ES2910925T3

ES2910925T3 - Sistema de transmisión de electricidad digital por transferencia de energía por paquetes de detección inversa

Info

Publication number: ES2910925T3
Application number: ES17750646T
Authority: ES
Inventors: Stephen Eaves
Original assignee: VoltServer Inc
Current assignee: VoltServer Inc
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: EP3414808B1; EP3414808A1; US20170229886A1; EP3414808A4; WO2017139289A1

Abstract

Un sistema de distribución de energía para regular la transferencia de energía desde una fuente (1) en un lado de fuente y que incluye terminales de fuente (31a, 31b) a una carga (3) en un lado de carga y que incluye terminales de carga (32a, 32b), comprendiendo el sistema: a) un controlador de fuente (5) en el lado de fuente del sistema de distribución de energía en comunicación con, y respuesta a, un sensor de la fuente (8) que proporciona retroalimentación al controlador de fuente (5) que incluye al menos una señal indicativa de la corriente eléctrica a través de los terminales de fuente (31a, 31b); b) un puente de conmutación de fuente (7) acoplado eléctricamente con el controlador de fuente (5) y que responde a señales de control (40) del controlador de fuente (5) para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) y para aplicar una tensión de fuente en un estado de polaridad directa o inversa con respecto a los terminales de fuente (31a, 31b); c) un dispositivo de desconexión de carga (13) configurado para desacoplar eléctricamente la carga (3) de los terminales de carga (32a, 32b); y d) un dispositivo lógico implementado en al menos el controlador de fuente (5) y configurado para colocar el puente de conmutación de fuente (7) en un estado de polaridad inversa y configurado para realizar al menos una medición de la corriente que pasa por los terminales de fuente (31a, 31b) cuando el puente de conmutación de fuente (7) está en el estado de polaridad inversa en el que una medición de corriente fuera de los límites altos o bajos predeterminados indica que hay un objeto extraño o un organismo vivo haciendo contacto con los terminales de fuente o de carga (32a, 32b) o un fallo en el sistema de distribución de energía, y configurado para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si la medición de corriente cae fuera de los límites altos y bajos predeterminados.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de transmisión de electricidad digital por transferencia de energía por paquetes de detección inversa

Campo de la invención

La presente invención se refiere a dispositivos de protección de seguridad de sistemas de distribución de energía, por ejemplo, sistemas de distribución de energía con control electrónico para detectar y desconectar la energía en caso de fallo eléctrico o peligro para la seguridad, en particular cuando una persona ha entrado en contacto con conductores expuestos. Esta invención es aplicable a la distribución de energía en general, o más específicamente a, por ejemplo, la carga de vehículos eléctricos, las telecomunicaciones o los sistemas de energía alternativa.

Antecedentes

La energía eléctrica digital, o electricidad digital, puede caracterizarse como cualquier formato de energía en el que la energía eléctrica se distribuye en unidades de energía discretas y controlables. La transferencia de energía por paquetes (PET) es un nuevo tipo de protocolo de energía eléctrica digital desvelado en la Patente de los EE.UU. Núm.

8.781.637 (Eaves 2012).

El principal factor de discernimiento en un sistema de transmisión de energía digital en comparación con los sistemas de energía tradicionales y analógicos es que la energía eléctrica se separa en unidades discretas; y las unidades individuales de energía pueden asociarse con información analógica y/o digital que puede utilizarse para optimizar la seguridad, la eficiencia, la capacidad de recuperación, el control o el enrutamiento.

Como describe Eaves 2012, un controlador de fuente y un controlador de carga están conectados por líneas de transmisión de energía. El controlador de fuente de Eaves 2012 aísla (desconecta) periódicamente las líneas de transmisión de energía de la fuente de alimentación y analiza, como mínimo, las características de tensión presentes en los terminales del controlador de fuente directamente antes y después de que se aíslen las líneas. El periodo de tiempo en el que las líneas eléctricas están aisladas fue denominado por Eaves 2012 como "periodo de muestra", y el periodo de tiempo en el que la fuente está conectada se denomina "periodo de transferencia". La velocidad de subida y bajada de la tensión en las líneas antes, durante y después del periodo de muestra revela si existe una condición de fallo en las líneas de transmisión de energía. Los fallos mensurables incluyen, pero sin limitación, un cortocircuito, una alta resistencia de línea o la presencia de una persona que haya entrado en contacto con las líneas de forma indebida.

Eaves 2012 también describe la información digital que puede enviarse entre los controladores de fuente y carga a través de las líneas de transmisión de energía para mejorar aún más la seguridad o proporcionar características generales de la transferencia de energía, como la energía total o la tensión en los terminales del controlador de carga. Dado que la energía en un sistema PET se transfiere como cantidades discretas, o cuantos, puede denominarse "energía digital" o "electricidad digital".

El documento US 2012/075759 A1 desvela un sistema de distribución de energía que puede detectar una condición de fallo insegura cuando un individuo u objeto ha entrado en contacto con los conductores de energía.

El documento US 2015/215001 A1 desvela un procedimiento para comunicar datos entre un transmisor de potencia digital y uno o más receptores de potencia digital a través de una línea de transmisión que comprende conductores positivos y negativos, en el que la línea de transmisión tiene propiedades eléctricas que incluyen al menos una capacitancia finita de línea a línea y al menos una resistencia finita de línea a línea.

El documento DE 19951 094 A1 desvela un procedimiento para asegurar una red eléctrica que contiene una batería, en particular la red de a bordo de unidades móviles, vehículos de motor, embarcaciones y similares, contra la inversión de la polaridad, el cortocircuito y/o la sobretensión, que se caracteriza porque se detecta un flujo de corriente reducido desde un punto de arranque externo a la batería y sólo si se respetan los valores límite especificados, el punto de arranque se conecta directamente a la batería y a la red eléctrica de a bordo.

El documento US 2015/217749 A1 desvela un procedimiento para verificar un estado funcional de un sistema de freno de estacionamiento automático que tiene una unidad de control y un actuador configurado para generar una fuerza de frenado electromagnética que incluye el accionamiento del actuador, mediante la unidad de control, a una primera frecuencia superior a una segunda frecuencia.

El documento US 2010/156426 A1 desvela un aparato y un procedimiento para detectar la corriente de fuga de la batería, y un aparato accionado por una batería y un paquete de baterías que comprende el aparato.

El documento US 2004/227521 A1 desvela un aparato de detección de fugas eléctricas para detectar fugas eléctricas de un dispositivo de suministro de energía, que incluye dos elementos de división de tensión que tienen un valor de impedancia idéntico y están conectados entre sí en serie entre los terminales de entrada o los terminales de salida de un circuito de conversión CC/CA del dispositivo de suministro de energía, un elemento de detección que tiene un extremo conectado a una unión de los elementos de división de tensión, un condensador que se inserta entre el otro extremo del elemento de detección y la tierra y un miembro de decisión que recibe una caída de tensión a través del elemento de detección como señal de detección y procesa la señal de detección para juzgar la ocurrencia de la fuga eléctrica.

