ES2891135T3 - Procedimiento y dispositivo para controlar una red eléctrica en un vehículo ferroviario, y vehículo ferroviario - Google Patents

Abstract

Procedimiento para controlar una red eléctrica (1) en un vehículo ferroviario, en donde la red eléctrica (1) comprende al menos un convertidor (C) de potencia, al menos un motor (M) de accionamiento y al menos una primera línea (P, P1) de fase para conectar eléctricamente el al menos un convertidor (C) de potencia y el al menos un motor de accionamiento, en donde se determina un nivel de una variación de corriente en una primera corriente (I, I1) de fase, en donde se detecta un fallo de red si se cumple al menos un criterio basado en variaciones de corriente, en donde el criterio basado en variaciones de corriente se cumple si el nivel de la variación de corriente en la primera corriente (I, I1) de fase es mayor que un valor umbral predeterminado (SW1) de variación de corriente, caracterizado por que el fallo de red se detecta en una subred (TN_M) del lado de la máquina, en donde se determina un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina en función del nivel de la variación de corriente, en donde el nivel de variación de corriente disminuye al aumentar la distancia entre un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina y un punto (BP) de determinación en el que se produce la variación de corriente.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para controlar una red eléctrica en un vehículo ferroviario, y vehículo ferroviario

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para controlar una red eléctrica en un vehículo ferroviario y a un vehículo ferroviario.

En los vehículos ferroviarios se utilizan tanto máquinas asíncronas como máquinas síncronas, entre otras las denominadas máquinas de imanes permanentes (PMM), que también se pueden designar como motores de imanes permanentes, para el accionamiento del vehículo ferroviario. Las máquinas utilizadas para accionar el vehículo ferroviario también se designan en adelante como motores de accionamiento. Estos se alimentan con energía eléctrica a través de una red eléctrica generalmente trifásica. En este contexto, la red eléctrica también incluye un convertidor de potencia que, cuando la máquina de imanes permanentes funciona como motor, convierte una tensión continua, por ejemplo una tensión de circuito intermedio, en una tensión alterna deseada para alimentar el motor de accionamiento. Sin embargo, cuando el motor de accionamiento funciona como generador, el convertidor de potencia también puede convertir la tensión alterna generada por el motor de accionamiento en tensión continua.

En la red eléctrica se pueden producir cortocircuitos. Éstos se pueden producir tanto dentro del motor de accionamiento, por ejemplo dentro de una carcasa de la máquina, como a lo largo de una línea de fase para conectar el convertidor de potencia y el motor de accionamiento. También se pueden producir cortocircuitos en el convertidor de potencia. En caso de cortocircuitos también se pueden producir los denominados arcos voltaicos, que pueden provocar la destrucción no deseada de componentes del vehículo ferroviario.

Ya se conoce el procedimiento consistente en controlar el nivel de una corriente de fase, detectándose un cortocircuito cuando el nivel de la corriente de fase está por encima de un valor umbral predeterminado.

Si se detecta un cortocircuito de este tipo, por regla general el convertidor de potencia se aísla eléctricamente del motor de accionamiento, por ejemplo mediante interruptores de potencia dispuestos de forma correspondiente. Al mismo tiempo, especialmente en el caso de una máquina de imanes permanentes como motor de accionamiento, el vehículo ferroviario se frena hasta detenerlo para evitar una alimentación potencial del cortocircuito.

El documento DE 10 2011 012 314 A1 se refiere a un procedimiento y un dispositivo para controlar al menos una corriente de fase de una máquina eléctrica.

El documento EP 2784891 A1 describe un dispositivo de relé de protección de alimentación de CC con un dispositivo de entrada, un primer dispositivo de cálculo, un dispositivo de retención, un segundo dispositivo de cálculo y un dispositivo de registro, que puede detectar un fallo en un circuito de alimentación.

El documento WO 2013/010591 A1 se refiere a un procedimiento para determinar una sección defectuosa de una línea de suministro de energía alimentada unilateralmente que está dividida en varias secciones por dispositivos de conmutación, teniendo asignado cada dispositivo de conmutación un dispositivo de medición.

El documento US 4 203 142 A se refiere a un dispositivo de vagón para minas, en particular a la detección de un cortocircuito a tierra en dichos dispositivos de vagón.

