ES2833470T3

ES2833470T3 - Dispositivo de suministro de energía y procedimiento para operar un dispositivo de suministro de energía

Info

Publication number: ES2833470T3
Application number: ES18158615T
Authority: ES
Inventors: Erwin Alex Zurfluh; Oliver Schwehn
Original assignee: Thales Management and Services Deutschland GmbH
Current assignee: Thales Management and Services Deutschland GmbH
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: EP3531137B1; PT3531137T; EP3531137A1; DK3531137T3

Abstract

Dispositivo de suministro de energía para suministrar energía a los consumidores, que comprende: - un bus de energía con una línea de bus de 2 polos (L), - elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn), en donde dos elementos de acoplamiento de bus limitan un segmento de bus de la línea de bus (L) por comprobar, y en donde los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) comprenden cada uno un primer par de elementos de conmutación con primeros elementos de conmutación (S1) para el aislamiento eléctrico de la línea de bus (L), y - una primera fuente de alimentación (PS1), en particular una fuente de tensión continua, caracterizado por que los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) comprenden cada uno tres resistencias de puente (RB), que están conectadas en serie entre el lado de potencial positivo y el lado de potencial negativo de la línea de bus (L), y dos resistencias de puente (Rs), cada una puenteando un elemento de conmutación (S1) del primer par de elementos de conmutación, que el dispositivo de suministro de energía para determinar fallas en la línea presenta un circuito de puente doble de Wheatstone con una rama de puente de referencia (RZ), una rama de puente de prueba (PZ) y dos ramas de puente indicador (IZ), que para la comprobación del segmento de bus (BS) de uno de los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) que delimita el segmento de bus por comprobar sirve como elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA) y el otro como elemento de acoplamiento de bus de prueba (PBA), en donde la rama de puente de referencia (RZ) comprende las tres resistencias de puente (RB) del elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA), y en donde la rama de puente de prueba (PZ) comprende las tres resistencias de puente (RB) del elemento de acoplamiento de bus de prueba (PZ), así como las resistencias de puente (Rs) del elemento de acoplamiento de bus de referencia (PBA).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de suministro de energía y procedimiento para operar un dispositivo de suministro de energía

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a un dispositivo de suministro de energía para el suministro de energía a los consumidores que comprende una primera alimentación, un bus de energía con una línea de bus de 2 polos y elementos de acoplamiento de bus, en donde dos elementos de acoplamiento de bus delimitan cada uno un segmento de bus de la línea de bus y en donde los elementos de acoplamiento de bus comprenden cada uno un primer par de elementos de conmutación para la separación eléctrica de la línea de bus. Incluye línea de bus. La invención también se refiere a un procedimiento para operar un dispositivo de suministro de energía.

Un dispositivo de suministro de energía de este tipo se conoce del documento EP 3247015 A1.

Un procedimiento para determinar un fallo de línea dentro de un bus de energía se conoce por los documentos WO 2016/206843 y DE 102010030821.

Un “bus de energía” se refiere a una disposición secuencial de varios consumidores a lo largo de una línea de bus (de 2 polos) con una alimentación común. Además de la línea de bus, el bus de energía del dispositivo de suministro de energía conocido también comprende elementos de acoplamiento de bus de consumo que están dispuestos a lo largo de la línea de bus, es decir, uno detrás del otro, y que dividen la línea de bus en segmentos de bus, así como, según el número de alimentaciones (fuentes de tensión continua), elementos de acoplamiento de bus de alimentación a través de los cuales se puede alimentar la energía de la o las alimentaciones en la línea de bus. Un bus de energía puede presentar una topología lineal (línea de bus abierta) o en forma de anillo (línea de bus cerrada). El flujo de corriente dentro del bus de energía es bidireccional.

Los elementos de acoplamiento de bus de consumidor presentan elementos de conmutación para la separación eléctrica de la línea de bus, de modo que los elementos de acoplamiento de bus se encuentran en un estado básico y/o un primer estado operativo en el que la línea de bus es interrumpida eléctricamente por el correspondiente elemento de acoplamiento de bus de consumidor (elemento de acoplamiento de bus con conexión para consumidores), y se puede llevar a un segundo estado operativo en el que los segmentos de bus están conectados eléctricamente por el correspondiente elemento de acoplamiento de bus de consumidor. Los elementos de acoplamiento del bus de consumidor son en general funcionalmente independientes de los respectivos consumidores. También puede haber elementos de acoplamiento de bus que no alimentan un consumidor. Los elementos de acoplamiento de bus forman puntos de interrupción en los que se puede interrumpir la línea de bus. En el caso de la separación/interrupción de la línea de bus, se trata de la falta de una conexión conductora de electricidad entre los segmentos de bus vecinos. Esto logra un aislamiento eléctrico en el intervalo de potencial de tensión de la tensión de funcionamiento.

La separación de la línea de bus en varios tramos de línea de bus (segmentos de bus) por los elementos de acoplamiento del bus de consumidor (interrupción eléctrica de la línea de bus en los puntos de interrupción) permite que los consumidores se enciendan secuencialmente y, por lo tanto, una reducción de los picos de corriente que se producen cuando se encienden los consumidores (estructura de bus). En caso de un segmento defectuoso de la línea de bus (por ejemplo, cortocircuito), los elementos de acoplamiento del bus de consumidor del sector de alimentación en cuestión se conmutan al primer estado operativo. A continuación, se debe reiniciar el bus de energía o el sector de suministro afectado. Durante este tiempo, los consumidores conectados en este sector de suministro no pueden recibir energía del elemento de acoplamiento del bus de alimentación.

En la tecnología de control y seguridad de los ferrocarriles, las líneas activas en el sistema exterior se implementan generalmente como redes IT (IT - isolée terre). Esto significa que los potenciales eléctricos de los conductores activos están aproximadamente centrados alrededor del potencial de tierra. En el caso de un primer cortocircuito de un conductor al potencial de tierra, el potencial del otro conductor cambia en relación con el potencial de tierra y el otro conductor respectivo, pero el sistema aún es completamente funcional. Con dos conductores activos en una red IT, existen esencialmente tres tipos de cortocircuitos: cortocircuitos entre los conductores individuales y el potencial de tierra y el cortocircuito directo entre los conductores activos.

En los sistemas de suministro de energía convencionales con buses de energía, se proporciona un dispositivo conectado a la línea de suministro (monitor de falla a tierra, por ejemplo, Bender UG145) que detecta cualquier cambio de potencial que pueda ocurrir, generando una alarma. Las regulaciones actualizadas, especialmente la norma DIN EN 61557-8, ahora requieren monitoreo de aislamiento con salida de un valor de resistencia. Estos dispositivos (por ejemplo, Bender iso685) funcionan con un procedimiento que aplica pulsos a la red IT y utiliza un procesador para calcular el valor de aislamiento a partir de la respuesta de la red. Este complejo procedimiento es adecuado para redes con altas capacidades eléctricas, pero el procedimiento es lento y costoso. Además, sin sensores externos complejos, no es posible determinar exactamente dónde ocurrió la falla en el bus de energía.

Un procedimiento para eliminar automáticamente los cortocircuitos en un bus de energía con varias unidades de nodo de red se conoce del documento WO 2016/206843 A1. Cada unidad de nodo de red mide la corriente del bus y la dirección de la corriente. Si se sobrescribe un valor límite, el bus de energía se desconecta por etapas. La desventaja de este procedimiento es que, con capacidades de red elevadas (condensadores de entrada de las fuentes de alimentación en modo conmutado de muchos nodos de la red), apenas es posible la desconexión selectiva en milisegundos y, por lo tanto, se puede superar la brecha de alimentación permitida.

Además, se requiere un sistema de control de nivel superior para intercambiar información con las unidades funcionales descentralizadas (consumidores) mediante telegramas de datos.

Objeto de la invención

El objeto de la invención es proponer un dispositivo y un procedimiento mediante el cual, por un lado, un bus de energía se puede poner en funcionamiento rápidamente y sin interrupciones y ciertamente no se conecta un segmento de bus perturbado posiblemente existente en la estructura del bus.

Con la invención que se describe a continuación, cuando ocurre una falla, el segmento de bus defectuoso se puede aislar inmediatamente cuando un bus de energía está en funcionamiento y el bus de energía o los segmentos de bus no afectados por la falla se pueden reiniciar de manera rápida y segura, de modo que los tiempos de inactividad para los consumidores del bus de energía se puede minimizar o incluso prevenir.