El documento EP 2608399 A2 desvela un procedimiento para operar un circuito eléctrico. El circuito comprende un convertidor de potencia que tiene una pluralidad de conmutadores y dos condensadores conectados en serie, el convertidor de potencia tiene dos conexiones del lado de CA y a partir del punto de conexión ambos condensadores, una resistencia de medición está conectada a tierra. El procedimiento determina si existe un fallo a tierra en función de una tensión de medición (UM) que cae a través de la resistencia de medición.

Sumario

La invención se expone en las reivindicaciones independientes. Un sistema de distribución de energía regula la transferencia de energía desde una fuente en un lado de fuente a una carga en un lado de carga, en el que la fuente y la carga incluyen terminales. Un controlador de fuente en el lado de fuente está en comunicación y responde a un sensor de la fuente que proporciona retroalimentación al controlador de fuente que incluye al menos una señal indicativa de la corriente eléctrica a través de los terminales de fuente. Un puente de conmutación de fuente está acoplado eléctricamente con el controlador de fuente y responde a las señales de control del controlador de fuente para desconectar eléctricamente la fuente de los terminales de fuente y para aplicar una tensión de la fuente en un estado de polaridad directa o inversa en relación con los terminales de fuente. Un dispositivo de desconexión de carga está configurado para desacoplar eléctricamente la carga del terminal de carga. Un dispositivo lógico se implementa en al menos el controlador de fuente y se configura para colocar el puente de conmutación de fuente en un estado de polaridad inversa y para realizar al menos una medición de la corriente que pasa por los terminales de fuente cuando el puente de conmutación de fuente está en el estado de polaridad inversa, en el que una medición de la corriente fuera de los límites altos o bajos predeterminados indica que hay un objeto extraño o un organismo vivo haciendo contacto con los terminales de fuente o de la carga o un fallo en el sistema de distribución de energía, y para desconectar eléctricamente la fuente de los terminales de fuente si la medición de la corriente cae fuera de los límites altos y bajos predeterminados.

En la transferencia de energía desde una fuente a una carga, un sistema de distribución de energía está configurado para detectar condiciones inseguras que incluyen objetos extraños conductores de electricidad o individuos que han entrado en contacto con conductores expuestos en el sistema de distribución de energía. Se genera una señal de respuesta en un controlador de fuente que incluye terminales de fuente. La señal de respuesta invierte una tensión en los terminales de fuente. Con la tensión en los terminales de fuente invertida, se adquiere una medición de la corriente eléctrica que fluye a través de los terminales de fuente; y el controlador de fuente genera señales para desconectar eléctricamente la fuente de los terminales de fuente si y cuando la corriente eléctrica cae fuera de los límites altos o bajos que indican que hay un objeto extraño conductor u organismo vivo haciendo contacto eléctrico con los terminales de fuente o de la carga o un fallo en el hardware del sistema de distribución de energía.

El aparato y los procedimientos descritos en la presente memoria ofrecen una forma alternativa de PET que utiliza el procedimiento de invertir periódicamente la polaridad de las líneas de transmisión. Dado que las formas más comunes de fallos eléctricos son independientes de la polaridad, el procedimiento permite detectar un fallo basándose en que el dispositivo de carga está equipado con un conmutador unidireccional, tal como un diodo. Cuando se invierte la polaridad de las líneas de transmisión, el flujo de corriente eléctrica es inhibido por el conmutador unidireccional. Si hay un fallo en las líneas de transmisión, por ejemplo debido a que una persona toca las líneas, la corriente eléctrica seguirá fluyendo hacia el fallo cuando las líneas de transmisión se inviertan y pueda ser detectada por el controlador de fuente.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama de bloques de una realización del sistema de distribución seguro de energía.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques más detallado de una realización del controlador de fuente.

La FIG. 3 es un diagrama de una sección de una realización del sistema de distribución de energía con el puente de conmutación 7 en un estado no conductor.

La FIG. 4a es un diagrama de una sección de una realización del sistema de distribución de energía con el puente de conmutación 7 en un estado de conducción directa.

La FIG. 4b es un diagrama de una sección de una realización del sistema de distribución de energía con el puente de conmutación 7 en un estado de conducción inversa,

La FIG. 5a es un diagrama de un dispositivo de desconexión 13 construido con un diodo 39.

La FIG. 5b es un diagrama de un dispositivo de desconexión 13 construido con un conmutador controlable La FIG. 6 es un diagrama de una realización de una configuración alternativa del controlador de fuente que incluye un modulador/demodulador 48 para comunicaciones a través de líneas eléctricas.

La FIG. 7 es un diagrama del uso de los transformadores de aislamiento con toma central 52-55 para combinar los datos del usuario y la energía en un cableado de par trenzado común.

La FIG. 8 es un diagrama de un dispositivo alternativo de carga y desconexión de carga 13 que utiliza una cadena en serie de diodos 70, 72, 74 y 76.

Descripción detallada

Las anteriores y otras características y ventajas de varios aspectos de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción más particular de varios conceptos y realizaciones específicas dentro de los límites más amplios de la invención.

Varios aspectos del tópico introducido anteriormente y discutido en mayor detalle a continuación pueden ser implementados en cualquiera de las numerosas maneras, ya que la materia no se limita a ninguna manera particular de implementación. Los ejemplos de implementaciones y aplicaciones específicas se proporcionan principalmente con fines ilustrativos.

La presente memoria A menos que se definan, utilicen o caractericen de otro modo en la presente memoria, los términos que se utilizan aquí (incluidos los términos técnicos y científicos) deben interpretarse con un significado que sea coherente con su significado aceptado en el contexto de la técnica pertinente y no deben interpretarse en un sentido idealizado o excesivamente formal a menos que se definan expresamente en la presente memoria.

La terminología utilizada en la presente memoria tiene por objeto describir realizaciones particulares y no pretende ser limitativa de las realizaciones ejemplares. Tal y como se utiliza en la presente memoria, las formas singulares, tal como "un" y "una", pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique lo contrario. Además, los términos "incluye", "incluyendo", "comprende" y "comprendiendo", especifican la presencia de los elementos o etapas indicados, pero no excluyen la presencia o adición de uno o más elementos o etapas.

I. Descripción de la operación

En la FIG. 1 se muestra un diagrama de bloques de una realización del sistema de distribución de energía. El sistema de distribución de energía regula la transferencia de energía desde una fuente 1 a una carga 3. Periódicamente, el controlador de fuente 5 acciona una señal de control 40 para invertir la polaridad de los terminales de fuente 31a y 31b con respecto a la fuente 1 mediante un puente de conmutación 7 durante un periodo de tiempo predeterminado, conocido como "periodo de muestra". Durante el periodo de muestra, el sensor de corriente 8 se emplea para medir la corriente en las líneas de transmisión.