El documento US 5578912 A se refiere a un dispositivo de accionamiento de motor para un elevalunas eléctrico en un vehículo de transporte de pasajeros, en particular a un dispositivo para la detección de problemas de motor tales como puenteo, cortocircuito y marcha en vacío.

Se plantea el problema técnico consistente en crear un dispositivo y un procedimiento para controlar una red eléctrica de un vehículo ferroviario y un vehículo ferroviario que permitan una detección alternativa, pero fiable y rápida, de un fallo de red. También se plantea el problema técnico de permitir la localización de un fallo de red para crear una mejor gestión de fallos.

La solución al problema técnico resulta de los objetos con las características indicadas en las reivindicaciones 1, 7 y 8. Otras configuraciones ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

Se propone un procedimiento para controlar una red eléctrica en un vehículo ferroviario. La red eléctrica puede consistir en particular en una red de tracción del vehículo ferroviario o definir una parte de la red de tracción del vehículo ferroviario. La red eléctrica se utiliza en particular para transferir energía entre un convertidor de potencia del vehículo ferroviario y un motor de accionamiento del vehículo ferroviario.

La red eléctrica incluye al menos un convertidor de potencia. El convertidor de potencia puede funcionar como inversor y también como rectificador. Por ejemplo, el convertidor de potencia puede estar configurado como convertidor de potencia trifásico. El convertidor de potencia puede comprender elementos de conmutación, en particular eléctricos, como por ejemplo MOSFET o IGBT.

El convertidor de potencia puede estar conectado eléctricamente por el lado de entrada a un circuito intermedio, en particular a un condensador de circuito intermedio, del vehículo ferroviario. Una tensión de circuito intermedio que disminuye a través del condensador de circuito intermedio y que, por lo tanto, está presente en el convertidor de potencia en el lado de entrada, es una tensión continua. En el lado de salida, el convertidor de potencia puede estar conectado al motor de accionamiento, por ejemplo a través de al menos una línea de fase.

La red eléctrica comprende además al menos un motor de accionamiento. Tal como se ha explicado anteriormente, el motor de accionamiento puede designar una máquina eléctrica para el accionamiento del vehículo ferroviario, en particular una máquina de imanes permanentes. Por lo tanto, el motor de accionamiento puede consistir en una máquina síncrona con un rotor permanentemente magnetizado. El motor de accionamiento puede funcionar como motor. En este contexto, la energía eléctrica transferida por el convertidor de potencia al motor de accionamiento se convierte en energía mecánica. La energía eléctrica se transfiere en forma de una corriente alterna y una tensión alterna, que alimentan el motor de accionamiento. En un modo de funcionamiento como generador, el motor de accionamiento convierte energía mecánica en energía eléctrica, pudiendo ser transmitida la energía eléctrica al convertidor de potencia. En este contexto, el motor de accionamiento genera una corriente alterna y una tensión alterna.

La red eléctrica comprende además al menos una primera línea de fase para la conexión eléctrica del al menos un convertidor de potencia y el al menos un motor de accionamiento. En este contexto, la línea de fase designa una línea eléctrica a través de la cual puede fluir una primera corriente de fase. La red eléctrica comprende preferiblemente más de una, en particular tres, líneas de fase. A lo largo de la primera línea de fase puede estar dispuesto al menos un elemento de conmutación eléctrico, por ejemplo un elemento de conmutación de potencia, en particular un MOSFET, un IGBT o un interruptor de potencia. Por medio del elemento de conmutación eléctrico de la primera línea de fase se puede interrumpir o establecer una conexión eléctrica entre el convertidor de potencia y el motor de accionamiento a través de la primera línea de fase.

El convertidor de potencia es preferiblemente un convertidor de potencia trifásico que está conectado a un motor de accionamiento trifásico a través de tres líneas de fase.

Además se determina un nivel de una variación de corriente en la primera corriente de la fase, en particular durante un período de tiempo predeterminado. En este contexto, el nivel se puede determinar como la magnitud de la variación de corriente o puede designar dicha magnitud. Por lo tanto, no se determina el nivel de la corriente o el valor de corriente, sino una variación la primera corriente de la fase a lo largo del tiempo o un nivel de dicha variación. El nivel de la variación de corriente se puede determinar, por ejemplo, formando la primera derivada.