Descripción de la invención

Este objeto se consigue según la invención mediante un dispositivo de suministro de energía de acuerdo con la reivindicación 1 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7.

En el dispositivo de alimentación de energía según la invención, uno de los elementos de acoplamiento de bus que delimitan el segmento de bus por comprobar se utiliza como elemento de acoplamiento de bus de referencia y el otro, como elemento de acoplamiento de bus de prueba para comprobar el segmento de bus. De acuerdo con la invención, los elementos de acoplamiento de bus comprenden cada uno tres resistencias de puente, que están conectadas en serie entre sí entre el lado de potencial positivo y el lado de potencial negativo de la línea de bus, y dos resistencias de puente, cada una de las cuales puentea un elemento de conmutación del primer par de elementos de conmutación. El dispositivo de alimentación de acuerdo con la invención presenta un circuito de puente de Wheatstone doble con una rama de puente de referencia, una rama de puente de prueba y dos ramas de puente indicador para determinar fallas de línea, en donde la rama de puente de referencia comprende las tres resistencias de puente del elemento de acoplamiento de bus de referencia y en donde la rama de puente de prueba comprende las tres resistencias de puente del elemento de acoplamiento de bus de prueba, así como las resistencias de puente del elemento de acoplamiento del bus de referencia.

De acuerdo con la invención, se conecta un circuito de doble puente en la línea de bus de tal manera que los elementos del circuito de doble puente se dividan entre dos elementos de acoplamiento de bus, de modo que uno de los elementos de acoplamiento de bus (es decir, el que está eléctricamente más cerca de la alimentación) sirve como elemento de acoplamiento de bus de referencia. Con el circuito de acuerdo con la invención, se pueden determinar tanto los cortocircuitos dentro del bus de energía como los cortocircuitos al potencial de tierra. El término “cortocircuitos” incluye tanto las líneas de descarga de baja impedancia que exceden la corriente nominal del sistema de bus como las corrientes relativamente pequeñas contra el potencial de tierra que exceden las especificaciones de aislamiento.

El segmento de bus por comprobar está limitado por un elemento de acoplamiento de bus ascendente (elemento de acoplamiento de bus de referencia) y un elemento de acoplamiento de bus descendente (elemento de acoplamiento de bus de prueba).

Las resistencias de puente dentro de cada rama de puente de referencia o de prueba están conectadas en serie y, por lo tanto, comprenden una resistencia de puente central y dos resistencias de puente externas.

El principio del circuito de puente doble se basa en el hecho de que las relaciones de resistencia en la rama del puente de referencia son las mismas que las relaciones de resistencia en la rama del puente de prueba. Esto se puede lograr eligiendo los valores de resistencia de modo que la resistencia del puente central y dos resistencias del puente exterior presenten el mismo valor de resistencia y que el valor de la resistencia de puente corresponda a la suma de los valores de las resistencias del puente En el caso de una línea de bus con un gran número de elementos de acoplamiento de bus, puede resultar ventajoso que las resistencias medias del puente se seleccionen para que sean mayores que las resistencias del puente exterior (ver más abajo). Los valores de resistencia se eligen de la siguiente manera: La relación entre el valor de resistencia de la resistencia del puente externo en un lado del potencial y la suma de los valores de resistencia del puente central y la resistencia del puente externo en el otro lado del potencial es igual a la relación entre el valor de resistencia de la resistencia de puente en un lado del potencial y la suma de los valores de resistencia de las resistencias del puente y la resistencia de puente del otro lado del potencial. Debido al uso inventivo de un procedimiento de medición de puente, la prueba se puede llevar a cabo en gran medida independientemente de la tensión aplicada a los elementos de acoplamiento del bus.

El puente doble comprende dos ramas indicadoras, cada una de las cuales conecta un punto de prueba de la rama del puente de prueba con un punto de referencia de la rama del puente de referencia. Cada rama del indicador comprende un dispositivo de medición de tensión que determina la diferencia de potencial (tensión de puente) entre el punto de prueba respectivo y el punto de referencia asociado. El punto de prueba de la primera (o segunda) rama del indicador se encuentra entre la resistencia del puente externo del elemento de acoplamiento del bus de prueba y la resistencia de puente del elemento de acoplamiento del bus de referencia en el lado del potencial positivo (o negativo) de la línea del bus. El punto de referencia de la primera (o segunda) rama del indicador se encuentra entre la resistencia del puente central y exterior (en el lado de potencial positivo (o negativo) de la línea de bus) del elemento de acoplamiento de bus de referencia. Al medir los voltajes del puente, es posible determinar rápida y fácilmente si hay una falla y qué tipo de falla está presente.

El dispositivo según la invención comprende preferentemente un gran número de elementos de acoplamiento de bus y consumidores conectados a ellos, en donde dos elementos de acoplamiento de bus adyacentes (pares de elementos de acoplamiento de bus) comprenden cada uno un circuito puente doble de Wheatstone, mediante el cual se puede comprobar el segmento de bus entre el elemento de acoplamiento del bus de prueba y el elemento de acoplamiento del bus de referencia.

Los elementos de acoplamiento del bus de consumo se pueden alimentar con energía desde dos direcciones, por ejemplo, mediante dos alimentaciones. Los circuitos de doble puente se construyen preferiblemente de manera simétrica con respecto a las dos direcciones de alimentación, de modo que cada elemento de acoplamiento de bus de un par de elementos de acoplamiento de bus pueda funcionar como elemento de acoplamiento de bus de prueba y como elemento de acoplamiento de bus de referencia para el segmento de bus respectivo por probar (dependiendo de la dirección de alimentación). A continuación, se puede comprobar cada segmento de bus desde ambas direcciones.

El dispositivo según la invención se utiliza preferentemente dentro de una red del tipo de red IT (isolée terre), es decir, por definición, los potenciales eléctricos de los conductores activos de la línea de bus no tienen relación con el potencial de tierra, pero en la práctica pueden centrarse alrededor del potencial de tierra con resistencias simétricas de alta resistencia. Este tipo de red se utiliza preferentemente en tecnología ferroviaria, especialmente en tecnología de control y seguridad.

El elemento de acoplamiento del bus de prueba es un elemento de acoplamiento del bus de consumidor, es decir, un elemento de acoplamiento de bus que se configura de manera que se pueda conectar un consumidor. Por tanto, se comprueba el segmento de bus que conduce a un elemento de acoplamiento de bus de consumidor para la fuente de alimentación para garantizar que un consumidor conectado a este elemento de acoplamiento de bus pueda funcionar en forma segura. Un elemento de acoplamiento de bus de alimentación o un elemento de acoplamiento de bus de consumo puede servir como elemento de acoplamiento de bus de referencia.

El elemento de acoplamiento de bus de consumidor comprende elementos de conmutación para la separación eléctrica de la línea de bus, de modo que los elementos de acoplamiento de bus se encuentran en un estado básico y/o en un primer estado operativo en el que la línea de bus es interrumpida eléctricamente por el correspondiente elemento de acoplamiento de bus de consumidor, y se puede llevar a un segundo estado operativo en el que los segmentos de bus están conectados eléctricamente por el correspondiente elemento de acoplamiento de bus de consumidor.

Preferiblemente, los consumidores están equipados al menos parcialmente con un acumulador de energía local. Al verificar los segmentos del bus, el consumidor puede abastecerse de energía del almacén de energía local hasta que se complete la verificación. De esta manera, no se interrumpe el funcionamiento del consumidor.

En una forma de realización especialmente ventajosa, la línea de bus está conectada eléctricamente a otra fuente de alimentación. Los elementos de acoplamiento del bus de consumo se pueden alimentar con energía desde diferentes direcciones a través de diferentes alimentaciones. Esto permite que la energía se alimente desde ambos lados, incluso con una topología de bus lineal.

En una realización especial, la resistencia de puente central de las resistencias de puente conectadas en serie presenta un valor de resistencia más alto que las dos resistencias de puente exteriores, en particular un valor de resistencia que es de 1,2 a 1,5 veces mayor. Esto permite lograr un mejor equilibrio del doble puente.

En la tecnología de control y seguridad, se puede prescribir una medición de aislamiento en las redes IT, dependiendo de la consideración de seguridad, que sirve para detectar un primer error antes de que ocurra un segundo error.