La resistencia normal entre los terminales de fuente 31a y 31b está representada por Rsrc. En una realización particular, Rsrc tiene un valor superior a 1 millón de ohmios. En condiciones normales, cuando se invierte la polaridad de las líneas de transmisión, la corriente, detectada por el sensor de corriente 8, sería inferior a 1 miliamperio para una tensión de fuente de 380V. Sin embargo, durante un fallo de línea cruzada, como se representa en la FIG. 1 la resistencia de un objeto extraño 6, tal como un cuerpo humano o un elemento conductor, se introduce y se representa por Rleak. La combinación paralela de Rsrc y Rleak aumentará significativamente la corriente detectada por el sensor de corriente 8. Si la corriente supera un valor máximo predeterminado, se registra un fallo y el puente de conmutación 7 será puesto en estado no conductor por el controlador de fuente 5, en el cual la fuente 1 se desconecta eléctricamente de los terminales de fuente 31a y 31b.

Si no se detecta ninguna condición de fallo, el puente de conmutación 7 es comandado nuevamente a un estado de polaridad directa. La energía se transfiere entonces entre la fuente 1 y la carga 3 hasta el siguiente periodo de muestra. El periodo de conducción entre los periodos de muestra se denomina "periodo de transferencia".

Una verificación adicional del fallo en línea es cuando los controladores de fuente y carga 5 y 9 adquieren sus respectivas tensiones terminales en los puntos de detección 34 y 35, como se muestra en la FIG. 1 durante un periodo de transferencia de energía. En las realizaciones que incorporan opciones avanzadas de supervisión, se implementaría el enlace de comunicación 11; y el controlador de fuente 5 obtendría la tensión del terminal de carga a través del enlace de comunicación 11. El controlador de fuente 5 calcula entonces la diferencia de tensión entre las dos mediciones. El controlador de fuente 5 también adquiere la corriente eléctrica que pasa por los terminales de fuente 31a y 31b mediante un sensor de corriente 8. El controlador de fuente 5 puede ahora calcular la resistencia de línea entre los terminales de fuente y de la carga 31a/b y 32a/b utilizando la ley de Ohm, o la relación: Resistencia = Tensión/Corriente. La resistencia de línea calculada se compara con un valor máximo y mínimo predeterminado. Si se sobrepasa el máximo, el puente de conmutación 7 se pone en estado de no conducción y se registra un fallo en línea. Una resistencia de línea inferior a la esperada también es una indicación de un fallo de hardware.

Un procedimiento alternativo para medir la resistencia en línea sin un enlace de comunicaciones 11 con la carga 3 es cuando el controlador de fuente 5 mide la tensión del terminal de fuente en el punto de detección 34 y mide la corriente eléctrica que pasa por los terminales de fuente 31a y 31b utilizando el sensor de corriente 8. Las muestras de tensión y corriente se realizan casi simultáneamente durante el mismo periodo de transferencia de energía. A continuación, el puente de conmutación 7 se coloca en estado no conductor y el controlador de fuente 5 toma inmediatamente otra muestra de tensión en el punto de detección 34. La diferencia de magnitud entre la primera y la segunda muestra de tensión es proporcional a la resistencia de línea. En otras palabras, a medida que aumenta la resistencia de línea de transmisión, se produce una mayor caída de tensión a lo largo de la línea para una corriente determinada. Dado que la tensión en el condensador de línea 4 es igual a la tensión de fuente menos la caída de tensión en la línea, la medición de la tensión de las líneas de transmisión sin que fluya la corriente hace que la caída de tensión de la línea sea cero, lo que permite una medición independiente de la tensión en el condensador de línea 4. Una vez conocida la tensión del condensador de línea 4, se puede calcular la caída de tensión en las líneas de transmisión restando la medición anterior en el punto 34 realizada cuando había corriente de línea.

Por referencia a la FIG. 3, la construcción del puente de conmutación 7 para la inversión de la tensión de la línea de transmisión se realiza en esta realización utilizando lo que es bien conocido en la industria como un convertidor de "puente completo". Los conmutadores 60, 61, 62 y 63 serían típicamente transistores. El tipo de transistor se selecciona en función de los requisitos de tensión y corriente. Los transistores estándar que pueden emplearse son los transistores de efecto de campo (FET), los transistores bipolares de puerta integrada (IGBT) o los tiristores conmutados de puerta integrada (IGCT). La implementación eléctrica de la señal de control 40 para controlar la conducción de los conmutadores en el puente de conmutación 7 depende del tipo de transistor, pero es bien conocida por los expertos en la técnica de la electrónica de potencia.

El puente de conmutación 7 tiene tres estados aplicables a la presente invención: no conductor, polaridad directa (hace que la corriente fluya desde la fuente 1 a la carga 3) y polaridad inversa (en el cual no fluye corriente hacia la carga 3 en condiciones normales de funcionamiento). La FIG. 3 representa el estado no conductor ya que los cuatro conmutadores 60-63 se muestran en un estado abierto o no conductor. En la FIG. 4a, los conmutadores 60 y 63 son accionados por la señal de control 40 para que sean conductores, mientras que los otros conmutadores 61 y 62 están en estado no conductor, poniendo el puente de conmutación 7 en estado de operación directa. En la FIG. 4b, los conmutadores 61 y 62 son accionados por la señal de control 40 para que sean conductores, mientras que los otros conmutadores 60 y 63 están en estado no conductor, poniendo el puente de conmutación 7 en estado de polaridad inversa.

Existen varios procedimientos estándar en la industria para construir el dispositivo de desconexión 13 de la FIG. 1. por referencia a la FIG 5a, en los casos en que no es necesario que el controlador de carga 9 tenga la capacidad de interrumpir la alimentación de los terminales de carga 32a y 32b, el conmutador interno 38 puede construirse utilizando sólo el diodo 39 para bloquear el flujo de retorno de la corriente eléctrica cuando el puente de conmutación 7 está en un estado no conductor o inverso. En una realización en la que el controlador de carga 9 está configurado para controlar la acción del dispositivo de desconexión 13, se puede utilizar una disposición para un dispositivo de desconexión 13, como se muestra en la FIG. 5b. En esta disposición, la corriente eléctrica se bloquea en el sentido negativo-positivo mediante un diodo de bloqueo 39. El flujo de corriente en el sentido positivo-negativo es controlado por un conmutador interno 38 de acuerdo con la aplicación de una señal de control 41. El conmutador controlable 38 proporciona la capacidad para que el controlador de carga 9 interrumpa la energía en los casos en que una fuente de energía no autorizada se ha conectado a los terminales de carga 32a y 32b o cuando el controlador de fuente 5 funciona mal y ya no puede interrumpir la energía de la fuente 1. En aplicaciones, tal como la carga de baterías, una sobrecarga incontrolada puede provocar daños en la batería o un incendio, por lo que resulta ventajoso un conmutador de desconexión de carga 38 controlable. Otra ventaja de utilizar un conmutador controlable 38 es implementar lo que es bien conocido por los expertos en la técnica como rectificación "sincrónica", en la que la acción del conmutador 38 se controla para emular un diodo. Esto proporciona la funcionalidad de un diodo pero con mayor eficiencia, ya que se puede emplear un dispositivo, tal como un transistor de efecto de campo, con menores pérdidas de conducción que un diodo.

El tipo de transistor utilizado para el conmutador interno 38 se selecciona en función de los requisitos de tensión y corriente. Los transistores estándar que pueden utilizarse incluyen FET, IGBT o IGCT. La implementación eléctrica de la señal de control 41 para controlar la conducción del conmutador interno 38 depende del tipo de transistor, pero es bien conocida por los expertos en la técnica de la electrónica de potencia.

