables. Al mismo tiempo, se extinguiría un arco eléctrico eventualmente presente originalmente en la otra sección de la línea. Por lo tanto, también aquí se da la situación de que en una sección de la línea no circula ya corriente. Sin embargo, a diferencia de lo que sucede en una sección no dañada de la línea, a través del arco eléctrico que arden no fluirá forzosamente una corriente, que es reconocida como sobrecorriente por el componente asociado. Por lo tanto, en este caso, no se activaría el elemento fusible en la línea dañada con el arco eléctrico ardiendo. Solamente a través de la desconexión forzada en virtud del reconocimiento de la corriente cero en el primer componente se extingue con seguridad el arco eléctrico que arde en la segunda sección de la línea a través de la desconexión de la segunda sección de la línea.

Especialmente en este caso, en el que la corriente no puede circular ya a través de una sección libre de daño de la línea, es necesaria una desconexión lo más rápida posible, que no se consigue a través del fusible convencional en virtud de su comportamiento de reacción lento. Por lo tanto, en la variante de realización preferida con los fusibles configurados como componentes electrónicos, que están en conexión entre sí, la red eléctrica es protegida con seguridad, puesto que o bien se impide la aparición de un arco eléctrico o -si ambas líneas están dañadas- se extingue de una manera fiable y rápida un arco eléctrico que arde eventualmente. Además, es posible una diagnosis de fallos.

Con respecto a una fabricación lo más favorable posible en cuanto a los costes, las secciones transversales de la línea de las dos secciones de línea están diseñadas de una manera más conveniente, en la suma, para la corriente de carga máxima. La sección individual de la línea presenta, por lo tanto, una sección transversal de la línea reducida en comparación con una sección de la línea que está diseñada para la corriente de carga máxima. Con preferencia, las dos secciones de la línea tienen la misma sección transversal de la línea y están diseñadas especialmente en cada caso para la mitad de la corriente de carga máxima, con el fin de posibilitar una fabricación sencilla a través de una configuración idéntica de las dos secciones de la línea. Por medio de esta medida, en comparación con la configuración con una línea de alimentación de una sección, no se necesita una cantidad mayor de material o solamente una cantidad de material elevada en una medida insignificante para la línea de alimentación. Especialmente con respecto al empleo de las llamadas líneas de láminas, en las que, por ejemplo, bandas de cobre están laminadas sobre un soporte del tipo de lámina, la configuración con las dos secciones paralelas de la línea no conduce a sobrecostes o solamente a sobrecostes reducidos.

Si la carga es contactada a través de una línea de masa y no directamente con masa, entonces de una manera preferida, las medidas de seguridad descritas frente a un arco eléctrico están previstas también para la línea de masa. En el caso más sencillo, esto se consigue por medio de una disposición paralela de dos secciones de masa, que forman la línea de masa entre la carga y la masa. En este caso, de una manera más conveniente, cada una de las secciones de masa está configurada para la corriente de carga máxima. Adicionalmente, de una manera más ventajosa, en las dos secciones de masa están previstos fusibles, con el fin de conseguir una protección segura. En el caso de utilización de fusibles, las secciones de masa tienen con preferencia, por razones de costes, en cada caso secciones transversales más reducidas de la línea que las que serían necesarias para la corriente de carga máxima. En principio, se toman para la línea de masa con preferencia las mismas medidas que para la línea de alimentación.

El cometido de la protección de la red eléctrica se soluciona, además, según la invención, por medio del procedimiento según la reivindicación 9.

Otras configuraciones ventajosas del procedimiento se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes. Además, las ventajas indicadas con respecto a la red eléctrica y las formas de realización preferidas se pueden transmitir de una manera conveniente también al procedimiento.

Los ejemplos de realización de la invención se explican en detalle a continuación con la ayuda del dibujo. Se muestra en cada caso lo siguiente en representaciones en bloques esquemáticas y muy simplificadas.

La figura 1 muestra una representación fragmentada de una red de alimentación con dos secciones de línea que forman una línea de alimentación, en las que está dispuesto, respectivamente un fusible convencional.

La figura 2 muestra una representación fragmentada de la red de alimentación según la figura 1, en la que en lugar de los fusibles se emplean elementos de conmutación de semiconductores electrónicos y adicionalmente están previstas dos secciones de masa que forman una línea de masa con fusibles integrados.