Para realizar la medición del aislamiento, es ventajoso que se disponga de uno o varios dispositivos de vigilancia del aislamiento para realizar las mediciones del aislamiento en los segmentos de bus y/o los elementos individuales de acoplamiento del bus de alimentación y una unidad de diagnóstico para controlar las mediciones de aislamiento. La unidad de diagnóstico central para controlar las mediciones de aislamiento puede ser responsable funcionalmente de uno o más sectores de suministro. Con la unidad de diagnóstico central y los dispositivos de control de aislamiento distribuidos, se pueden realizar mediciones cuantitativas en segmentos de bus seleccionados. Debido a la segmentación del bus de energía, las mediciones de aislamiento pueden realizarse durante el funcionamiento del bus de energía en el caso de buses de energía alimentados por ambos lados. Para ello, un sector de alimentación del bus de energía por medir se separa del bus de energía en funcionamiento (interrupción de un segmento de bus en los dos elementos de acoplamiento del bus de consumo limitador) y se verifica. La realización de estas mediciones mientras el bus de energía está en funcionamiento es particularmente ventajosa porque estas mediciones pueden llevar mucho tiempo.

Si se utiliza una unidad de diagnóstico para operar el bus de energía, preferiblemente está centralizada y forma parte de un sistema de nivel superior para operar la tecnología de control y seguridad. Sin embargo, los dispositivos distribuidos para la medición del aislamiento (dispositivos de supervisión del aislamiento) no tienen que ser parte de un dispositivo de alimentación (especialmente si se prevén varias alimentaciones). El dispositivo de alimentación comprende preferiblemente al menos los siguientes subsistemas: una fuente de voltaje c C (suministro), un primer elemento de acoplamiento del bus de referencia, un procesador de control para controlar el elemento de acoplamiento del bus de alimentación y un procesador operativo para controlar la fuente de tensión continua y el dispositivo de monitoreo de aislamiento (si está presente). La unidad de diagnóstico central se comunica a través de una red de datos paralela con todos los elementos de acoplamiento del bus de alimentación y los elementos de acoplamiento del bus de consumo disponibles en un determinado sector de suministro (sector de suministro = área de suministro de energía dentro del bus de energía con uno o más suministros y un gran número de elementos de acoplamiento del bus de consumo y los segmentos de bus intermedios).

Preferiblemente, al menos un consumidor está conectado a uno de los elementos de acoplamiento de bus, siendo los consumidores preferiblemente componentes de la tecnología de control y seguridad, en particular elementos de campo. Los elementos de campo son elementos dispuestos a lo largo de una ruta ferroviaria, en particular conmutadores, señales, etc. Los elementos de campo incluyen preferiblemente cada uno una fuente de alimentación de amplio rango, varios componentes electrónicos con procesadores y una conexión a la red de comunicación de datos.

En una realización especial del dispositivo de suministro de energía según la invención, el primer suministro es el único suministro al bus de energía. Por ejemplo, sólo el primer elemento de acoplamiento de bus de consumidor puede conectarse directamente (es decir, sin la interposición de otro elemento de acoplamiento de bus de consumidor equipado con un consumidor) al primer elemento de acoplamiento de bus de alimentación o de suministro. Los demás elementos de acoplamiento del bus de consumo se unen entonces cada uno al elemento de acoplamiento del bus de consumidor anterior (punto de alimentación en uno de los dos extremos del bus de energía). La electricidad se alimenta aquí en un solo punto. En caso de falla, todo el bus de alimentación o partes del bus se desenergizan. Sin embargo, también es posible tener el primer suministro en cualquier lugar del bus de energía, por ejemplo, a disponer entre dos elementos de acoplamiento de bus de consumidor. La energía se alimenta a la línea de bus desde la alimentación única en dos direcciones.

Otra realización del dispositivo de alimentación de acuerdo con la invención prevé que el primer y el n-ésimo (último) elemento de acoplamiento del bus de consumidor estén conectados directamente a la primera fuente de modo que el bus de energía presente una topología en forma de anillo. Esta realización permite la alimentación de electricidad por ambos lados mediante una única alimentación. De esta forma, a pesar de que se produzca un error en un segmento de la línea de bus, todos los consumidores pueden recibir energía (solución de problemas de la primera etapa).

La línea de bus está preferiblemente conectada eléctricamente a un suministro adicional (es decir, un segundo, posiblemente también un tercero, cuarto, etc.) (tercera y quinta realización).

En la tercera realización ventajosa, uno de los elementos de acoplamiento de bus de consumidor, preferiblemente el enésimo elemento de acoplamiento de bus de consumidor, está conectado directamente a la alimentación adicional (en particular a la segunda). En esta realización, el bus de energía presenta una topología lineal con un suministro de energía bilateral por medio de dos suministros.

Con el fin de aumentar la disponibilidad, es ventajoso que más de una alimentación adicional (es decir, un total de más de dos alimentaciones) esté conectada eléctricamente a la línea de bus (tercera y quinta realización).

A partir de esta realización, se puede implementar la resolución de problemas de la primera y ocasionalmente la segunda etapa.

Es particularmente ventajoso que exista una unidad de acoplamiento de bus que acople el primer bus de energía a un segundo bus de energía. Una unidad de acoplamiento de bus dispone de al menos cuatro conexiones (acoplamiento de dos buses de energía) y puede asumir cualquier posición eléctricamente permitida (es decir, en particular, conexiones pareadas sin cortocircuitos de las líneas de bus de dos polos), incluidas varias posiciones.

También se pueden acoplar más de dos buses de energía entre sí a través de la misma unidad de acoplamiento. Además, el dispositivo de suministro de energía también puede comprender varias unidades de acoplamiento, cada una de las cuales acopla al menos dos buses de energía entre sí.

En el caso de una topología en forma de anillo del o de los buses de energía, la unidad de acoplamiento del bus divide la(s) línea(s) de bus en forma de anillo de los buses de energía adyacentes en una primera sección de línea y una segunda sección de línea. Si se produce una avería tanto en el primer tramo de línea como en el segundo tramo de línea de un bus de energía, los consumidores que ya no pueden ser alimentados por la propia alimentación del bus pueden ser alimentados por el suministro del segundo bus (solución de problemas de segundo nivel). Para este propósito, la unidad de acoplamiento de bus comprende, por ejemplo, otros elementos de conmutación para conectar eléctricamente la sección de línea del primer bus de energía que ya no se puede alimentar al segundo bus de energía.

Una cuarta realización prevé que el primer y el segundo bus de energía (preferiblemente todos los buses de potencia del dispositivo de suministro de energía) tengan una topología anular. Esta realización es particularmente ventajosa cuando deben cubrirse grandes distancias con alta disponibilidad, por ejemplo, para conectar dos redes de suministro.

Una quinta y sexta realización prevé que el primer y el segundo bus de energía (preferiblemente todos los buses de energía del dispositivo de suministro de energía) presenten cada uno una topología lineal. Esta realización se puede utilizar ventajosamente para conectar grandes campos de vías.

En una séptima realización, un bus de energía con topología anular y un bus de energía con topología lineal están acoplados entre sí mediante la unidad de acoplamiento de bus.

El elemento de acoplamiento del bus de consumidor presenta preferiblemente un primer elemento de conmutación para aislar eléctricamente la línea de bus y un segundo elemento de conmutación para conectar el consumidor al bus de energía tanto en el lado de potencial negativo como en el positivo de la línea de bus, siendo los primeros elementos de conmutación parte de la línea de bus y los segundos elementos de conmutación parte de una línea de suministro que está integrada en el elemento de acoplamiento del bus de consumidor y que va desde la línea del bus hasta el consumidor.

La invención también se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de suministro de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas de procedimiento:

a) selección de un segmento de bus por comprobar, con una tensión de funcionamiento aplicada al elemento de acoplamiento de bus de referencia del segmento de bus por comprobar y los primeros elementos de conmutación del elemento de acoplamiento de bus de referencia del segmento de bus por comprobar abiertos, de modo que se aplique al elemento de acoplamiento de bus de prueba una tensión de prueba reducida en comparación con la tensión de funcionamiento;

b) medición de un primer voltaje de puente y un segundo voltaje de puente del circuito de puente doble de Wheatstone;

c) verificar, dependiendo de las tensiones de puente medidas, si hay una falla;

d) si no hay falla, el elemento de acoplamiento del bus de prueba se conecta al bus de energía cerrando los elementos de conmutación del primer par de elementos de conmutación del elemento de acoplamiento del bus de referencia, y se repiten las etapas a)-d), en donde un segmento de bus posterior se selecciona como segmento de bus por comprobar;

e) si hay una falla, el procedimiento se detiene y, por lo tanto, el elemento de acoplamiento del bus de prueba no se conecta al bus de energía y no se verifican más segmentos del bus.