En el sentido de esta invención, el término "determinación" designa un registro directo de una magnitud, por ejemplo por medio de un dispositivo de registro o un sensor, o el cálculo de la magnitud a partir de al menos una magnitud registrada directamente. Por ejemplo, se puede registrar un valor de corriente de la primera corriente de fase, por ejemplo mediante un sensor de corriente, determinándose la variación de corriente durante un período de tiempo predeterminado en función del valor de corriente.

Por lo tanto, la red puede incluir al menos un primer dispositivo de registro para el registro directo de la variación de corriente en la primera corriente fase. No obstante, también es posible que la red eléctrica comprenda un primer dispositivo de registro para registrar una magnitud eléctrica, por ejemplo el valor de corriente, de la primera corriente de fase y al menos un primer dispositivo de determinación, determinando el primer dispositivo de determinación el nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase en función de la magnitud eléctrica registrada. En este contexto, el dispositivo de determinación puede estar configurado como FPGA.

Si hay más de una línea de fase, en particular tres líneas de fase, la red eléctrica puede incluir naturalmente otros dispositivos de registro y, en caso dado, dispositivos de determinación que permitan determinar el nivel de la variación de corriente en las demás corrientes de fase. Por lo tanto, en el caso de una conexión multifásica se determina el nivel de la variación de corriente en al menos una corriente de fase adicional.

Por ejemplo, en una red eléctrica trifásica se puede determinar un nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase y un nivel de la variación de corriente en otra corriente de fase, por ejemplo, una segunda corriente de fase o una tercera corriente de fase. El nivel de la variación de corriente en la corriente de fase restante se puede determinar entonces en función de los niveles de la variación de corriente que ya se han determinado. Para ello, la red eléctrica puede incluir, por ejemplo, un primer sensor de corriente para registrar el valor de corriente de la primera corriente de fase y un sensor de corriente adicional para detectar un valor de corriente de una corriente de fase adicional. El nivel de las variaciones de corriente se puede determinar entonces mediante uno o más dispositivos de determinación.

Las formas de realización del procedimiento según la invención descritas a continuación para la primera línea de fase son aplicables correspondientemente a otras líneas de fase de la red eléctrica.

También se detecta un fallo de red en una subred del lado de la máquina si se cumple al menos un criterio basado en variaciones de corriente. El criterio basado en variaciones de corriente se cumple cuando el nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase es mayor que un valor umbral predeterminado de variación de corriente.

En este contexto, la subred del lado de la máquina designa al menos la parte de la red eléctrica que está dispuesta entre un punto de determinación de la red eléctrica, en el que se determina el nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase, y el motor de accionamiento, y que incluye al menos parte del motor de accionamiento. Por lo tanto, la subred del lado de la máquina puede comprender al menos la sección de la primera línea de fase que conecta el punto de determinación anteriormente explicado con el motor de accionamiento y al menos una parte de la red eléctrica del motor de accionamiento.

En este contexto, el punto de determinación designa un punto o sección de la primera línea de fase en el que se produce la variación de corriente que ha de ser determinada según la invención. Por lo tanto, el punto de determinación puede designar el punto o sección en el que está dispuesto el sensor de corriente anteriormente explicado.

Además de la subred del lado de la máquina, la red eléctrica también puede incluir una subred del lado del convertidor de potencia, comprendiendo la subred del lado del convertidor de potencia la parte de la red eléctrica que está dispuesta entre el punto de determinación y el convertidor de potencia, y el propio convertidor de potencia.

En este contexto, un fallo de red designa en particular un cortocircuito o la aparición de una conexión de baja inductancia no deseada.

Los valores umbral de variación de corriente se pueden determinar en función de propiedades eléctricas de la red eléctrica, en particular las inductancias de la red eléctrica.

El convertidor de potencia de la red eléctrica o la parte del lado del convertidor de potencia de la red eléctrica presentan por regla general una inductancia baja. Si se produce un fallo de red en la parte de la red eléctrica del lado de la máquina, en particular un cortocircuito o una conexión de baja inductancia no deseada, durante un breve tiempo fluirá una corriente muy alta desde la parte del lado del convertidor de potencia hacia la parte del lado de la máquina de la red eléctrica debido a la baja inductancia del convertidor de potencia o de la parte del lado del convertidor de potencia. El motor de accionamiento y la(s) línea(s) de fase presentan por regla general una inductancia más alta que el convertidor de potencia o que la parte de la red eléctrica del lado del convertidor de potencia. Si se produce un fallo de red, en particular un cortocircuito o una conexión de baja impedancia no deseada, en la parte del lado del convertidor de potencia, fluirá una corriente menor desde la subred del lado de la máquina hacia la subred del lado del convertidor de potencia durante más tiempo en comparación con el caso de un fallo de red en la parte del lado de la máquina. Esto significa que en el caso de un fallo de red en la parte del lado de la máquina se produce una gran variación de corriente, mientras que en el caso de un fallo de red en la parte del lado del convertidor de potencia se produce una variación de corriente comparativamente menor. No obstante se ha de partir de la base de que al menos la variación de corriente en caso de un fallo de red en la subred del lado de la máquina es mayor que una variación de corriente máxima admisible o máxima esperada en el estado libre de fallos de la red eléctrica.