Como se muestra en la FIG. 2, el controlador de fuente 5 incluye un microprocesador 20, controladores de comunicación 17 y 22 y circuitos de acondicionamiento de señales 24, 26 y 28. El controlador de carga 9 de la FIG. 1 es similar en construcción al controlador de fuente 5, pero está configurado con un software de operación diferente para realizar las funciones descritas en la sección de secuencia de operación, a continuación. Por referencia a la FIG. I, antes de comenzar la operación, se realizan las etapas de verificación automática e inicialización en las etapas (a), (b) y (c). El puente de conmutación 7 y el dispositivo de desconexión 13 (si se utiliza un conmutador controlable 38) reciben la orden de permanecer en un estado abierto (no conductor) durante la inicialización.

II. Secuencia operativa

Por referencia a la FIG. 1, el controlador de fuente 5 verifica que la tensión de fuente en el punto 33 está dentro de un valor esperado predeterminado y que no hay corriente que fluya en los conductores de potencia de la fuente, de acuerdo con lo informado por el sensor de corriente 8. El controlador de fuente 5 también realiza un algoritmo de prueba incorporado, como es típico en la industria, para verificar que su hardware y firmware funcionan correctamente.

a) Si la realización incorpora opciones avanzadas de supervisión, el controlador de fuente 5 realiza una verificación de la comunicación a través del enlace de comunicación 11 con el controlador de carga 9. Para los sistemas de distribución que proporcionan una transferencia de energía segura, el controlador de fuente 5 esperará un código de verificación digital que coincida con un valor predeterminado para garantizar que el equipo de la fuente y el de la carga sean eléctricamente compatibles y estén autorizados a recibir energía antes de que se inicie la transferencia de energía. Por ejemplo, se puede utilizar un código de verificación para las aplicaciones en las que se compra la energía. El controlador de fuente 5 envía una solicitud (por ejemplo, mediante una comunicación electrónica) a través del enlace de comunicación 11 al controlador de carga 9 consultando por su estado. El controlador de carga 9 responde (por ejemplo, a través de otra comunicación electrónica) con el valor de la tensión y la corriente en sus conductores y cualquier código de fallo. El controlador de fuente 5 verifica que la tensión de carga está dentro de un valor predeterminado y que no hay corriente fluyendo en los conductores de potencia de la carga (indicando un posible fallo en la desconexión de la fuente, fallos en los sensores de corriente u otro problema de hardware). El controlador de carga 9 también realiza algoritmos de prueba incorporados, como es típico en la industria, para verificar que su hardware y firmware funcionan correctamente. Si no se registra ningún fallo, la secuencia avanza a la etapa (b). Si se registra un fallo, la secuencia se repite a partir de esta etapa, la etapa (a).

b) El controlador de fuente 5 realiza otra medición de la tensión de fuente en el punto 33 para determinar la duración del periodo de transferencia, en el que se transferirá energía de la fuente 1 a la carga 3. Cuanto mayor sea la tensión de fuente, mayor será la corriente de defecto potencial; y, por tanto, menor será el periodo de transferencia. La medición de la tensión de fuente se aplica a una tabla o función interna en el procesador 20 del controlador de fuente 5 para determinar un valor de duración seguro para el periodo de transferencia. El uso de un periodo de transferencia variable no es necesario para el funcionamiento del procedimiento desvelado, pero puede hacer que la transferencia de energía sea más eficiente y menos propensa a las falsas alarmas, ya que se puede maximizar el número de mediciones y minimizar la cantidad de instancias de conmutación de acuerdo con la duración del periodo. La alternativa es mantener un periodo de transferencia de duración fija que esté configurado para la tensión de fuente más alta posible y para las peores condiciones de seguridad.

c) Tras la determinación del periodo de transferencia, comienza el periodo de muestra. El controlador de fuente 5 actúa para colocar el puente de conmutación 7 en el estado de polaridad inversa. Si el circuito de carga 51 incorpora un conmutador de desconexión controlable 38, el controlador de carga 9 detecta cualquier inversión de la corriente o disminución de la tensión en las líneas de transmisión cuando la tensión se invierte y abre inmediatamente el conmutador de desconexión 13. No es necesaria ninguna acción por parte del controlador de carga 9 si emplea un diodo 39 para realizar la desconexión en el dispositivo de desconexión 13.

d) Inmediatamente después de la inversión, el controlador de fuente 5 mide la corriente de la línea de transmisión mediante el sensor de corriente 8. Si el valor de la corriente supera un máximo predeterminado, se registra un fallo de hardware, y el puente de conmutación 7 se pone en estado de no conducción. La secuencia salta a la etapa (g). Si no se registra ningún fallo, la secuencia operativa continúa en la etapa (e).

e) Tras el periodo de muestra, el controlador de fuente 5 actúa para poner el puente de conmutación 7 en un estado de polaridad directa. Si el circuito de carga 51 incorpora un conmutador de desconexión controlable 38, el controlador de carga 9 detectará el rápido aumento de tensión en el condensador 4 medido por un sensor de tensión en el punto 35 y cerrará inmediatamente el conmutador de desconexión 38. No es necesaria ninguna acción si el circuito de carga 51 utiliza un diodo 39 como conmutador de desconexión. Ambos controladores 5 y 9 siguen midiendo la tensión y la corriente en sus respectivos terminales 31a y 31b y 32a y 32b.

f) El controlador de fuente 5 calcula la resistencia de línea a partir de las muestras de tensión y corriente adquiridas en las etapas (c), (d) y (e), utilizando uno de los dos procedimientos descritos en la presente memoria. Si no se emplea la comunicación en serie entre los controladores de fuente y de carga 5 y 9, el controlador de fuente 5 añade un pequeño periodo en el que el puente de conmutación 7 se coloca en un estado no conductor directamente después del estado conductor directo en el periodo de transferencia. La diferencia de tensión en el punto 34 de la FIG. 1 antes e inmediatamente después de que el puente de conmutación 7 se ponga en estado no conductor se divide por la corriente para calcular la resistencia de línea. Si los controladores de fuente y de carga 5 y 9 están equipados con comunicaciones en serie, el controlador de fuente 5 puede solicitar la lectura de la tensión de la carga al controlador de carga 9 para calcular la diferencia de tensión entre el lado de fuente y el lado de carga. Al dividir la diferencia de tensión por la corriente se obtiene un valor de resistencia de línea. Si la resistencia de línea es superior a un valor máximo predeterminado, el controlador de fuente 5 registra un fallo en la línea. Una resistencia de línea calculada inferior a un valor mínimo predeterminado es indicativa de un fallo de hardware. Si se registra un fallo, el controlador de fuente 5 coloca inmediatamente el puente de conmutación 7 en un estado no conductor y procede a la etapa (h). Si no se registran fallos, la secuencia operativa se repite, empezando por la etapa (c).

g) El sistema de distribución de energía se encuentra en estado de fallo debido a un fallo en la línea, un fallo cruzado o un fallo de hardware. En realizaciones particulares, el sistema permitirá la configuración de un restablecimiento automático o manual a partir de un estado de fallo. Si el sistema está configurado para un restablecimiento manual, el puente de conmutación 7 permanecerá en un estado no conductor hasta que un sistema externo o un operador inicie un restablecimiento. A continuación, el sistema reiniciará la secuencia operativa desde la etapa (a). Si el sistema está configurado para un restablecimiento automático, el controlador de fuente 5 ejecuta un periodo de retardo para limitar la tensión en el equipo o el personal que aún puede estar en contacto con los conductores de distribución de energía. En particular, el periodo es de 1 a 60 segundos. A continuación, el sistema reinicia la secuencia operativa desde la etapa (a). Para un nivel adicional de seguridad, se pueden incluir contactores mecánicos en serie con el puente de conmutación 7 y/o con el conmutador de desconexión 38 para que actúen como desconexiones redundantes en caso de que el puente de conmutación 7 o el conmutador de desconexión 38 hayan funcionado mal.

