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Abstract

DISPOSITIVO, E, PROCESSO DE PROTEÇÃO DE UM APARELHO ELÉTRICO CONTRA CORRENTES DE TOQUE Dispositivo e processo de estimativa de uma corrente de toque e proteção de um aparelho elétrico contra tais correntes de toque. A invenção refere-se à proteção de um aparelho elétrico (3) contra correntes de toque, o referido aparelho (3) sendo destinado a ser conectado entre uma fonte de energia elétrica e um equipamento embarcado a bordo de um veículo automotivo (1). Ela implementa um circuito (9) de detecção das correntes de fuga e de estimativa das correntes de toque destinado a vir conectar-se sobre as linhas de conexão elétrica (4a, 4b, 4c, 8) do aparelho (3), um circuito de medição (14) da corrente de massa, e os meios de comando de funcionamento (11) do aparelho (3) em função do nível estimado das correntes de toque e do nível medido da corrente de massa. A invenção encontra aplicação na proteção contra as correntes de fuga quando da recarga de um veículo automotivo com tração elétrica ou híbrida.

Description

A invenção refere-se à proteção de aparelhos elétricos contra correntes de fuga e mais particularmente a proteção de carregadores de bateria de veículos elétricos contra as correntes de fuga susceptíveis de aparecer quando da ligação do carregador sobre uma rede de distribuição de energia elétrica.
Os carregadores utilizados em certos veículos automotivos elétricos não são isolados. Cada elemento do carregador apresenta uma capacitância em modo comum em relação ao chassi. Quando da conexão a uma rede de distribuição de energia elétrica, as voltagens aplicadas a estes diferentes elementos vão provocar, através destas capacitâncias, correntes de fuga para a terra.
Estas correntes de fuga para a terra podem, quando do seu aparecimento, desencadear proteções diferenciais de corrente residual aptas a interromper o processo de carga.
No caso em que um usuário toca a carroceria do veículo elétrico durante a carga, as correntes de fuga para a terra tomam-se correntes ditas de “toque” ou de “contato”, se há uma falha de conexão à terra do veículo. Estas correntes de toque são limitadas pela norma internacional 61851-21 a 3,5mA.
Propôs-se, a fim de limitar estas correntes, utilizar um transformador cirando um isolamento galvânico entre a rede de distribuição e a bateria.
Os transformadores utilizados são elementos volumosos cujo tamanho aumenta com a potência de carga, ou com a corrente que atravessa os mesmos. Esta solução tem, portanto, por inconveniente acarretar um custo suplementar bem como um aumento do volume do dispositivo, o que penaliza muito o veículo automotivo elétrico.
Por outro lado, é possível conectar os carregadores atuais a redes monofásicas ou trifásicas para obter uma potência de carga mais elevada. Quando de uma conexão a uma rede trifásica, as solicitações sobre os transformadores utilizados são assim acentuadas.
Foi proposto igualmente de redirecionar as correntes de fuga para o neutro da rede elétrica, por exemplo, por meio de um capacitor ligado entre a carroceria do veículo elétrico e o neutro.
As soluções de limitações de correntes têm por inconveniente não poder levar em conta um aumento das correntes de fuga. Tal aumento pode provir de um aumento da capacitância de interferência ou uma falha do sistema de compensação. Os sistemas de limitação das correntes de fuga não podem, portanto, manter uma corrente de toque sobre o chassis inferior a 3,5mA.
Tendo em vista o precedente, a invenção tem por objetivo fornecer uma estimativa das correntes de toque, e proteger o veículo elétrico quando das variações das correntes de toque
Outro objetivo da invenção é manter o valor das correntes de toque sob um valor limite predefmido.
De acordo com um primeiro aspecto propõe-se, portanto, um dispositivo de proteção de um aparelho elétrico contra correntes de toque, o referido aparelho sendo destinado a ser conectado entre uma fonte de energia elétrica e um equipamento embarcado a bordo de um veículo automotivo.