El o los valores umbral de variación de corriente pueden ser determinados por un experto en la técnica en función de las propiedades eléctricas de la red eléctrica, por ejemplo mediante simulaciones y/o ensayos y/o cálculos adecuados.

En conjunto, ventajosamente resulta que mediante la evaluación del nivel de la variación de corriente se puede detectar un fallo de red de forma fiable y rápida, pudiendo también asignarse este fallo de red a la subred del lado de la máquina. Por lo tanto, además de la detección pura de un fallo de red, al mismo tiempo se posibilita ventajosamente la localización del fallo de red.

Por consiguiente, tal como se explicará con mayor detalle más abajo, se pueden iniciar las funciones de protección que dependen de un lugar de fallo.

Además, un lugar de fallo en la subred del lado de la máquina se determina en función del nivel de la variación de corriente.

Por ejemplo, se puede partir de la base de que existe una relación entre el nivel de la variación de corriente y una distancia del lugar de fallo en la subred del lado de la máquina desde el punto de determinación anteriormente explicado de tal manera que el nivel de la variación de corriente disminuye con el aumento de la distancia. Por ejemplo, el nivel de la variación de corriente puede disminuir de forma lineal o exponencial con el aumento de la distancia.

Esta distancia puede indicar una longitud de una conexión eléctrica, en particular la más corta, por ejemplo de la línea de fase, que conecta el punto de determinación anteriormente explicado y el lugar de fallo.

En este contexto, el valor umbral de la variación de corriente anteriormente explicado se puede seleccionar de tal manera que se pueda detectar un fallo de red independientemente del lugar de fallo en la subred del lado de la máquina. Esto significa que el valor umbral predeterminado de variación de corriente se selecciona de tal manera que se pueda detectar un fallo de red incluso a una distancia máxima entre el lugar de fallo en la subred del lado de la máquina y el punto de determinación.

Además, dependiendo de la relación previamente conocida entre el nivel de la variación de corriente y la distancia anteriormente explicada, la distancia al lugar de fallo se puede determinar en función del nivel determinado de la variación de corriente.

Por ejemplo, la subred del lado de la máquina se puede subdividir en varias secciones. En este contexto, a cada sección se le puede asignar un nivel mínimo de la variación de corriente específico de la sección y un nivel máximo de la variación de corriente específico de la sección y, por lo tanto, un intervalo del nivel de la variación de corriente específico de la sección. Cuanto menor es la distancia de la sección desde el punto de determinación, mayores son el nivel mínimo de la variación de corriente específico de la sección y el nivel máximo de la variación de corriente específico de la sección que han de seleccionar.

Dependiendo del nivel de la variación de corriente determinado según la invención, se puede determinar el intervalo correspondiente en el que se encuentra el nivel determinado de la variación de corriente. Como lugar de fallo se puede determinar entonces la sección que está asignada a dicho intervalo.

De este modo resulta ventajosamente una localización más precisa del lugar de fallo. A su vez, esto permite ventajosamente una mejora de la implementación de las funciones de protección dependiente del lugar de fallo.

En otra forma de realización, la variación de corriente en la primera corriente de fase se determina de forma cíclica. En este contexto, un ciclo puede tener una duración predeterminada, por ejemplo una duración en un intervalo de 1 ps (inclusive) a 5 ps (inclusive). La duración de un ciclo es preferiblemente de 2 ps.

El criterio basado en variaciones de corriente se cumple si durante al menos un número predeterminado de ciclos, en particular de ciclos inmediatamente sucesivos en el tiempo, el nivel de la variación de corriente es mayor que el valor umbral predeterminado de variación de corriente. Esto aumenta ventajosamente la fiabilidad de la detección.