111. Sumario, ramificaciones y alcance

El controlador de fuente 5 y el controlador de carga 9 pueden incluir un dispositivo lógico, como un microprocesador, un microcontrolador, un dispositivo lógico programable u otro circuito digital adecuado para ejecutar el algoritmo de control. El controlador de carga 9 puede adoptar la forma de un simple nodo sensor que recoge datos relevantes para el lado de carga del sistema. No requiere necesariamente un microprocesador.

Los controladores 5 y 9 pueden ser dispositivos informáticos y los sistemas y procedimientos de esta divulgación pueden implementarse en un entorno de sistema informático. Los ejemplos de entornos de sistemas informáticos conocidos y sus componentes que pueden ser adecuados para su uso con los sistemas y procedimientos incluyen, pero sin limitación, ordenadores personales, ordenadores de servidor, dispositivos de mano o portátiles, dispositivos tipo tableta, teléfonos inteligentes, sistemas de multiprocesadores, sistemas basados en microprocesadores, decodificadores, electrónica de consumo programable, ordenadores de red, miniordenadores, ordenadores centrales, entornos informáticos distribuidos que incluyen cualquiera de los sistemas o dispositivos anteriores, y similares. Los entornos típicos de los sistemas informáticos y sus operaciones y componentes se describen en numerosas patentes existentes (porejemplo, la Patente de los EE.UU. Núm. 7.191.467, propiedad de Microsoft Corp.).

Los procedimientos pueden llevarse a cabo a través de instrucciones ejecutables por ordenador no transitorias, tal como módulos de programa. Generalmente, los módulos de programa incluyen rutinas, programas, objetos, componentes, estructuras de datos, etc., que realizan tareas particulares o implementan tipos de datos particulares. Los procedimientos también pueden practicarse en entornos informáticos distribuidos en los que las tareas son realizadas por dispositivos de procesamiento remotos que están conectados a través de una red de comunicaciones. En un entorno informático distribuido, los módulos de programa pueden estar ubicados en medios de almacenamiento informático tanto locales como remotos, incluyendo dispositivos de almacenamiento de memoria.

Los procedimientos y funciones descritos en la presente memoria pueden ser almacenados de forma no transitoria en forma de instrucciones de software en el ordenador. Los componentes del ordenador pueden incluir, pero sin limitación, un procesador de ordenador, un medio de almacenamiento de ordenador que sirve como memoria, y un bus de sistema que acopla varios componentes del sistema, incluyendo la memoria, al procesador de ordenador. El bus del sistema puede ser de cualquiera de varios tipos de estructuras de bus, incluyendo un bus de memoria o controlador de memoria, un bus de periféricos, y un bus local utilizando cualquiera de una variedad de arquitecturas de bus.

El ordenador incluye típicamente uno o más medios legibles por ordenador accesibles por el procesador y que incluyen medios volátiles y no volátiles y medios extraíbles y no extraíbles. A modo de ejemplo, los medios legibles por ordenador pueden comprender medios de almacenamiento informático y medios de comunicación.

Los medios de almacenamiento informático pueden almacenar el software y los datos en un estado no transitorio e incluyen medios tanto volátiles como no volátiles, extraíbles y no extraíbles, implementados en cualquier procedimiento o tecnología de almacenamiento de software y datos, tal como instrucciones legibles por ordenador, estructuras de datos, módulos de programa u otros datos. Los medios de almacenamiento del ordenador incluyen, pero sin limitación, RAM, ROM, EEPROM, memoria flash u otra tecnología de memoria, CD-ROM, discos versátiles digitales (DVD) u otro tipo de almacenamiento en disco óptico, casetes magnéticos, cinta magnética, almacenamiento en disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio que pueda ser utilizado para almacenar la información deseada y que pueda ser accedido y ejecutado por el procesador.

La memoria incluye medios de almacenamiento informático en forma de memoria volátil y/o no volátil, como la memoria de sólo lectura (ROM) y la memoria de acceso aleatorio (RAM). En la ROM típicamente es almacenado un sistema básico de entrada/salida (BIOS), que contiene las rutinas básicas que ayudan a transferir información entre los elementos del ordenador, por ejemplo, durante el arranque. La memoria RAM contiene típicamente datos y/o módulos de programa que son inmediatamente accesibles y/o que están siendo operados por el procesador.

El ordenador también puede incluir otros medios de almacenamiento informático extraíbles/no extraíbles, volátiles/no volátiles, tal como (a) una unidad de disco duro que lee o escribe en medios magnéticos no extraíbles y no volátiles; (b) una unidad de disco magnético que lee o escribe en un disco magnético extraíble y no volátil; y (c) una unidad de disco óptico que lee o escribe en un disco óptico extraíble y no volátil, tal como un CD ROM u otro medio óptico. El medio de almacenamiento informático puede estar acoplado al bus del sistema mediante una interfaz de comunicación, en la que la interfaz puede incluir, por ejemplo, cables conductores de electricidad y/o vías de fibra óptica para transmitir señales digitales u ópticas entre los componentes. Otros medios de almacenamiento informático extraíbles/no extraíbles, volátiles/no volátiles que pueden utilizarse en el entorno operativo ejemplar incluyen casetes de cinta magnética, tarjetas de memoria flash, discos versátiles digitales, cinta de vídeo digital, RAM de estado sólido, ROM de estado sólido y similares.

Las unidades y sus medios de almacenamiento informático asociados proporcionan almacenamiento de instrucciones legibles por ordenador, estructuras de datos, módulos de programa y otros datos para el ordenador. Por ejemplo, un disco duro interno o externo al ordenador puede almacenar un sistema operativo, programas de aplicación y datos de programas.