Este dispositivo comporta um circuito de detecção das correntes de fuga e de estimativa das correntes de toque destinado a vir conectar-se sobre as linhas de conexão elétrica do aparelho, um circuito de medição da corrente de massa, e meios de comando de funcionamento do aparelho em função do nível estimado das corrente de toque e o nível medido da corrente de massa.
Assim, os meios de comando permitem autorizar ou impedir a alimentação de energia elétrica se há um aparecimento de correntes de fuga elevadas ou um desaparecimento de correntes de fuga.
Com vantagem, a fonte de energia elétrica pode ser uma rede de alimentação trifásica ou monofásica.
O aparelho elétrico pode ser um carregador de uma bateria embarcada a bordo do veículo automotivo, o veículo automotivo elétrico sendo um veículo automotivo com tração elétrica ou híbrida.
De acordo com outro aspecto, propõe-se um processo de proteção de um aparelho elétrico contra correntes de toque, o referido aparelho sendo destinado a ser conectado entre uma fonte de energia elétrica e um equipamento embarcado a bordo de um veículo automotivo.
De acordo com uma característica geral do processo, o processo compreende uma detecção das correntes de fuga, uma estimativa das correntes de toque, uma medição da corrente de massa, e um comando do funcionamento do aparelho em função do nível estimado das correntes de toque e do nível medido da corrente de massa.
Com vantagem, conecta-se o aparelho elétrico à fonte de energia elétrica e impede-se a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado em função do nível estimado das correntes de toque e do nível medido da corrente de massa.
Assim, o equipamento embarcado não é alimentado automaticamente quando da conexão.
Se a corrente de massa medida é inferior a um primeiro valor de limiar definido então se impede a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado.
Uma corrente de massa muito baixa pode assinalar uma falha de conexão à terra, sendo, portanto, necessário impedir a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado.
Se a corrente de massa medida é superior a um segundo valor de limiar definido então se autoriza a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado.
Se a estimativa das correntes de toque for inferior a um terceiro valor de limiar definido, então se autoriza a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado.
Se a estimativa das correntes de toque for superior a um quarto valor de limiar definido, então se impede a alimentação de energia elétrica do equipamento embarcado.
Outras vantagens e características da invenção aparecerão no estudo da descrição seguinte, tomada a título de exemplo não limitativo e ilustrada pelos desenhos em anexo nos quais: - a figura 1 apresenta, de modo esquemático, o princípio geral de proteção contra as correntes de fuga de acordo com a invenção; - a figura 2 ilustra um modo de realização de um dispositivo de acordo com a invenção; e - a figura 3 ilustra o funcionamento de um processo de proteção de acordo com a invenção.
Na figura 1, representou-se o princípio da geração de correntes de fuga em um veículo elétrico, ao qual é conectado um carregador de bateria não isolado galvanicamente.
Nota-se, contudo que este princípio é aplicável a qualquer tipo de aparelho, de tipo carregador de bateria ou outro, notadamente para veículo automotivo com cadeia de tração elétrica ou híbrida no qual as correntes de toque são susceptíveis de aparecer após conexão do aparelho quando se toca a carroceria do veículo.
Nesta figura, a referência numérica 1 designa o veículo como um todo e a referência 2 designa uma estrutura eletricamente condutora do veículo, no caso a carroceria do veículo.
Como representado, o veículo automotivo elétrico 1 é aparelhado aqui com um carregador 3 e comporta, além disso, um conjunto de baterias e de cadeia de tração elétrica não representados nesta figura.
Como evidente, o veículo 1 pode ser, além disso, equipado com numerosos elementos suplementares que não foram representados na figura por razões de simplificação.
O carregador 3 é ligado à rede de alimentação por uma conexão elétrica 4. A conexão elétrica 4 pode comportar várias fases. Um dispositivo de proteção 5 do carregador 3 é disposto sobre a conexão elétrica 4.
Quando o carregador 3 é conectado a uma rede elétrica, um capacitor de interferência 6 cria uma corrente de fuga entre 1 e carregador 3 e 1 têm estrutura 2.
Se um usuário 7 toca a carroceria do veículo 2, este último é atravessado por uma corrente de toque o criado através do capacitor de interferência 6.