En otra forma de realización se determina un nivel de la primera corriente de fase. En este contexto, el nivel se puede determinar como una magnitud o puede designar dicha magnitud. El nivel puede ser, por ejemplo, una amplitud o un valor RMS de la primera corriente de fase. Además, si también se cumple un criterio basado en el valor de corriente, se detecta un fallo de red en la subred del lado de la máquina, cumpliéndose el criterio basado en el valor de corriente si el nivel de la primera corriente de fase es mayor que un valor umbral predeterminado del valor corriente.

Por lo tanto, para detectar un fallo de red en la subred del lado de la máquina se han de cumplir al menos dos criterios. Esto aumenta aún más la fiabilidad de la detección.

En otra forma de realización, cuando se detecta un fallo de red en la parte de red del lado de la máquina, se determina un lugar de fallo en la parte de red del lado de la máquina y se lleva a cabo una función de protección dependiente del lugar de fallo, reduciéndose un flujo de corriente a través de una sección de red defectuosa. En este contexto, la sección de red defectuosa puede incluir el lugar de fallo. Por ejemplo, se puede interrumpir un flujo de corriente a través de la sección de red defectuosa. Para ello, la sección de red defectuosa se puede aislar en uno o en dos lados. La reducción o interrupción del flujo de corriente a través de la sección de red defectuosa puede tener lugar, por ejemplo, abriendo al menos un elemento de conmutación eléctrico que conecta la sección de red defectuosa con otra sección de red. Esto es particularmente ventajoso si el motor de accionamiento está realizado como una máquina de imanes permanentes.

Para ello, la red eléctrica, en particular la primera línea de fase, puede comprender uno o más elementos de conmutación eléctricos, mediante los cuales se puede interrumpir o establecer una conexión eléctrica de diferentes secciones de la línea de fase.

Alternativa o adicionalmente se puede reducir la velocidad de rotación del motor de accionamiento. Por ejemplo, para ello se puede frenar un rotor de la máquina de imanes permanentes. Sin embargo, preferiblemente el vehículo ferroviario se puede frenar mediante al menos un dispositivo de frenado. Por supuesto, la velocidad de rotación del motor de accionamiento se puede reducir a cero.

Evidentemente, también se puede reducir, en particular interrumpir, el flujo de corriente a través de la línea de fase y/o reducir la velocidad de rotación del motor de accionamiento sin determinar el lugar de fallo en la subred del lado de la máquina.

Esto da como resultado ventajosamente un procedimiento para la gestión de fallos en la red eléctrica.

En una forma de realización alternativa, la velocidad de rotación del motor de accionamiento se reduce cuando se detecta un fallo de red en la parte de red del lado de la máquina. En este contexto se puede hacer referencia a las explicaciones anteriores. Por lo tanto, en esta forma de realización alternativa no se determina ningún lugar de fallo en la subred del lado de la máquina. Por consiguiente se lleva a cabo una función de protección independiente del lugar de fallo.

Alternativa o adicionalmente, en este caso se interrumpirá la conexión eléctrica entre el convertidor de potencia y el motor de accionamiento, es decir, al menos la primera línea de fase. Esto da como resultado ventajosamente un alto nivel de seguridad operativa cuando no se puede determinar con suficiente precisión o no se determina el lugar de un fallo en la subred del lado de la máquina. En este caso, el motor de accionamiento se frena parcialmente, o preferiblemente por completo, para evitar la alimentación del fallo de la red, en particular el cortocircuito.

En otra forma de realización, la red eléctrica comprende líneas trifásicas para la conexión eléctrica del al menos un convertidor de potencia y el al menos un motor de accionamiento, determinándose un nivel de variación de corriente de todas las corrientes de fase. Para ello se pueden registrar todas las corrientes de fase, por ejemplo en cada caso mediante un sensor de corriente. También es posible registrar únicamente dos de las corrientes de fase y calcular la corriente de fase restante en función de las corrientes de fase registradas.

Además, si se cumple el al menos un criterio basado en variaciones de corriente para una de las líneas de fase, se detecta un fallo de red específico de fase en la subred del lado de la máquina. Por lo tanto, ventajosamente el resultado de ello consiste en que una red trifásica se puede controlar de forma fiable.