Los controladores de fuente y carga 5 y 9 pueden utilizarse para medir la transferencia de energía y comunicar la información al usuario o a una ubicación remota. Por ejemplo, los procedimientos y el sistema desvelados pueden implementarse en una estación de carga pública para vehículos eléctricos y pueden utilizarse para enviar datos de consumo de electricidad a un procesador central de tarjetas de crédito. La transferencia de información puede realizarse a través de un enlace de comunicación exterior 15, como se representa en la FIG. 1. Un usuario también puede recibir un crédito por la electricidad que se transfiere desde su vehículo eléctrico y se vende a la red eléctrica. El enlace de comunicación exterior 15 también puede utilizarse para transferir otra información operativa. Por ejemplo, un vehículo eléctrico puede tener contactos bajo su chasis que descienden para hacer la conexión con una placa de carga incrustada en la superficie de la carretera. El enlace de comunicación 15 puede transferir información de proximidad que indica que el vehículo está sobre la placa de carga. La información puede inhibir la activación de la placa de carga a menos que el vehículo esté bien posicionado.

El puente de conmutación de fuente 7 puede complementarse con la adición de un relé electromecánico o "contactor" que proporcione un procedimiento redundante para desconectar la fuente 1 de los terminales de fuente a fin de proporcionar un respaldo en caso de que falle el puente de conmutación de fuente 7. El dispositivo de desconexión de carga 13 puede ser complementado de la misma manera por un relé electromecánico o un contactor. Las bobinas de activación del contactor electromecánico pueden ser alimentadas por lo que los expertos en la técnica conocen como un "circuito de vigilancia". El circuito de vigilancia se comunica continuamente con los controladores de fuente o de carga 5 y 9; de lo contrario, el contactor se abrirá automáticamente, proporcionando una medida de seguridad contra el software "congelado" o los circuitos dañados en los controladores 5 y 9.

Por referencia a la FIG. 3, uno o ambos conmutadores 61 y 62 pueden ser conmutadores de baja corriente y alta resistencia o pueden incluir una resistencia en serie que limita la corriente. Esto se debe a que estos conmutadores sólo están activos durante el estado de conducción inversa del puente de conmutación 7, en el cual se espera que fluya una corriente mínima en condiciones normales. Si se produce un fallo que consume una corriente importante, gran parte de la tensión de fuente caerá a través del conmutador 61/62 o de la resistencia en serie. De este modo, se puede determinar un indicador de la corriente de fallo simplemente midiendo la tensión en el punto 34 de la FIG. 1 y registrando un fallo si la tensión es superior a un valor predeterminado inferior a la tensión de fuente.

En la FIG. 8 se muestra una realización alternativa de un dispositivo de desconexión de carga y carga combinada 13. En esta realización, una cadena en serie de dispositivos de conmutación unidireccionales -en este caso, los diodos emisores de luz 70, 72, 74 y 76- se combinan en paralelo con las resistencias 71, 73, 75 y 77. Cuando el puente de conmutación 7 está en el estado de polaridad directa, la corriente fluye libremente a través de los diodos 70, 72, 74 y 76. Cuando el puente de conmutación 7 está en el estado de polaridad inversa, la corriente eléctrica es bloqueada por los diodos70, 72, 74 y76; pero se permite el flujo de una cantidad limitada en las resistencias paralelas 71, 73, 75 y ,77. Si hay un fallo dentro del dispositivo de desconexión de carga 13, representado por la resistencia de fallo (Rfault) 78, la combinación paralela de Rfault 78 y las resistencias 71, 73, 75 y 77 provocará un aumento de la corriente durante el tiempo en que el puente de conmutación 7 esté en el estado de polaridad inversa. Si la corriente supera un valor predeterminado, se registra un fallo y el controlador de fuente 5 actúa para poner el puente de conmutación 7 en un estado no conductor para desconectar la fuente 1 de los terminales de fuente 31a y 31b. Alternativamente, una disminución mensurable de la corriente puede indicar un dispositivo de desconexión de carga 13 dañado y el controlador de fuente 5 registraría nuevamente un fallo y pondría el puente de conmutación 7 en un estado no conductor.

El enlace de comunicación de datos 11 y/o el enlace de comunicación externa 15 pueden implementarse utilizando diversos procedimientos y protocolos bien conocidos por los expertos en la técnica. El hardware y los protocolos de comunicación pueden incluir RS-232, RS-485, bus CAN, Firewire y otros. El enlace de comunicación 11 puede establecerse utilizando conductores de cobre, fibra óptica, o de forma inalámbrica a través de cualquier área del espectro electromagnético permitida por los reguladores, tal como la Federal Communications Commission (FCC), tal y como se establece en la Parte 18 de las normas de la FCC; por ejemplo, las frecuencias de 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz y 5,9 GHz asignadas para WiFi o la frecuencia de 915Mhz asignada para ZigBee. La comunicación inalámbrica puede establecerse utilizando cualquiera de los protocolos conocidos por los expertos en la técnica, tal como Wi-Fi, ZigBee, IRDa, Wi-Max y otros. El enlace de comunicación de datos 11 y/o el enlace de comunicación externa 15 de la FIG. 1 puede ser lo que los expertos en la técnica denominan "comunicación sobre líneas eléctricas", o "comunicación o portadora de línea eléctrica" (PLC), también denominada "línea de abonado digital de línea eléctrica" (PDSL), "comunicación de red", o "banda ancha sobre líneas eléctricas" (BPL). Por referencia al controlador de fuente revisado de la FIG. 6, las señales de comunicación generadas por un microprocesador 20 se superponen a los terminales de origen 31a y 31b mediante un modulador/demodulador 48. Los procedimientos de hardware y software del modulador/demodulador 48 son bien conocidos por los expertos en la técnica. Aunque el controlador de fuente 5 se utiliza como ejemplo, una implementación idéntica del modulador/demodulador 48 puede estar contenida en el controlador de carga 9, permitiendo la comunicación bidireccional entre los controladores de fuente y de carga 5 y 9. El lado transmisor, ya sea la fuente 1 o la carga 3, combina las señales de comunicación con la forma de onda de potencia en los terminales de fuente o de la carga 31a y 31b o 32a y 32b. El lado receptor, ya sea la fuente 1 o la carga 3, separa entonces las señales de comunicación de la forma de onda de potencia.