El procedimiento con las etapas a)-e) se ejecuta en todas las direcciones a partir de las fuentes de alimentación. Esto significa que, en una ruta con falla, el procedimiento también se detiene desde la otra dirección de suministro. Esto aísla el punto de interferencia y todos los elementos de acoplamiento de bus siguen recibiendo energía.

El procedimiento de acuerdo con la invención permite verificar los segmentos de bus individuales de un bus de energía en busca de fallas (cortocircuitos) sin dejar fuera de servicio a los consumidores del bus de energía, y permite encender rápidamente los elementos de acoplamiento de bus controlados.

Un segmento de bus que está dispuesto eléctricamente en el lado del segmento de bus previamente verificado en dirección opuesta al suministro se denomina “segmento de bus posterior”.

Aquellos elementos de acoplamiento de bus de consumidor para los que no se determinó ningún fallo para los segmentos de bus aguas arriba del elemento de acoplamiento de bus de consumidor se conectan uno tras otro según la invención. Si la prueba del segmento de bus resulta negativa (es decir, se detecta un mal funcionamiento), el elemento de acoplamiento de bus de prueba correspondiente (elemento de acoplamiento del bus de consumidor conectado aguas abajo del segmento de bus) no se enciende. No obstante, el bus de energía puede funcionar entonces en la medida en que los elementos de acoplamiento del bus de consumo se hayan conectado hasta ese punto.

La tensión de funcionamiento es aplicada por la fuente. Durante la prueba según la invención, los elementos de conmutación del primer par de elementos de conmutación del elemento de acoplamiento del bus de prueba respectivo están abiertos, de modo que se energiza la rama del puente de prueba. El elemento de acoplamiento del bus de prueba se encuentra entonces en el estado básico, es decir, el elemento de acoplamiento del bus de prueba aísla eléctricamente la línea del bus y los consumidores que se conectarán al elemento de acoplamiento del bus de prueba están eléctricamente aislados del elemento de acoplamiento del bus de prueba. De esta manera, el elemento de acoplamiento del bus de prueba se puede utilizar para probar el segmento de bus anterior sin que se encienda un consumidor conectado al elemento de acoplamiento del bus de prueba (debido a que la tensión de prueba se reduce en comparación con la tensión de funcionamiento). La tensión de prueba es preferiblemente 1/3 de la tensión de funcionamiento. Las resistencias del circuito puente se eligen de modo que la tensión de prueba sea siempre inferior a la tensión mínima de funcionamiento del elemento de acoplamiento del bus de consumidor.

En la comprobación de fallos según la invención, el bus de energía está en gran parte desacoplado eléctricamente, de modo que solo algunos de los elementos de acoplamiento de bus, es decir, desde la alimentación al elemento de acoplamiento de bus de referencia, reciben energía de la alimentación.

Un mal funcionamiento se detecta preferiblemente cuando:

i) la tensión del primer puente y la tensión del segundo puente superan un valor límite positivo, o

ii) la tensión del primer puente y la tensión del segundo puente caen por debajo de un valor límite negativo, o

iii) si la tensión del primer puente cae por debajo de un valor límite negativo y la tensión del segundo puente supera un valor límite positivo.

El “primer voltaje del puente” es el voltaje entre el punto de referencia y el punto de prueba de la rama del puente indicador en el lado del potencial positivo.

El “segundo voltaje del puente” es el voltaje entre el punto de referencia y el punto de prueba de la rama del puente indicador en el lado del potencial negativo.

En el caso de i), hay un cortocircuito a tierra en el lado de potencial negativo del bus de energía. En el caso de ii), hay un cortocircuito a tierra en el lado de potencial positivo del bus de energía. En el caso de iii), hay un cortocircuito en la línea entre el lado de potencial negativo y positivo del bus de energía.

Si la tensión del primer puente supera un valor límite positivo y la tensión del segundo puente cae por debajo de un valor límite negativo, hay una línea abierta o una conexión de las líneas de bus (según el sistema, no es posible diferenciar entre una línea abierta y la conexión). La conexión es la última medida si el mismo segmento de bus se prueba desde ambos lados al mismo tiempo (si el bus de energía se configura desde dos lados). En el caso de una línea abierta o una conexión no se trata de un mal funcionamiento. En efecto, un estado de este tipo puede detectarse, pero no está destinado a impedir el cierre de los elementos de conmutación del primer par de elementos de conmutación (véase la Fig. 5, abajo a la derecha). Cuando los elementos de conmutación del primer par de elementos de conmutación están cerrados por ambos lados, el bus de energía se conecta a través.

En una primera variante, el procedimiento según la invención se utiliza para poner en marcha el bus de energía (estructura del bus), teniendo lugar la conexión de los elementos de acoplamiento del bus (etapa d) en forma secuencial partiendo de la alimentación.

Cuando se configura el bus, todos los elementos de acoplamiento del bus del consumidor se encuentran primero en su estado básico. Por tanto, el bus está separado en todos los segmentos. Por tanto, el punto de partida es un bus de energía sin corriente en el que todos los primeros pares de elementos de conmutación están abiertos. Partiendo de la fuente de alimentación, se comprueban los segmentos de bus en busca de fallos uno tras otro y el elemento de acoplamiento del bus de prueba correspondiente y, por lo tanto, también el segmento de bus asociado (que precede al elemento de acoplamiento de prueba) se conecta al bus de energía (si no se detecta ningún fallo).

El procedimiento según la invención evita que se encienda un segmento de bus propenso a cortocircuitos y, por lo tanto, se colapse todo el bus de energía. Esto asegura que solo los segmentos de bus intactos estén conectados cuando se configura el bus de energía.

Esta medición es cualitativa y puede que no cumpla con los requisitos normativos para la configuración de la red IT (norma DIN N 61557-8). Por lo tanto, para utilizar el procedimiento según la invención con forma de red IT en tecnología de control y seguridad, también se utilizan uno o más dispositivos de monitoreo de aislamiento, que registran cuantitativamente los cambios de potencial y/o corrientes de fuga asociados con un cortocircuito independientemente del ensayo de falla según la invención. La salida es una resistencia de aislamiento del bus de energía al potencial de tierra.

Con el procedimiento de acuerdo con la invención, los segmentos de bus con cortocircuitos entre las líneas de bus y cortocircuitos al potencial de tierra pueden determinarse al construir el bus.

Alternativa o adicionalmente, el procedimiento se puede utilizar durante el funcionamiento del bus de energía después de un fallo de funcionamiento, en particular un cortocircuito, y se ha determinado el aislamiento del segmento de bus en el bus de energía afectado por el fallo de funcionamiento.

El mal funcionamiento se detecta preferiblemente durante el funcionamiento detectando una subtensión en uno o más elementos de acoplamiento del bus de consumidor. En el caso de los elementos de acoplamiento del bus de consumidor, en los que se detectó la subtensión, el consumidor se desconecta automáticamente del bus de energía abriendo el segundo elemento de conmutación. El segmento de bus afectado por el mal funcionamiento en funcionamiento se aísla automáticamente abriendo los primeros elementos de conmutación.

Si se produce una sobrecarga debido a un cortocircuito entre las líneas del bus durante el funcionamiento del bus de energía, la tensión en el suministro se reduce por la limitación de corriente de las fuentes de alimentación y/o las altas corrientes en líneas largas dan como resultado una gran caída de tensión. Se produce una subtensión en el elemento de acoplamiento del bus del consumidor. El elemento de acoplamiento del bus de consumidor reacciona en forma inmediata e independiente localmente y abre los primeros elementos de conmutación. Esto significa que el bus se interrumpe en una o principalmente en varias ubicaciones (dividido en varios segmentos de bus libres de tensión). El procedimiento según la invención se lleva a cabo sobre la base de este estado de conmutación, de modo que los segmentos de bus en los que no se detecta ningún fallo se pueden conectar de nuevo secuencialmente.

La conexión secuencial de los segmentos de bus (estructura de bus) comienza de nuevo (preferiblemente en ambos lados) desde el último par de elementos de conmutación aún cerrados (es decir, desde el último segmento de bus que aún está energizado). La conexión se detiene antes del punto de cortocircuito para que el segmento de bus perturbado no se conecte. La verificación y la conexión se realizan preferiblemente en ambos lados. De esta manera, se aísla el punto de cortocircuito y se localiza la ubicación del cortocircuito.