Si se detecta un fallo de red en solo una de las líneas de fase, es posible interrumpir esta línea de fase o todas las líneas de fase. Si se detecta un fallo de red en cada una de solo dos de las líneas de fase, es posible interrumpir estas dos líneas de fase o todas las líneas de fase. Si se detectan fallos de red en cada una de las tres líneas de fase, se pueden interrumpir todas las líneas de fase.

También se propone un dispositivo para controlar una red eléctrica en un vehículo ferroviario. El dispositivo está configurado de tal manera que con el dispositivo se puede llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con una de las formas de realización anteriormente explicadas. En particular, el dispositivo comprende al menos un dispositivo de evaluación.

La red eléctrica controlada mediante el dispositivo está configurada tal como se ha explicado anteriormente. El dispositivo comprende además al menos un dispositivo de evaluación y al menos un primer dispositivo para determinar el nivel de una variación de corriente en una primera corriente de fase. Tal como se ha explicado anteriormente, el primer dispositivo para determinar la variación de corriente puede estar configurado como un dispositivo para registrar la variación de corriente. Alternativamente, el primer dispositivo también puede comprender un dispositivo para registrar una magnitud eléctrica y un dispositivo de determinación, pudiendo determinarse la variación de corriente por medio del dispositivo de determinación en función de la magnitud eléctrica registrada. El dispositivo de evaluación y el al menos un primer dispositivo de determinación también pueden estar configurados como un dispositivo común. El dispositivo para registrar una magnitud eléctrica y el dispositivo de determinación también pueden estar configurados como un dispositivo común.

También se puede determinar un nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase.

Además, mediante el dispositivo de evaluación se puede detectar un fallo de red en una subred del lado de la máquina si se cumple al menos un criterio basado en variaciones de corriente, cumpliéndose el criterio basado en variaciones de corriente si el nivel de la variación de corriente en la primera corriente de fase es mayor que un valor umbral predeterminado de variación de corriente.

En este contexto, el dispositivo permite ventajosamente llevar a cabo uno de los procedimientos anteriormente explicados.

También se propone un vehículo ferroviario, comprendiendo el vehículo ferroviario el dispositivo anteriormente explicado. Esto da como resultado ventajosamente un vehículo ferroviario con un alto nivel de seguridad operativa.

La invención se explica con mayor detalle por medio de varios ejemplos de realización. Las figuras muestran:

Figura 1 un diagrama de circuito equivalente ejemplar de una red eléctrica en un vehículo ferroviario;

Figura 2 un diagrama esquemático de una red eléctrica del vehículo ferroviario y diversos tipos de detección de fallos; y

Figura 3 una relación funcional ejemplar entre un nivel de una variación de corriente y una distancia de un lugar de fallo desde un punto de determinación.

A continuación, los símbolos de referencia iguales designan elementos con características técnicas iguales o similares.

La Figura 1 muestra un diagrama de circuito equivalente de la red eléctrica 1 de un vehículo ferroviario (no representado). Se trata de un sistema de 2 fases, estando representados los componentes eléctricos de una línea de ida y vuelta combinados en la línea de fase superior. La red eléctrica 1 comprende un convertidor C de potencia (véase la Figura 2), estando representadas en la Figura 1 una inductancia resultante L1_C y una resistencia resultante R1_C del convertidor C de potencia. También está representado un condensador C_k de circuito intermedio. La red eléctrica 1 comprende además una máquina M de imanes permanentes, estando representada también una inductancia resultante L_M y una resistencia resultante R_M de la máquina M de imanes permanentes. También está representada una línea P de fase con una primera sección A, una segunda sección B y una tercera sección C.

También están representados un sensor CS de corriente y un dispositivo AE de evaluación. El sensor CS de corriente registra un valor de corriente en un punto BP de determinación de la línea P de fase. En este contexto está representada de forma ejemplar una corriente I.

El dispositivo AE de evaluación determina una variación de corriente dl/dt en función del valor de corriente y de una duración dt. Esta variación de corriente se determina de forma cíclica.

Además están representadas las resistencias resultantes R_A, R_B, R_C de las secciones individuales A, B, C de la línea P de fase. También están representadas correspondientemente las inductancias resultantes L_A, L_B, L_C de las secciones A, B, C.