A corrente de fuga produz igualmente uma corrente de massa IM - o dispositivo de proteção 5 permite detectar o aparecimento de correntes de fuga e comandar o carregador 3 em função, notadamente, das correntes de fuga.
A figura 2, na qual se detalhou a arquitetura do dispositivo de proteção 5, ilustra um veículo 1 comportando três conexões elétricas 4a, 4b e 4c assegurando a conexão do veículo a uma rede trifásica ou monofásica, e uma conexão à terra 8.
O dispositivo de proteção 5 comporta um circuito 9 de detecção das correntes de fuga e de estimativa de corrente de toque, comportando meios de medição de corrente com vantagem escolhidos para detectar as intensidades a medir através das fases 4a, 4b, 4c e a conexão à terra 8.
O circuito 9 fornece uma estimativa em função da corrente que retoma ao carregador 3.
O circuito 9 pode ser constituído de uma medição de fluxo eletromagnético por um torróide de medição compreendendo as fases e a terra.
Este circuito 9 pode também compreender meios de cálculo da diferença de medição entre a corrente de massa e a corrente de fuga. A medição da corrente de fuga compreende a medição da corrente de fuga das três fases.
Um circuito de adaptação 10 permite, em seguida, adaptar a saída do circuito estimador de corrente de toque 9 para atingir uma unidade de tratamento 11. O circuito de adaptação 1 0 compreende um conjunto de três resistências 12 e dois capacitores 13.
A unidade de tratamento 11 compreende meios de comando do carregador 3.
Um circuito de medição das correntes de massa 14 é disposto sobre a conexão à terra 8. Este circuito 14 é ligado, por meio de uma resistência 15, à unidade de tratamento 11.
A figura 3 detalha as diferentes etapas implementadas em um dispositivo de proteção de um aparelho elétrico contra correntes de fuga.
Estas etapas são implementadas aqui em um veículo automotivo elétrico 1 comportando um carregador 3.
O carregador 3 é conectado a uma rede de alimentação elétrica que pode ser monofásica ou trifásica quando de uma ramificação efetuada durante a etapa El.
Duas etapas de medição e de estimativa E2 e E3 são em seguida implementadas simultaneamente. A etapa E2 corresponde à medição da corrente de massa IM pelo circuito 14. A etapa E3 corresponde à estimativa das correntes de toque 1T pelo circuito 9.
A etapa E2 é seguida de uma etapa de comparação E4 na qual a corrente 1M é comparada a um ou vários valores de limiar predefinidos, por exemplo, quando de testes.
Por exemplo, se a corrente 1M medida for inferior a um primeiro valor de limiar, então a quantidade de corrente se juntando à massa é muita baixa, o que pode indicar uma falha de conexão à terra. A carga é interditada quando da etapa E6.
Se a corrente IM for superior a um segundo valor de limiar definido, então a quantidade de corrente saindo do carregador 3 é suficiente para indicar que há uma conexão à terra, e a carga é autorizada (etapa E7).
A etapa E3 é seguida por uma etapa de comparação E5 na qual a corrente de toque estimada IT é comparada a um ou vários valores de limiar predefmidos.
Se a corrente estimada IT for inferior a terceiro valor de limiar predefmido, então se pode autorizar a carga (etapa E7), um usuário podendo sem perigo tocar a estrutura 2.
Se a corrente estimada IT for superior a um quarto valor de limiar predefmido, então se interdita a carga (etapa E6).
Como previamente, estes terceiros e quartos valores de limiares podem ser obtidos por aprendizagem prévia, e, preferivelmente, ser fixados iguais, por exemplo, a 3,5mA.
Graças à invenção, obtém-se um benefício a partir de um dispositivo podendo ser utilizado em qualquer tipo de aparelho elétrico não isolado. A invenção permite uma proteção dos usuários e do aparelho em cada momento da sua utilização. Além disso, a proteção pode ser implementada quando de uma conexão a uma rede monofásica ou s uma rede trifásica.