En el caso de una alimentación de dos lados (a pesar de la interrupción del bus de energía en el segmento de bus perturbado), todos los elementos de acoplamiento del bus de consumidor pueden recibir energía durante el funcionamiento posterior -los elementos de acoplamiento del bus de consumo a la izquierda del segmento de bus perturbado desde la izquierda, los otros elementos de acoplamiento del bus de consumo desde la derecha. Los acumuladores de energía locales abastecen preferentemente a los consumidores durante la fase en la que se vuelve a configurar el bus.

Preferiblemente, en la etapa d) se selecciona un segmento de bus como segmento de bus por comprobar (segmento de bus subsiguiente) que es adyacente al segmento de bus previamente seleccionado por comprobar. De esta manera, se comprueba completamente el bus de energía.

En el procedimiento según la invención, la referencia al potencial de tierra se establece con alta resistencia en el punto de alimentación. Sin embargo, en el caso de sistemas de bus extensos, puede resultar ventajoso que, durante la medición con el circuito de puente, se establezca localmente una referencia temporal al potencial de tierra en la resistencia central.

En una variante preferida, un potencial de referencia local a tierra se conmuta temporalmente en la rama del puente de referencia (pero no en la rama del puente de prueba), preferiblemente dividiendo la resistencia media del puente en dos elementos de resistencia del puente y conectando otro elemento de conmutación al potencial de tierra entre estos elementos de resistencia del puente. Esto puede aumentar la precisión de la medición. Este elemento de conmutación adicional solo se cierra en la rama del puente de prueba durante la medición. Esto puede aumentar la precisión de la medición. Este elemento de conmutación adicional solo se cierra en la rama del puente de prueba durante la medición.

El bus de energía se alimenta preferentemente con energía en ambos lados. Esto hace posible, por un lado, construir el bus de energía desde ambos lados.

En un desarrollo especial de esta variante, las etapas a)-e) se llevan a cabo simultáneamente para verificar un segmento de bus adicional, en donde la tensión de prueba se aplica al segmento de bus por comprobar y al segmento de bus adicional por comprobar desde diferentes direcciones dentro del bus de energía. De esta manera, se pueden comprobar varios segmentos de bus al mismo tiempo. La “dirección” desde la que se alimentan los segmentos del bus con tensión se refiere a la dirección dentro del bus de energía. Por lo tanto, los segmentos de bus que se van a comprobar se alimentan de energía desde diferentes lados del bus de energía.

Se puede utilizar un bus de alimentación con una topología en forma de anillo y una alimentación única para la alimentación desde ambos lados. Como alternativa a esto, el segmento de bus adicional a controlar se puede alimentar con la tensión de prueba por medio de una segunda alimentación. En este caso, se utiliza un bus de energía con topología lineal. Preferiblemente se utilizan más de dos alimentaciones. Controlando la tensión de los suministros, se puede realizar un equilibrado del suministro de energía en el bus sujeto a resistencia.

En una variante especialmente preferida, las mediciones de aislamiento se llevan a cabo mediante un dispositivo de control de aislamiento en los tramos de línea de la línea de bus durante el funcionamiento del bus de energía, que se controlan a distancia mediante una unidad de diagnóstico, permaneciendo en funcionamiento los consumidores de este tramo de línea. Las mediciones de aislamiento sirven para cumplir con los requisitos normativos en cuanto a la monitorización del tipo de red IT (isolée terre).

El procedimiento según la invención se puede utilizar en forma especialmente ventajosa en la tecnología ferroviaria.

Los elementos de acoplamiento del bus de consumidor se conmutan secuencialmente desde el estado básico al segundo estado de funcionamiento, de modo que los elementos de acoplamiento del bus de consumidor se encienden secuencialmente al recibir energía de la alimentación.

Las alimentaciones suministran electricidad al bus de energía mediante un elemento de acoplamiento de bus de alimentación. Se puede prever cualquier cantidad de alimentaciones dentro de un bus de energía. El número de elementos de acoplamiento del bus de alimentación depende del número de alimentaciones.

Los elementos de acoplamiento del bus de alimentación comprenden preferiblemente varios elementos de conmutación y diodos. Los elementos de conmutación separan el bus en los límites del segmento y permiten una alimentación controlada e independiente de la corriente a las líneas de bus adyacentes. Los diodos o interruptores controlados desacoplan el suministro (suministros) en caso de aporte de energía inversa (por ejemplo, mediante el uso de suministros adicionales con líneas cortas y diferentes voltajes).

En el caso de un segmento defectuoso de la línea de bus (por ejemplo, en el caso de una interrupción o cortocircuito), los elementos de acoplamiento del bus de consumidor adyacentes al segmento defectuoso se conmutan preferiblemente al primer estado operativo. Entonces, la línea de bus se interrumpe en el punto defectuoso. Debido a la alimentación de ambos lados, todos los consumidores aún pueden recibir electricidad. En el caso de un cortocircuito en un segmento de bus, el segmento de bus afectado es aislado por los elementos de acoplamiento de bus de consumidor contiguos.

Otras ventajas de la invención se desprenden de la descripción y el dibujo. Las características mencionadas con anterioridad y a continuación también se pueden usar de acuerdo con la invención individual o colectivamente en cualquier combinación. Las realizaciones mostradas y descritas no deben entenderse como una lista exhaustiva, sino que tienen más bien un carácter de ejemplo para describir la invención.

Descripción detallada de la invención y dibujo

Fig. 1 muestra un dispositivo de alimentación con un segmento de bus defectuoso.

Fig. 2 muestra un elemento de acoplamiento del bus de consumidor según la invención.

Fig. 3 muestra una sección de una primera realización de un dispositivo de suministro de energía de acuerdo con la invención y el circuito de doble puente incluido para la prueba del segmento de bus.

Fig. 4 muestra posibles fallos en un segmento de bus dentro de un dispositivo de suministro de energía según la invención.

Fig. 5 muestra el cambio en los potenciales de voltaje debido a corrientes de interferencia para varias interferencias de línea.

Fig. 6 muestra una sección de una realización adicional de un dispositivo de suministro de energía según la invención con un potencial de referencia temporal y el circuito de doble puente incluido para la prueba del segmento de bus.

Fig. 7 muestra una sección de un dispositivo de suministro de energía según la invención, con un elemento de acoplamiento de bus de alimentación que puede servir como elemento de acoplamiento de bus de referencia.

Fig. 8 muestra un elemento de acoplamiento de bus de alimentación que puede servir como elemento de acoplamiento de bus de referencia en ambos lados.

La Fig. 1 muestra un dispositivo de alimentación con una línea de bus de dos polos L, que mediante elementos de acoplamiento de bus (elementos de acoplamiento de bus de consumidor VBA1, VBAn y elementos de acoplamiento de bus de alimentación SBA1, SBA2), está dividido en segmentos de bus BS. La línea de bus L puede interrumpirse (segmentada en segmentos de bus BS) mediante elementos de conmutación S1. El bus de energía presenta aquí una topología lineal, por ejemplo, y se alimenta con energía desde ambos lados del bus de energía mediante una fuente de alimentación PS1, PS2. El bus de energía se desconecta entonces preferiblemente partiendo de las dos fuentes PS1, PS2 en direcciones secuenciales SR1, SR2 simultáneamente desde ambos lados del bus de energía de modo secuencial según el procedimiento de acuerdo con la invención descrito a continuación. Para ello, el primer elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA1 se conecta directamente a la primera fuente de alimentación PS1 a través del elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA1 y el enésimo (último) elemento de acoplamiento de bus de consumidor VBAn se conecta directamente a la alimentación adicional PS2 a través de otro elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA2. En caso de fallo (cortocircuito KS) en uno de los segmentos de bus BS', el segmento de bus correspondiente BS' puede aislarse llevando los elementos de acoplamiento del bus de consumidor contiguos (aquí: elementos de acoplamiento de bus de consumidor VBA2, v BA3) al primer estado operativo (ver más abajo) abriendo los elementos de conmutación S1). Los consumidores FE1, f E2, que están conectados a los elementos de acoplamiento del bus de consumidor VBA1, VBA2, que están dispuestos a la izquierda del segmento de bus perturbado BS', pueden ser alimentados a través de la primera fuente PS1, los consumidores FE3...FEn que están dispuestos a la derecha del segmento de bus perturbado BS', a través de la fuente adicional PS2.