Un primer elemento de conmutación eléctrico S1, que se puede designar, por ejemplo, como interruptor de potencia del motor, está dispuesto a lo largo de la línea P de fase. Otro elemento de conmutación eléctrico S2, que se puede designar, por ejemplo, como interruptor de potencia de motor de parada de emergencia, también está dispuesto a lo largo de la línea P de fase. Por medio de los elementos de conmutación S1, S2 se puede establecer o interrumpir una conexión eléctrica entre el convertidor C de potencia y la máquina M de imanes permanentes a través de la línea P de fase.

En este contexto, la primera sección A comprende al menos una sección de la línea P de fase entre el punto BP de determinación y el primer elemento de conmutación eléctrico S1.

En este contexto, la segunda sección B comprende una sección de la línea P de fase entre el primer elemento de conmutación eléctrico S1 y el segundo elemento de conmutación eléctrico S2.

En este contexto, los elementos de conmutación S1, S2 están dispuestos de tal manera que la primera sección A se puede conectar a la segunda sección B por medio del primer elemento de conmutación S1. Además, la segunda sección B se puede conectar a la tercera sección C por medio del segundo elemento de conmutación S2. No están representados los interruptores de protección de motor que permiten interrumpir la conexión eléctrica en los puntos AP de conexión de la máquina M de imanes permanentes.

En este contexto, la tercera sección C comprende una sección de la línea P de fase entre el segundo elemento de conmutación eléctrico S2 y un punto AP de conexión de la máquina M de imanes permanentes. También está representada una cuarta sección D, que comprende la red eléctrica de la máquina M de imanes permanentes hasta los puntos AP de conexión.

Por medio del dispositivo AE de evaluación se puede determinar en cada ciclo un nivel o una magnitud de la variación de corriente en la corriente I de fase. También se evalúa por medio del dispositivo AE de evaluación si se cumple un criterio basado en variaciones de corriente, cumpliéndose este criterio si el nivel de la variación de corriente en la corriente I de fase en cada ciclo es mayor que un primer valor predeterminado o que la magnitud del valor umbral SW1 de variación de corriente (véase la Figura 3).

Si se cumple el criterio basado en variaciones de corriente, se detecta un fallo de red, en particular un cortocircuito, en una subred TN_M del lado de la máquina. En este contexto, la subred TN_M del lado de la máquina incluye al menos la parte de la red eléctrica 1 que incluye la parte de la línea P de fase que está dispuesta entre el punto BP de determinación y el punto AP de conexión de la máquina M de imanes permanentes. La subred TN_M del lado de la máquina comprende además al menos una parte de la red eléctrica de la máquina M de imanes permanentes.

También está representada una subred TN_C del lado del convertidor de potencia. Ésta incluye al menos una parte de la red eléctrica del convertidor C de potencia (no mostrado) y la parte de la línea P de fase que conecta el convertidor C de potencia y el punto BP de determinación.

En este contexto, el fallo de red detectado tal como se ha descrito anteriormente se detecta en la subred TN_M del lado de la máquina.

También es posible determinar un nivel o una cantidad de la corriente I de fase por medio del dispositivo AE de evaluación. En este caso se puede detectar un fallo de red en la subred TN_M del lado de la máquina si se cumple adicionalmente un criterio basado en el valor de corriente. Éste se cumple cuando el nivel de la corriente I de fase es mayor que un valor umbral predeterminado del valor de corriente.

Si se detecta un fallo de red en la subred TN_M del lado de la máquina, se puede abrir al menos uno de los elementos de conmutación S1, S2, preferiblemente ambos elementos de conmutación S1, S2.

En la Figura 2 se muestra esquemáticamente una red eléctrica trifásica 1 de un vehículo ferroviario (no representado). Aquí está representado de nuevo un condensador C_k de circuito intermedio, que está conectado eléctricamente a un convertidor C de potencia en el lado de entrada. En el lado de salida, el convertidor C de potencia está conectado a una máquina M de imanes permanentes a través de tres fases P1, P2, P3. En la Figura 2 no está representada ninguna resistencia resultante ni ninguna inductancia resultante.

También está representado un primer sensor CS_P1 de corriente para registrar una primera corriente I_P1 de fase en una primera línea P1 de fase. También está representado otro sensor CS_P3 de corriente para registrar una tercera corriente I_P3 de fase en una tercera línea P3 de fase. Una segunda corriente I_P2 de fase en una segunda línea P2 de fase se puede determinar en función de las corrientes I_P1, I_P3 de fase restantes.