Las dos redes eléctricas representadas en las figuras son en cada caso especialmente redes de a bordo de 42V para un automóvil. Presentan, respectivamente, una fuente de tensión continua 2, una línea de alimentación 4 con una primera sección y una segunda sección de la línea 4A, 4B, a través de las cuales se conecta la fuente de tensión continua 2 con una carga 6. La carga 6 está conectada de nuevo con la masa 8 a través de una línea de masa 10. n el ejemplo de realización de la figura 2, la línea de masa 10 está formada por dos secciones de masa 10A, 190B. En las dos secciones de masa 4A, 4B está conectado en cada caso un fusible. En el ejemplo de realización de la figura 1, se trata de fusibles convencionales 12A, B y en el ejemplo de realización de la figura 2 se trata de componentes electrónicos en forma de elementos de conmutación de semiconductores 14A, B. Además, en las dos secciones de masa 10A, 10B está previsto en cada caso un fusible 16A, 16B.

Además, en las figuras están indicados por medio de símbolos de rayos en algunos lugares defectos de la línea, que se puede producir en forma de interrupciones de la línea. En función de las condiciones marginales, como por ejemplo la distancias de los extremos de las líneas entre sí así como de los materiales utilizados, existe en una red de a bordo de 42V el peligro de que se produzca un arco eléctrico en serie y, en el caso de que las condiciones marginales sean favorables, de que arda de una manera estable. Un arco eléctrico que arde de una manera estable representa un peligro de incendio muy alto y, por lo tanto, debe evitarse en todos los casos. Hasta hora en las redes de a bordo de 14V empleadas habitualmente en el automóvil no existía, en virtud de la tensión reducida, ningún peligro para la aparición de un arco eléctrico.

Si presenta ahora la primera sección de la línea 4A (figura 1) un defecto en la línea en forma de una interrupción de la línea, entonces la segunda sección de la línea 4B actúa como línea de cortocircuito y puentea la primera sección de la línea 4A. Por lo tanto, toda la corriente fluye a través de la segunda sección de la línea 4B. La primera sección de la línea 4A está ahora sin corriente y con la interrupción de la línea se evita desde el principio la aparición de un arco eléctrico.

Los fusibles 12A, 12B están diseñados especialmente en cada caso para la mitad de la corriente de carga máxima, de manera que el fusible 12B reacciona cuando fluye la corriente total a través de la segunda sección de la línea 4B. La reacción del fusible 12B debe evaluarse, por lo tanto, como un indicio de una interrupción de la línea en la sección de la línea 4A, de manera que se puede substituir la sección de la línea dañada 4A. Por medio de la selección adecuada de los fusibles 12A, B es posible, por lo tanto, una diagnosis de fallos.

En comparación con los fusibles convencionales, con la utilización de los elementos de conmutación de semiconductores 14A, B según la figura 2 se consigue una protección especialmente segura de la red eléctrica. En particular, los elementos de conmutación de semiconductores 14A, B están configurados a tal fin tanto para un reconocimiento de la corriente cero como también para un reconocimiento de la sobrepresión. Por lo tanto, en el caso de que esté dañada solamente una sección de la línea 4A, como se representa en la figura 1, el elemento de conmutación de semiconductores 14A interrumpe la sección de la línea 4A, puesto que no fluye ya ninguna corriente a través de esta sección de la línea. Al mismo tiempo, el elemento de conmutación de semiconductores 14B interrumpe la sección de la línea 4B, puesto que a través de esta sección de la línea fluye toda la corriente. Puesto que los elementos de conmutación de semiconductores 14A, B están adaptados igualmente con preferencia a la mitad de la corriente máxima de carga, se detecta, en efecto, desde el segundo elemento de conmutación de semiconductores 14B una sobrecorriente, lo que conduce a la desconexión de la segunda sección de la línea 4B.

Para una protección especialmente segura de la red eléctrica, los dos elementos de conmutación de semiconductores 14A, B están conectados entre sí, como se indica por medio de la conexión 18 representada con línea de puntos. Los dos elementos de conmutación de semiconductores 14A, B están configurados en este caso a través de esta conexión 18 de tal forma que la conmutación de uno de los elementos de conmutación 14AA conduce de una manera forzosa también a la conmutación del otro elemento de conmutación 14B. Ambas secciones de la línea 4A, B son desconectadas, por lo tanto, de una manera forzosa y segura, tan pronto como se detecta por un elemento de conmutación de semiconductores 14A, B un caso de fallo, por lo tanto o bien una sobrecorriente o una corriente cero. Esto es especialmente ventajoso cuando -como se indica en la figura 2- en ambas secciones de la línea 4A, 4B se produce una interrupción de la línea. En este caso, -en el supuesto de que existan condiciones marginales adecuadas- solamente en una sección de la línea, por ejemplo en la sección de la línea 4A, ardería un arco eléctrico de forma estable. En cambio, el elemento de conmutación de semiconductores 14A no reconocería forzosamente una sobrecorriente, de manera que el arco eléctrico podría arder de forma estable en determinadas circunstancias. Esto se evita, sin embargo, en virtud de la desconexión forzosa, que es provocada porque el segundo elemento de conmutación 14B detecta la corriente cero que aparece en la segunda sección de la línea 4B y, por lo tanto, se desconecta.