Para permitir la transferencia de energía y las comunicaciones de datos de usuario simultáneas, el sistema puede configurarse como se muestra en la FIG. 7. En un ejemplo, se utiliza un cable de comunicación CAT 5 para transferir datos Ethernet entre el ordenador de un usuario final y un conmutador Ethernet; y los mismos conductores del cable pueden utilizarse para proporcionar 400-600 vatios de potencia al propio ordenador, utilizando los procedimientos descritos en la presente memoria. Por referencia a la FIG. 7, el circuito de fuente 50 puede incluir todos los componentes de fuente; o, por referencia a la FIG. 1, el circuito de fuente 50 puede incluir la fuente 1, el controlador de fuente 5, el puente de conmutación 7 y todos los componentes de fuente relacionados. El circuito de carga 51, mostrado en la FIG. 7, puede representar todos los componentes de la carga; o, por referencia a la FIG. 1, el circuito de carga 51 puede incluir la carga 3, el controlador de carga 9, el dispositivo de desconexión de carga 13 y todos los componentes de carga relacionados. Los conductores de salida del circuito de fuente 50 se aplican a los puntos de toma central de los transformadores de aislamiento 52 y 54 en el lado de fuente de la configuración. Los puntos centrales correspondientes de los transformadores de aislamiento 53 y 55 están en el lado de carga de la configuración y están conectados eléctricamente a los puntos centrales de los transformadores 52 y 54 a través de los devanados del transformador. En el lado de fuente, los datos de Ethernet pueden aplicarse a los devanados de los transformadores 52 y 54 que están aislados eléctricamente del lado de la toma central utilizando una configuración de par de conductores equilibrados que es bien conocida por aquellos en la industria. En el lado de carga, los pares se recogen en los devanados correspondientes de los transformadores 53 y 55 que están aislados eléctricamente del lado de la toma central que contiene la potencia. Dado que la energía es esencialmente corriente continua, pasa a través de los transformadores 52 y 54 del lado de fuente al lado de carga sin causar excitación magnética y, por lo tanto, no corrompe los datos que también residen en las líneas de comunicación. La configuración de hardware descrita de los transformadores de toma central se utiliza comúnmente en la industria para la implementación de alimentación a través de Ethernet (PoE) como se describe en la norma PoE IEEE-802.3a. PoE no tiene las características de seguridad, descritas en la presente memoria, y por lo tanto se limita a aproximadamente 48V para evitar la posibilidad de una descarga eléctrica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de distribución de energía para regular la transferencia de energía desde una fuente (1) en un lado de fuente y que incluye terminales de fuente (31a, 31b) a una carga (3) en un lado de carga y que incluye terminales de carga (32a, 32b), comprendiendo el sistema:

a) un controlador de fuente (5) en el lado de fuente del sistema de distribución de energía en comunicación con, y respuesta a, un sensor de la fuente (8) que proporciona retroalimentación al controlador de fuente (5) que incluye al menos una señal indicativa de la corriente eléctrica a través de los terminales de fuente (31a, 31b);

b) un puente de conmutación de fuente (7) acoplado eléctricamente con el controlador de fuente (5) y que responde a señales de control (40) del controlador de fuente (5) para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) y para aplicar una tensión de fuente en un estado de polaridad directa o inversa con respecto a los terminales de fuente (31a, 31b);

c) un dispositivo de desconexión de carga (13) configurado para desacoplar eléctricamente la carga (3) de los terminales de carga (32a, 32b); y

d) un dispositivo lógico implementado en al menos el controlador de fuente (5) y configurado para colocar el puente de conmutación de fuente (7) en un estado de polaridad inversa y configurado para realizar al menos una medición de la corriente que pasa por los terminales de fuente (31a, 31b) cuando el puente de conmutación de fuente (7) está en el estado de polaridad inversa en el que una medición de corriente fuera de los límites altos o bajos predeterminados indica que hay un objeto extraño o un organismo vivo haciendo contacto con los terminales de fuente o de carga (32a, 32b) o un fallo en el sistema de distribución de energía, y configurado para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si la medición de corriente cae fuera de los límites altos y bajos predeterminados.

2. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 1, que comprende además un controlador de carga (9) en el lado de carga del sistema de distribución de energía en comunicación con, y respuesta a, un sensor de carga que proporciona retroalimentación al controlador de carga (9), en el que la retroalimentación incluye al menos una señal (41) indicativa de una tensión a través de los terminales de carga (32a, 32b).

3. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 2, que comprende además un enlace de comunicación de datos (11) configurado para el intercambio de información de funcionamiento entre el controlador de fuente (5) y el controlador de carga (9), en el que la información de funcionamiento incluye al menos un valor indicativo de la tensión a través de los terminales de carga (32a, 32b) que es adquirido por el controlador de carga (9).

4. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 3, en el que el enlace de comunicación de datos (11) comprende circuitos de comunicación inalámbrica configurados para operar en frecuencias portadoras dentro de un espectro electromagnético permitido por los reguladores federales.

5. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 3, en el que los controladores de fuente y de carga (5, 9) incluyen cada uno un módem configurado para intercambiar la información de funcionamiento y operable para combinar una señal de comunicación con formas de onda de tensión presentes en los terminales de fuente o de carga (31a, 31b, 32a, 32b) y para separar posteriormente la señal de comunicación de las formas de onda de tensión presentes en los terminales de fuente o de carga (31a, 31b, 32a, 32b), de manera que los controladores de fuente y de carga (5, 9) puedan comunicarse entre sí utilizando únicamente conexiones entre los terminales de fuente y de carga (31a, 31b, 32a, 32b).

6. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 5, en el que los controladores de fuente y de carga (5, 9) están configurados para iniciar el intercambio de información de funcionamiento sólo cuando la fuente (1) está desconectada de los terminales de fuente (31a, 31b) para interrumpir, cuando se intercambia la información de funcionamiento, el flujo de corriente desde los terminales de fuente (31a, 31b) a los terminales de carga (32a, 32b) y el ruido eléctrico asociado generado por la corriente.

7. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 3, en el que los controladores de fuente y de carga (5, 9) incluyen cada uno un procesador 20 en comunicación con un medio legible por ordenador que almacena de forma no transitoria un código de software para intercambiar un código de verificación digital que debe coincidir con un valor predeterminado antes de que pueda iniciarse la transferencia de energía y un controlador de comunicación configurado para intercambiar el código de verificación digital.

8. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 2, en el que el puente de conmutación (7) está configurado para desacoplar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b), en el que el controlador de fuente (5) está configurado para calcular una diferencia entre una tensión de los terminales de fuente adquirida por el controlador de fuente (5) y la tensión de los terminales de carga adquirida por el controlador de carga (9) y para emitir una orden para abrir el puente de conmutación (7) si la diferencia no cae entre valores altos y bajos predeterminados.

9. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 1, en el que el puente de conmutación (7) está configurado para desacoplar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b), en el que el puente de conmutación (7) está configurado para responder a una señal de control (40) del controlador de fuente (5) para variar la relación de tiempo en que la fuente (1) está conectada a los terminales de fuente (31a, 31b) en relación con el tiempo en que la fuente (1) está desconectada de los terminales de fuente (31a, 31b) para regular la energía promedio transferida desde la fuente (1) a la carga (3).

10. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 1, que comprende además un sensor de tensión que permite al controlador de fuente (5) adquirir una señal indicativa de la tensión eléctrica en los terminales de fuente (31a, 31b), en el que el controlador de fuente (5) está configurado para desconectar la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si la tensión eléctrica está fuera de los límites altos o bajos predeterminados.

11. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 10, en el que el controlador de fuente (5) está configurado para multiplicar periódicamente las mediciones de tensión de los terminales de fuente con las mediciones de corriente de la fuente, lo que da como resultado un valor de potencia instantánea calculado, y para integrar los valores de potencia consecutivos para obtener un valor de energía total.

12. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 11, en el que el controlador de fuente (5) también está configurado para aplicar un cargo financiero a un usuario por la energía extraída de la fuente (1).

13. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de desconexión de carga (13) comprende un diodo (39).