Por motivos de diseño, las fuentes de alimentación de modo conmutado a veces tienen capacidades de entrada muy altas, lo que provoca grandes corrientes de entrada (rush-in currents). Los transitorios de corriente, a su vez, provocan caídas de voltaje en el bus de alimentación. La secuenciación permite evitar los picos de corriente de irrupción cuando se enciende simultáneamente una red completa de cargas útiles (consumidores).

De acuerdo con el procedimiento según la invención, los consumidores y los segmentos del bus se comprueban secuencialmente para detectar fallas durante la configuración del bus y se conectan al bus de energía.

En la Fig. 2, se muestra un elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA, que permite la implementación del procedimiento según la invención y, por lo tanto, el aislamiento de un segmento de bus perturbado y la (nueva) construcción del bus de energía con un segmento de bus aislado. El elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA incluye, además del primer par de elementos de conmutación con los primeros elementos de conmutación S1, un segundo par de elementos de conmutación con segundos elementos de conmutación S2, diodos y un procesador de control k P. Los diodos se utilizan para conectar el procesador de control KP y un consumidor FE a la línea de bus L. El procesador de control KP se conecta en paralelo a la rama del puente de prueba PZ y es alimentado en uno o ambos lados por la línea de bus L a través de los diodos. Enciende el consumidor FE de acuerdo con cierto criterio predeterminado. El elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA mostrado en la Fig. 2 se encuentra en el estado básico (los elementos de conmutación S1, S2 están abiertos). El consumidor FE se puede conectar mediante el segundo elemento de conmutación S2 (primer estado operativo). Al cerrar los primeros elementos de conmutación S1, la línea de bus L se conecta a través (preferiblemente después de un retardo de tiempo después de cerrar los segundos elementos de conmutación S2) (segundo estado de funcionamiento).

De acuerdo con el procedimiento según la invención, después de conectar una tensión de alimentación, por ejemplo, el primer segmento de bus VBA1 en la dirección de secuencia SR1 se comprueba en busca de fallas del suministro de PS1. El elemento de acoplamiento de bus que precede al segmento de bus sirve como elemento de acoplamiento de bus de referencia para comprobar un segmento de bus. Si se comprueba el primer segmento de bus, el elemento de acoplamiento de bus de alimentación sirve como elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA (SBA/RBA, véase Fig. 7).

Cuando los primeros elementos de conmutación S1 del elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA están abiertos, se aplica una tensión de prueba al segmento de bus BS por comprobar y se implementa un circuito puente descrito con más detalle a continuación (véanse Fig. 3, 6). Debido a la caída de voltaje a través de las resistencias de puente, el voltaje a través de las resistencias de puente (voltaje de prueba) y, por lo tanto, en el procesador de control KP es menor que el voltaje de suministro mínimo durante el procedimiento de prueba. Utilizando las tensiones de puente U+, U- o U^r+, U^r-, medidas mediante el circuito de puente; U^l+, U^l- (dependiendo de la dirección de la secuencia), se pueden determinar posibles fallas existentes. Una vez realizada la comprobación (se comprueba que no hay ningún fallo en el segmento de bus por comprobar), el segmento de bus por comprobar se alimenta con energía a baja resistencia cerrando los primeros elementos de conmutación S1 del elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA. Cuando se comprueba el primer segmento de bus, se aplica entonces una tensión de funcionamiento al primer elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA1 que (debido a pérdidas de tensión a lo largo de la línea de bus) en general. es menor que la tensión de alimentación (normalmente 500...900 V CC).

La superación de la tensión de funcionamiento mínima se reconoce entonces en el procesador de control KP del elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA y el consumidor FE1 se enciende cerrando el segundo elemento de conmutación S2 del primer elemento de acoplamiento de bus de consumidor VBA1 mediante un arranque suave. Una vez que se ha iniciado el primer FE1 de consumidor, se comprueba el siguiente segmento de bus. En la dirección de secuencia SR1, se comprueba ahora un segmento de bus tras otro de forma totalmente autónoma y (si no hay avería) conectado. Simultánea e independientemente de esto, este procedimiento puede tener lugar a partir de la segunda fuente de alimentación PS2 en la dirección de secuencia SR2. Si se detecta un fallo (por ejemplo, cortocircuito) en un segmento de bus BS', el segmento de bus BS' correspondiente no está conectado. En el caso de una estructura de bus en ambos lados, entonces se construye un bus parcial desde cada lado (en cada caso de la fuente de alimentación PS1, PS2 al segmento de bus perturbado BS') de modo que el segmento de bus perturbado BS' permanezca aislado. A pesar de la falla en el segmento de bus BS', el bus de energía y los consumidores FE1...FEn conectados a él pueden continuar funcionando.

Esta prueba secuencial y conexión de los segmentos del bus se puede realizar cuando el bus se configura inicialmente o después de que los consumidores se hayan apagado debido a un cortocircuito durante el funcionamiento del bus de energía, como se describe a continuación: En caso de un cortocircuito entre los conductores, fluye primero la corriente máxima posible de las fuentes de alimentación PS1, PS2 y las fuentes de alimentación PS1, PS2 generalmente reducen el voltaje para limitar la corriente. En el bus de energía, las corrientes suelen estar limitadas activamente y no se utilizan fusibles en el lado de alimentación de la tensión de alimentación. La aparición de un cortocircuito conduce así a una reducción considerable de la tensión, lo que conduce a la desconexión de los consumidores conectados abriendo el segundo elemento de conmutación S2 (detección de subtensión por el procesador de control KP). El dispositivo de suministro de energía según la invención tiene preferiblemente acumuladores de energía E locales en los consumidores, que pueden mantener todo el funcionamiento durante algunos minutos. Esto ahorra tiempo para reconstruir el bus de energía a partir de los últimos elementos de acoplamiento del bus de consumidor VBA desconectados. Porque tan pronto como se detecta una subtensión en uno o más elementos de acoplamiento de bus de consumidor VBA, el interruptor de acoplamiento S1 se abre inmediatamente y en principio en cada elemento de acoplamiento de bus de consumidor en el que se detectó una subtensión. El voltaje en los suministros PS1, PS2 vuelve al valor de ajuste original (antes de la limitación de corriente). La estructura secuencial comienza de nuevo en ambos lados desde el último elemento de acoplamiento del bus de consumidor desconectado VBA, por lo que se interrumpe antes del punto de cortocircuito. El procedimiento según la invención funciona completamente sin una configuración y control de nivel superior y permite una estructura de bus segura y rápida, especialmente durante el funcionamiento del bus de energía, sin que los consumidores tengan que desconectarse, de modo que la funcionalidad del bus de energía también se puede garantizar después de que un segmento de bus BS se pierde (inutilizable) debido a un cortocircuito.

De acuerdo con la invención, cuando se pone en marcha el bus de energía o cuando se reinicia el bus de energía después de un fallo, la conmutación a los estados operativos solo tiene lugar si el segmento de bus aguas abajo del elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA se ha verificado en busca de fallos y se ha clasificado como libre de fallos.

Para esta prueba, los elementos de acoplamiento del bus de consumidor VBA están diseñados de tal manera que la prueba de falla se puede realizar utilizando un circuito puente doble de Wheatstone. Para ello, los elementos de acoplamiento del bus de consumidor VBA incluyen tres resistencias de puente R^b, que están conectadas en serie entre sí entre el lado de potencial positivo y el lado de potencial negativo de la línea de bus L, y dos resistencias de puente Rs, que puentean cada una un elemento de conmutación S1 del primer par de elementos de conmutación.

Con fines de claridad, el procesador de control y el suministro no se muestran en las representaciones de las Figuras 3-7.