Si la carga 6 no está conectada a través de la línea de masa 10 directamente con la masa 8, por ejemplo a través de la fijación roscada directa en un componente de chapa, entonces se protege la línea de masa 10 según la figura 2 por medio de medidas comparables, lo mismo que también la línea de alimentación 4. Esta protección incluye que la línea de masa 10 está formada por dos secciones de masa 10A, B guiadas paralelas, en las que está dispuesto en cada caso un fusible 16A, B, que pueden estar configurados como fusibles o también como elementos de conmutación de semiconductores.

Para garantizar una protección segura de toda la red de alimentación, con preferencia todas las conexiones de la línea, en las que existe el peligro de la aparición de un arco eléctrico, están formadas por secciones conducidas paralelas. Esto significa que, por ejemplo, la línea de alimentación 4 está formada sobre toda su longitud o al menos esencialmente sobre toda su longitud entre la fuente de corriente continua 2 y la carga 6 por las dos secciones de la línea 4A, B. Con respecto a una forma de realización lo más favorable posible en cuanto al coste, se utiliza para la línea de alimentación 4 una línea de láminas con al menos dos bandas de conductores, que representan las dos secciones de la línea 4A, B. Lo mismo se aplica, naturalmente, para todas las líneas en toda la red de alimentación, es decir, con preferencia la red de alimentación con las secciones guiadas paralelas está formada por líneas de láminas con una pluralidad de bandas de la línea.

Claims (10)

1. Red eléctrica, especialmente red de a bordo de 42V de un automóvil, con una carga (6) que está conectada, por una parte, con una fuente de tensión (2) a través de una línea de alimentación (4) y, por otra parte, con masa, estando formada la línea de alimentación (4) para la protección de la red eléctrica frente a un arco eléctrico en serie, por dos secciones paralelas de la línea (4A, 4B), en las que está conectado en cada caso un fusible (12A, B; 14A, B), caracterizada porque los fusibles (12A, B; 14A, B) están configurados de tal forma que en el caso de un daño de una de las secciones de la línea (4A), reacciona el fusible en la otra sección de la línea (4B), en virtud de esta corriente elevada.

2. Red eléctrica según la reivindicación 1, en la que los dos fusibles (12A, B; 14A, B) están diseñados conjuntamente para la corriente de carga máxima.

3. Red eléctrica según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los fusibles están configurados como componentes electrónicos (14A, B).

4. Red eléctrica según la reivindicación 3, en la que los componentes (14A, B) están configurados para un reconocimiento de la corriente cedro y/o para un reconocimiento de la sobrecorriente.

5. Red eléctrica según la reivindicación 3 ó 4, en la que los componentes (14A, B) están conectados entre sí de tal forma que en el caso de reacción de uno de los componentes (14A), se activa también el otro componente (14B), de manera que se interrumpen las dos secciones de la línea (4A, B).

6. Red eléctrica según una de las reivindicaciones anteriores, en la que las secciones transversales de la línea de las dos secciones de la línea (4A, B) están diseñadas, en la suma, para la corriente de carga máxima.

7. Red eléctrica según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la carga (6) está conectada con la masa (8) a través de una línea de masa (10), que está formada por al menos dos secciones de masa (10A, B), que presentan en cada caso una sección transversal de la línea, que está diseñada para la corriente de carga máxima.

8. Red eléctrica según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la carga (6) está conectada con la masa (8) a través de la línea de masa (10), que está formada por dos secciones de masa (10A, B), en las que está conectado en cada caso un fusible (16A, B).

9. Procedimiento para la protección de una red eléctrica, especialmente de una red de a bordo de 42V de un automóvil, frente a un arco eléctrico en serie, en el que en el caso libre de fallo, una carga (6) es alimentada con corriente a través de dos secciones paralelas de la línea (4A, 4B), en las que está previsto en cada caso un fusible (12A, B; 14A, B), y en el que en el caso de aparición de un defecto de la línea en una de las dos secciones de la línea (4A), la corriente fluye totalmente a través de la otra sección de la línea (4B) y luego el fusible (13B; 14B) de esta otra sección de la línea (4B) interrumpe la alimentación de corriente de la carga (16).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que los fusibles están configurados como componentes electrónicos (14A, B), activándose en el caso de reacción de uno de los componentes (14A) de una manera forzada también el otro componente (14B), e interrumpiéndose las dos secciones de la línea (4A, 4B).