14. El sistema de distribución de energía de la reivindicación 1, en el que la carga (3) y el dispositivo de desconexión de carga (13) comprenden una cadena en serie de dispositivos conductores de corriente unidireccionales (70, 72, 74, 76) con resistencias conectadas en paralelo (71,73, 75, 77), en el que los dispositivos unidireccionales (70, 72, 74, 76) están configurados para permitir el flujo de corriente cuando el puente de conmutación de fuente (7) está en el estado de polaridad directa y en el que las resistencias (71,73, 75, 77) permiten que una cantidad limitada de corriente fluya alrededor de los dispositivos unidireccionales (70, 72, 74, 76) cuando el puente de conmutación de fuente (7) está en el estado de polaridad inversa, y en el que el controlador de fuente (5) está configurado para medir el flujo de corriente durante el estado de polaridad inversa y desconecta la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si la medición de la corriente está fuera de los límites altos o bajos predeterminados.

15. Un procedimiento para implementar un sistema de distribución de energía de acuerdo con la reivindicación 1 para una transferencia de energía desde una fuente (1) a una carga (3), en el que el sistema de distribución de energía está configurado para detectar condiciones inseguras que incluyen objetos extraños conductores de electricidad o individuos que han entrado en contacto con conductores expuestos en el sistema de distribución de energía, comprendiendo el procedimiento comprende las etapas de:

a) generar una señal de respuesta (40) en un controlador de fuente (5) que incluye terminales de fuente (31a, 31b), invirtiendo la señal de respuesta (40) una tensión en los terminales de fuente (31a, 31b);

b) con la tensión en los terminales de fuente (31a, 31b) invertida, adquirir una medida de la corriente eléctrica que fluye a través de los terminales de fuente (31a, 31b); y

c) generar señales (40) desde el controlador de fuente (5) para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si y cuando la corriente eléctrica cae fuera de los límites altos o bajos que indican que hay un objeto extraño conductor u organismo vivo haciendo contacto eléctrico con los terminales de fuente o de carga (31a, 31b, 32a, 32b) o un fallo en el hardware del sistema de distribución de energía.

16. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que el controlador de fuente (5) se comunica con un controlador de carga (9) utilizando al menos uno de los enlaces de comunicación óptico, conductor e inalámbrico (11).

17. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que el controlador de fuente (5) adquiere un código de verificación digital de un controlador de carga (9) a través de un enlace de comunicación (11) y actúa para hacer que la fuente (1) se desconecte eléctricamente de los terminales de fuente (31a, 31b) si el código de verificación digital no coincide con un código previamente almacenado residente en la memoria del controlador de fuente (5).

18. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que el sistema de distribución de energía incluye un puente de conmutación de fuente (7) acoplado eléctricamente con el controlador de fuente (5) y que responde a las señales de control (40) del controlador de fuente (5) para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente, en el que el controlador de fuente (5) actúa para variar un periodo de tiempo de polaridad directa del puente de conmutación de fuente (7) en relación con el tiempo en el que el puente de conmutación de fuente (7) está en un estado de polaridad inversa o en el que la fuente (1) está desconectada de los terminales de fuente (31a, 31b), de manera que la energía promedio transferida desde la fuente (1) a la carga (3) pueda regularse de acuerdo con un algoritmo ejecutado por el controlador de fuente (5).

19. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además:

1) ejecutar un código en el controlador de fuente (5) para adquirir una medida de la corriente eléctrica que fluye a través de los terminales de fuente (31a, 31b) utilizando un sensor de corriente (8);

g) almacenar el valor de la corriente eléctrica en un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador en el controlador de fuente (5); y

h) abrir un puente de conmutación de fuente (7) para desconectar la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si y cuando la corriente eléctrica supere un valor máximo predeterminado.

20. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además ejecutar un algoritmo en el controlador de fuente (5) para calcular una diferencia entre la tensión de los terminales de fuente adquirida por el controlador de fuente (5) mediante un sensor de tensión de los terminales de fuente y una tensión de los terminales de carga adquirida por el controlador de fuente (5) desde un controlador de carga (9) y abrir un puente de conmutación de fuente (7) para desconectar la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si y cuando la diferencia entre la tensión de los terminales de fuente y la tensión de los terminales de carga no cae entre los límites alto y bajo predeterminados.

21. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además, en el controlador de fuente (5):

1) adquirir una medida de la corriente eléctrica que fluye a través de los terminales de fuente (31a, 31b) mediante un sensor de corriente (8);

g) adquirir una medida de la tensión del terminal de fuente mediante un sensor de tensión;

h) multiplicar periódicamente las mediciones de tensión de los terminales de fuente por las mediciones de corriente de la fuente para obtener un valor de potencia instantánea; y

i) integrar los valores consecutivos de potencia calculados con respecto al tiempo para obtener un valor de energía total.

22. El procedimiento de la reivindicación 21, que comprende además aplicar una carga financiera a un usuario de la energía por la energía extraída por el usuario de la fuente (1).

23. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que el controlador de fuente (5) adquiere una primera medición de la tensión del terminal de la fuente utilizando un sensor de tensión mientras el puente de conmutación de fuente (7) está en un estado de polaridad directa y una segunda medición de la tensión del terminal de la fuente inmediatamente después de que el puente de conmutación de fuente (7) desconecte eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b), y calcula una diferencia entre la primera y la segunda medición de tensión en los terminales de fuente, y en el que el controlador de fuente (5) toma medidas para desconectar eléctricamente la fuente (1) de los terminales de fuente (31a, 31b) si la diferencia de la tensión en los terminales de fuente está fuera de los límites altos o bajos predeterminados.

24. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el controlador de fuente (5) también adquiere una medición de la corriente eléctrica que fluye a través de los terminales de fuente (31a, 31b) utilizando un sensor de corriente (8) mientras el puente de conmutación de fuente (7) está en el estado de polaridad directa y divide la diferencia de tensión de los terminales de fuente por la medición de la corriente eléctrica para obtener un valor para una resistencia de los conductores entre los terminales de fuente (31a, 31b) y los terminales de carga (32a, 32b), y en el cual el controlador de fuente (5) actúa para desconectar la fuente (1) si el valor de la resistencia cae fuera de los límites altos y bajos predeterminados.

25. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además conectar un primer conductor de salida del circuito de fuente (50) a un punto de toma central de una bobina secundaria de un primer transformador de aislamiento y conectar un segundo conductor de salida del circuito de fuente (50) a un punto de toma central de una bobina secundaria de un segundo transformador de aislamiento, en el cual un primer conductor de entrada del circuito de carga (51) está conectado a un punto de toma central de una bobina primaria de un tercer transformador de aislamiento y un segundo conductor de entrada del circuito de carga (51) está conectado a un punto de toma central de una bobina primaria de un cuarto transformador de aislamiento, de tal manera que la configuración cancele sustancialmente cualquier flujo producido en los cuatro transformadores debido a la corriente que fluye desde el circuito de fuente (50) al circuito de carga (51), y en el que los terminales restantes no utilizados de los cuatro transformadores puedan ser utilizados para transmitir y recibir datos que están eléctricamente aislados y son independientes de la corriente eléctrica que fluye desde el circuito de fuente (50) al circuito de carga (51).

26. El procedimiento de la reivindicación 25, en el que los datos se comunican utilizando la tecnología Ethernet.

27. El procedimiento de la reivindicación 25, en el que los datos se comunican utilizando tecnología de línea de abonado digital.