La Fig. 3 muestra a la izquierda una sección de una primera realización de un dispositivo de alimentación según la invención con un elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA y dos elementos de acoplamiento de bus de consumidor VBA1, VBA2, que limitan el segmento de bus BS por controlar. El elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA1, que está más cerca del elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA (en el sentido de la flecha, que representa el sentido de la secuencia de construcción del bus), sirve en la comprobación de la invención del segmento de bus BS (seleccionado aquí como ejemplo) como elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA, el elemento de acoplamiento de bus de consumo más alejado del elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA sirve como elemento de acoplamiento de bus de prueba PBA. Los componentes de los dos elementos de acoplamiento de bus de consumidor RBA, PBA y el segmento de bus por controlar forman el circuito de doble puente requerido para el procedimiento según la invención, que se muestra a la derecha en la Fig. 3. Las resistencias de puente R^b(rayadas) del elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA forman una rama de puente de referencia RZ y las resistencias de puente R^b(cuadriculadas) del elemento de acoplamiento de bus de prueba PBA junto con las resistencias de puente Rs (punteadas) del elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA forman una rama de puente de prueba PZ. Las resistencias de puente R^bde un determinado elemento de acoplamiento del bus de consumidor pueden formar parte de la rama de puente de prueba PZ o de la rama de puente de referencia RZ del circuito de puente, según se deba comprobar el segmento de bus que precede o sigue al respectivo elemento de acoplamiento de bus de consumidor. Por ejemplo, el elemento de acoplamiento del bus de consumidor VBA1 también puede servir como elemento de acoplamiento de bus de prueba para probar el segmento de bus delimitado por el elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA1 y el elemento de acoplamiento de bus de consumidor VBA1.

Una rama de puente indicador IZ a la línea de bus L se apaga entre las resistencias del puente exterior y la resistencia del puente central. Cada rama del puente indicador IZ comprende un dispositivo de medición de voltaje V. En los elementos de acoplamiento del bus de consumidor mostrados en la Fig. 2 y la Fig. 3, las ramas del puente indicador IZ se muestran en ambos lados (en la dirección a lo largo de la línea de bus L) al lado de potencial positivo y negativo de la línea de bus L; esto permite que la prueba según la invención se lleve a cabo desde ambas direcciones de secuencia SR1, SR2. Sin embargo, también es posible prever ramas indicadoras al lado de potencial positivo y negativo de la línea de bus L solo en un lado (es decir, en el lado del elemento de acoplamiento del bus que está alejado de la fuente de alimentación, especialmente si el bus de energía solo tiene una fuente de alimentación). A través de las ramas del puente indicador IZ, se miden las tensiones de puente U+, U-. Con esta medición de tensión libre de potencial de alta impedancia, se pueden registrar todos los estados relevantes de la línea de bus L.

Los distintos estados de la línea de bus o del segmento de bus por comprobar se enumeran en la siguiente tabla:

** La desviación de 0 depende de la influencia de los elementos de acoplamiento de bus aguas abajo.

El hecho de no diferenciar entre “línea abierta” y “conexión” no es crítico aquí, porque el procedimiento de acuerdo con la invención está destinado a evitar interferencias al conectar una línea “defectuosa”. El estado de la línea “línea abierta o conexión de la línea” no se evalúa como un fallo. Si se establece el estado “línea abierta o conexión de la línea”, los primeros elementos de conmutación S1 del elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA se cierran de todos modos.

En caso de una conexión, el bus de energía se conecta (completamente ensamblado). En el caso de una línea abierta, la secuencia se detiene automáticamente y el bus de energía se puede configurar desde el otro lado hasta el punto perturbado (siempre que ambos lados estén alimentados). La unidad de diagnóstico central separada es responsable de verificar si todos los consumidores están siendo alimentados por el bus de energía.

En la Fig. 4, las fallas correspondientes en el bus de energía se muestran en el área marcada (arriba a la izquierda: cortocircuito a tierra polo -> tierra; abajo a la izquierda: cortocircuito a tierra polo - -> tierra; cortocircuito derecho entre líneas de bus). El desplazamiento de los potenciales de tensión (retardo del puente de medición) debido a las corrientes parásitas, que se producen con las perturbaciones antes mencionadas, se muestra en la Fig. 5 (arriba a la izquierda: cortocircuito; arriba en el centro: cortocircuito a tierra con polo -> tierra; arriba a la derecha: cortocircuito a tierra con polo - -> tierra; abajo a la izquierda: línea abierta; abajo a la izquierda y derecha: conexión, si está conectada con las flechas discontinuas), en donde el nivel del potencial de voltaje se traza en el eje vertical. En la Fig. 5, se supuso R para los valores de las resistencias de puente R^by 3R para los valores de las resistencias puente Rs.

En las realizaciones mostradas hasta ahora, una masa en el elemento de acoplamiento del bus de alimentación SBA sirve como potencial de referencia. Sin embargo, con sistemas de bus extensos, el potencial de referencia a tierra se vuelve impreciso a lo largo de la distancia. La Fig. 6 muestra, por lo tanto, una sección de otra realización de un dispositivo de suministro de energía según la invención con un potencial de referencia temporal en la rama de puente de referencia RZ. Esto se logra dividiendo la resistencia del puente central y previendo un elemento de conmutación adicional S3 con el que se puede establecer una conexión a tierra desde el punto de división de la resistencia del puente central. Si se utiliza un elemento de acoplamiento del bus de consumidor como elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA, el elemento de conmutación adicional S3 se cierra y se genera así el potencial de referencia temporal. Sin embargo, debido a las regulaciones para la vigilancia del aislamiento y los altos valores de aislamiento requeridos, esta conexión no debe existir en forma permanente durante el funcionamiento, de modo que el elemento de conmutación adicional S3 se abra tan pronto como el elemento de acoplamiento del bus de consumidor correspondiente ya no se use como elemento de acoplamiento del bus de referencia RBA.

En la Fig. 7, se muestra una sección del dispositivo de suministro de energía según la invención (el procesador de control y la fuente de alimentación se han omitido de la ilustración para mayor claridad), en donde se muestra la estructura del elemento de acoplamiento del bus de alimentación SBA utilizado para el dispositivo de suministro de energía según la invención. Con la estructura mostrada, el elemento de acoplamiento de bus de alimentación SBA puede servir como elemento de acoplamiento de bus de referencia RBA para verificar (en el sentido de la flecha) el primer segmento de bus VBA1.

Si el elemento de acoplamiento del bus de alimentación SBA se utiliza para la alimentación desde ambos lados (topología en forma de anillo), los segmentos de bus también se pueden comprobar en ambos lados (en ambas direcciones de secuencia SR1, SR2). Para ello, el elemento de acoplamiento del bus de alimentación SBA' debe ser ampliado con otros primeros elementos de conmutación S1', que son independientes de los primeros elementos de conmutación S1, resistencias de puente R's y dispositivos de medición de tensión V', como se muestra en la Fig. 8, en comparación con la realización mostrada en la Fig. 7. En el caso del elemento de acoplamiento de alimentación/bus SBA' mostrado en la Fig. 8, la resistencia central del puente R^btambién se divide y se puede utilizar al mismo tiempo para equilibrar la tensión en la red IT.

En el caso de un cortocircuito al potencial de tierra durante el funcionamiento del bus de energía, no hay ningún mal funcionamiento en los sistemas IT y el elemento de acoplamiento del bus del consumidor ni siquiera reconoce el problema. En principio, no hay una necesidad inmediata de acción. Para detectar esta avería de todos modos antes de que se produzca otra avería, se puede llevar a cabo una medición de aislamiento (que, por ejemplo, está prescrita normativamente para el tipo de tecnología de control y seguridad de la red IT) además de la verificación secuencial descrita con anterioridad de los segmentos de bus individuales utilizando el circuito de puente. Estas mediciones de aislamiento se llevan a cabo en el punto de alimentación con dispositivos de control de aislamiento industrial certificados. La vigilancia del aislamiento se realiza a través de un sector de alimentación (entre dos puntos de alimentación) con la ayuda de una unidad de diagnóstico de nivel superior, que se encarga de desconectar la línea de bus en puntos adecuados para realizar las mediciones de aislamiento. Desde el punto de vista operativo, debe garantizarse que solo un dispositivo de control de aislamiento esté conectado activamente en un sector de suministro conectado. Especialmente con los procedimientos de pulso (por ejemplo, Bender AMP^pius®), los pulsos de medición pueden interferir entre sí. Los dispositivos modernos pueden probar una red completa y extensa con una capacidad de hasta 1000 pF para detectar fallas de aislamiento. Para redes grandes, esto puede tardar unos minutos. Si el sector de suministro se alimenta en forma redundante en ambos lados, cada segmento de bus puede aislarse eléctricamente entre los elementos de acoplamiento del bus de consumidor VBA durante el funcionamiento.