Mais precisamente, o processo de proteção de acordo com a invenção pode compreender uma etapa de envio de uma mensagem, sobre detecção de uma corrente de toque IT muito considerável ou de uma corrente de massa 1M muito baixa, à rede de alimentação do aparelho elétrico 3, a fim de parar a carga do aparelho elétrico 3.
Notadamente no caso em que o aparelho elétrico 3 é um veículo elétrico, esta mensagem é, por exemplo, enviada a partir de um computador do veículo gerando a carga elétrico do veículo, sobre uma linha de comunicação dita “linha piloto”, ao terminal de carga que alimenta o aparelho elétrico 3.
Quando da recepção desta mensagem o terminal de carga abre um contator desconectando as conexões 4a, 4b, 4c e 8 da rede trifásica ou monofásica alimentando até então o veículo.

Claims (10)

1. Dispositivo de proteção de um aparelho elétrico (3) contra correntes de toque (IT), o aparelho (3) configurado para ser conectado entre uma fonte de energia elétrica e um item de equipamento embarcado a bordo de um veículo automotivo (1) compreendendo um circuito (9) de detecção das correntes de fuga, caracterizado pelo fato de que este ainda compreende: um circuito de estimativa das correntes de toque (IT), configurado para ser conectado às linhas de conexão elétrica (4a, 4b, 4c, 8) do aparelho (3); um circuito (14) de medição da corrente de massa; e um controlador que compara um nível estimado das correntes de toque (IT) a um limite predeterminado desta corrente e que compara um nível medido das correntes de massa (IM) a um limite predeterminado desta corrente, o controlador ainda controlando a alimentação de energia elétrica a partir da fonte de energia elétrica para referido equipamento embarcado a bordo baseado no resultado comparativo para o limite predeterminado da corrente de toque (IT) e no resultado comparativo para o limite predeterminado da corrente de massa (IM).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia elétrica inclui uma rede de alimentação trifásica ou monofásica.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho elétrico (3) inclui um carregador para uma bateria embarcada a bordo do veículo automotivo (1), o referido veículo automotivo elétrico sendo um veículo automotivo com tração elétrica ou híbrida.
4. Processo de proteção de um aparelho elétrico (3) contra correntes de toque (IT), o aparelho (3) configurado para ser conectado entre uma fonte de energia elétrica e um item de equipamento embarcado a bordo de um veículo automotivo (1), o processo compreendendo detecção das correntes de fuga, o método sendo caracterizado pelo fato de que este também compreende: estimativa das correntes de toque (IT); medição da corrente de massa (IM); comparação de uma corrente de toque (IT) estimada para limite predeterminado destas correntes; comparação de uma corrente de massa (IM) medida para limite predeterminado destas correntes; e controle de energia elétrica alimentada a partir da referida fonte de energia elétrica para referido equipamento embarcado a bordo baseado no resultado de referida comparação de um nível estimado das correntes de toque (IT) e baseado no resultado de referida comparação de um nível estimado das correntes de massa (IM).
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aparelho elétrico (3) é conectado à fonte de energia elétrica e a alimentação do equipamento embarcado com energia elétrica é evitada em função do nível estimado das correntes de toque (IT) e do nível medido da corrente de massa (IM).
6. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende impedir a alimentação do equipamento embarcado com energia elétrica se a corrente de massa (IM) medida for inferior a um primeiro valor de limiar.
7. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende autorizar a alimentação do equipamento embarcado com energia elétrica se a corrente de massa (IM) medida for superior a um segundo valor de limiar.
8. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende autorizar a alimentação do equipamento 5 embarcado com energia elétrica se a estimativa de corrente de toque (IT)for inferior a um terceiro valor de limiar.
9. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ainda compreende impedir a alimentação do equipamento embarcado com energia elétrica se a estimativa de corrente de toque (IT) for io superior a um quarto valor de limiar definido.
10. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a parada da alimentação do equipamento embarcado com energia elétrica é efetuada por envio de uma mensagem a partir do equipamento embarcado sobre uma linha de comunicação para um terminal 15 de carga.
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