La unidad de diagnóstico lleva a cabo la medición cuantitativa del aislamiento prescrita en la norma a intervalos regulares. Para ello, la unidad de diagnóstico conmuta un punto de separación al sector de suministro en pleno funcionamiento, que se alimenta desde ambos lados, a partir de la ubicación del dispositivo de control de aislamiento activo. Después de cada medición, el punto de separación se cambia a otro segmento de bus. La falla a tierra se puede localizar cambiando el punto de separación del bus de energía. Con este procedimiento se obtiene una visión general de las condiciones de aislamiento en todo el sector de suministro con una resolución local de un segmento. La unidad de diagnóstico solicita periódicamente datos operativos de los procesadores operativos de los elementos de acoplamiento del bus consumidor. Como resultado, se comprueba la accesibilidad de los elementos de acoplamiento del bus de consumidor y se reconoce una parada de la conexión secuencial autónoma debido a un error en el nuevo segmento por conectar.

Con el dispositivo de acuerdo con la invención y el procedimiento de acuerdo con la invención, es posible verificar segmentos de bus individuales con respecto a fallas a tierra y cortocircuitos y, si es necesario, evitar que estos se conecten al bus de energía. Esto evita que la tensión de alimentación en todo el bus de energía colapse debido a un cortocircuito.

Lista de signos de referencia

VBA, VBA1, ... VBAn Elemento de acoplamiento de bus de consumidor

SBA, SBA1, SBA2 Elemento de acoplamiento de bus de alimentación

PS1, PS2 Fuentes de alimentación

SR1, SR2 Direcciones de secuencia

S1, S1' Primer elemento de conmutación para separar las líneas de bus

52 Segundo elemento de conmutación para separar los consumidores del bus de energía 53 Elemento de conmutación adicional contra potencial de tierra para generar un potencial de referencia local

FE Consumidor / elementos de campo

BS Segmento de bus

BS' Segmento de bus con fallo

RZ Rama de puente de referencia

PZ Rama de puente de prueba

IZ Rama de puente indicador

V Dispositivo de medición de voltaje en la rama del puente indicador

Rs Resistencia de puente

RB Resistencias de puente de la rama de puente de referencia

E Acumulador de energía local

KP Procesador de control

ISO Dispositivo de control de aislamiento

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de suministro de energía para suministrar energía a los consumidores, que comprende:

• un bus de energía con una línea de bus de 2 polos (L),

• elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn), en donde dos elementos de acoplamiento de bus limitan un segmento de bus de la línea de bus (L) por comprobar, y en donde los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) comprenden cada uno un primer par de elementos de conmutación con primeros elementos de conmutación (S1) para el aislamiento eléctrico de la línea de bus (L), y

• una primera fuente de alimentación (PS1), en particular una fuente de tensión continua, caracterizado por

que los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) comprenden cada uno tres resistencias de puente (R^b), que están conectadas en serie entre el lado de potencial positivo y el lado de potencial negativo de la línea de bus (L), y dos resistencias de puente (Rs), cada una puenteando un elemento de conmutación (S1) del primer par de elementos de conmutación,

que el dispositivo de suministro de energía para determinar fallas en la línea presenta un circuito de puente doble de Wheatstone con una rama de puente de referencia (RZ), una rama de puente de prueba (PZ) y dos ramas de puente indicador (IZ),

que para la comprobación del segmento de bus (BS) de uno de los elementos de acoplamiento de bus (SBA, SBA1, SBA2, VBA, VBA1, ..., VBAn) que delimita el segmento de bus por comprobar sirve como elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA) y el otro como elemento de acoplamiento de bus de prueba (PBA), en donde la rama de puente de referencia (RZ) comprende las tres resistencias de puente (R^b) del elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA), y en donde la rama de puente de prueba (PZ) comprende las tres resistencias de puente (R^b) del elemento de acoplamiento de bus de prueba (PZ), así como las resistencias de puente (Rs) del elemento de acoplamiento de bus de referencia (PBA).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los consumidores (FE) están equipados al menos parcialmente con un acumulador de energía local (E).

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la línea de bus (L) está conectada eléctricamente a otra fuente de alimentación (PS2).

4. Dispositivo de acuerdo una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la resistencia de puente central de las resistencias de puente conectadas en serie (R^b) presenta un valor de resistencia más alto que las dos resistencias de puente exteriores, en particular en un factor de 1,2 a 1,5.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se dispone de un dispositivo de vigilancia de aislamiento para realizar mediciones de aislamiento en segmentos de bus (BS) y/o en los elementos de acoplamiento de bus individuales (VBA, VBA1, VBAn) y una unidad de diagnóstico para controlar las mediciones de aislamiento.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un consumidor (FE) está conectado a uno de los elementos de acoplamiento de bus (VBA, VBA1, ... VBAn), en donde en el caso de los consumidores (FE) se trata preferiblemente de componentes de la tecnología de control y seguridad, en particular elementos de campo, en donde los consumidores (Fe ) comprenden cada uno de ellos un procesador lógico u operativo.

7. Procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de suministro de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el procedimiento comprende las siguientes etapas de procedimiento:

a) selección de un segmento de bus por comprobar, con una tensión de funcionamiento aplicada al elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA) del segmento de bus por comprobar y los primeros elementos de conmutación (S1) del elemento de acoplamiento de bus de referencia (RBA) del segmento de bus por comprobar abiertos, de modo que se aplique al elemento de acoplamiento de bus de prueba (PBA) una tensión de prueba reducida en comparación con la tensión de funcionamiento;

c) verificar, dependiendo de las tensiones de puente medidas, si hay una falla;

d) si no hay falla:

el elemento de acoplamiento del bus de prueba (PBA) se conecta al bus de energía cerrando los elementos de conmutación (S1) del primer par de elementos de conmutación del elemento de acoplamiento del bus de referencia (RBA), y

se repiten las etapas a)-d), seleccionándose un segmento de bus (BS) subsiguiente como segmento de bus por comprobar;

e) si hay una falla, el procedimiento se detiene y, por lo tanto, el elemento de acoplamiento del bus de prueba (PBA) no se conecta al bus de energía y no se verifican más segmentos del bus (BS).

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que, en la etapa c), se determina una falla si i. la tensión del primer puente y la tensión del segundo puente superan un valor límite positivo, o

ii. la tensión del primer puente y la tensión del segundo puente caen por debajo de un valor límite negativo, o iii. si la tensión del primer puente cae por debajo de un valor límite negativo y la tensión del segundo puente supera un valor límite positivo.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que se utiliza el procedimiento de puesta en marcha del bus de energía, realizándose la conexión de los elementos de acoplamiento del bus (VBA, VBA1, VBAn) partiendo secuencialmente desde la fuente de alimentación.

10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el procedimiento se utiliza durante el funcionamiento del bus de energía, después de un fallo de funcionamiento, en particular un cortocircuito, y se ha determinado el aislamiento del segmento de bus afectado por el fallo de funcionamiento en el bus de energía.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que

el fallo se detecta preferiblemente durante el funcionamiento detectando una subtensión en uno o más elementos de acoplamiento del bus de consumidor (VBA),

con los elementos de acoplamiento del bus de consumidor (VBA) en los que se detectó la subtensión, el consumidor (FE) se desconecta automáticamente del bus de energía abriendo el segundo elemento de conmutación (S2), y

el segmento de bus (BS') afectado por el fallo en funcionamiento se aísla automáticamente abriendo los primeros elementos de conmutación (S1).

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado por que los consumidores (FE) reciben energía a través de acumuladores de energía locales (E) durante el procedimiento de configuración del bus.

13. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que, en la etapa d), se selecciona un segmento de bus (BS) como segmento de bus por comprobar, que es adyacente al segmento de bus previamente seleccionado por comprobar.

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado por que un potencial de referencia local a tierra se conmuta temporalmente en la rama del puente de referencia (RZ), preferiblemente dividiendo la resistencia central del puente en dos elementos de resistencia de puente y entre estos elementos de resistencia de puente está conectado un elemento de conmutación adicional (S3) contra el potencial de tierra.

15. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado por que el bus de energía se alimenta con energía por ambos lados.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado por que las etapas a)-e) se realizan simultáneamente para comprobar otro segmento de bus, aplicando la tensión de prueba al segmento de bus por comprobar y al segmento de bus adicional por comprobar desde diferentes direcciones dentro del bus de energía.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que el segmento de bus adicional por comprobar se alimenta con la tensión de prueba por medio de una segunda fuente de alimentación (PS2).

18. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 17, caracterizado por que, durante el funcionamiento del bus de energía, se realizan mediciones de aislamiento mediante un dispositivo de control de aislamiento en tramos de línea de la línea de bus (L), que se controlan a distancia mediante una unidad de diagnóstico, en donde los consumidores (FE) dentro de este tramo de línea se mantienen en funcionamiento.