Correspondientemente a la línea P de fase representada en la Figura 1, cada una de las líneas P1, P2, P3 de fase comprende respectivamente un primer elemento de conmutación eléctrico S1_P1, S1_P2, S1_P3 y un segundo elemento de conmutación eléctrico S2_P1, S2_P2, S2_P3. También está representada una subdivisión de la línea P1, P2, P3 de fase respectiva en secciones A, B, C. También están representados los puntos AP de conexión de la máquina M de imanes permanentes, comprendiendo una cuarta sección D una red eléctrica de la máquina M de imanes permanentes. En este contexto se muestra que los primeros elementos de conmutación eléctricos S1_P1, S1_P2, S1_P3 se pueden controlar, es decir, abrir o cerrar, por medio de un dispositivo 2 de control. En este contexto, los primeros elementos de conmutación eléctricos S1_P1, S1_P2, S1_P3 se pueden controlar conjuntamente, en particular simultáneamente, por medio del dispositivo 2 de control.

También se muestra que los segundos elementos de conmutación eléctricos S2_P1, S2_P2, S2_P3 se pueden controlar, es decir, abrir o cerrar, por medio de un segundo dispositivo 3 de control. En este contexto, los segundos elementos de conmutación eléctricos S2_P1, S2_P2, S2_P3 también se pueden controlar conjuntamente, en particular simultáneamente, mediante el segundo dispositivo 3 de control.

Por medio de un dispositivo AE de evaluación se puede determinar cíclicamente un nivel o una magnitud de una variación de corriente en la primera corriente I_P1 de fase, en la segunda corriente I_P2 de fase y en la tercera corriente I_P3 de fase. Un fallo de red en una subred del lado de la máquina se puede detectar si se cumple el criterio basado en variaciones de corriente anteriormente explicado para al menos una de las corrientes I_P1, I_P2, I_P3 de fase.

Si se detecta un fallo de red en la subred TN_M del lado de la máquina, se pueden abrir al menos dos de los primeros elementos de conmutación S1_P1, S1_P2, S1_P3, pero preferiblemente todos ellos. Alternativa o adicionalmente se pueden abrir al menos dos de los segundos elementos de conmutación S1_P1, S1_P2, S1_P3, pero preferiblemente todos ellos. En particular, se pueden abrir los primeros y/o los segundos elementos de conmutación S1_P1, S1_P2, S1_P3, S2_P1, S2_P2, S2_P3 de la(s) línea(s) de fase para la(s) que se cumple el criterio basado en variaciones de corriente.

En este contexto, un dispositivo para controlar la red eléctrica 1 puede incluir al menos el dispositivo AE de evaluación. Preferiblemente también puede incluir los sensores CS_P1, CS_P3 de corriente.

La Figura 3 muestra una relación ejemplar entre un nivel de una variación de corriente dl/dt y una distancia d de un lugar de fallo desde un punto BP de determinación (véase la Figura 1) en una línea P1, P2, P3 de fase. En este contexto se muestra que el nivel de la variación de corriente determinado por medio del dispositivo AE de evaluación es mayor cuanto más cerca está el lugar de fallo del punto BP de determinación. En particular, el nivel de la variación de corriente disminuye exponencialmente al aumentar la distancia d desde el punto BP de determinación.

Si el nivel de la variación de corriente es mayor que un primer valor umbral predeterminado SW1 de variación de corriente, se puede detectar un fallo de red en la subred TN_M del lado de la máquina (véanse las Figuras 1 y 2). Por lo tanto, se puede detectar que existe un fallo de red en la primera sección A, en la segunda sección B, en la tercera sección C o en la cuarta sección D (véase la Figura 1).

Si se detecta un fallo de red de este tipo, por ejemplo se pude reducir la velocidad de rotación de la máquina M de imanes permanentes, en particular frenando el vehículo ferroviario parcial o completamente, es decir, hasta detenerlo.

Si el nivel de variación de corriente es mayor que el primer valor umbral predeterminado SW1 de variación de corriente y menor o igual que un segundo valor umbral predeterminado SW2 de variación de corriente, se puede detectar un lugar de fallo en la cuarta sección D.

Si el nivel de variación de corriente determinado por el dispositivo AE de evaluación es mayor que el segundo valor umbral predeterminado SW2 de variación de corriente, se puede detectar que existe un lugar de fallo en la primera sección A o en la segunda sección B o en la tercera sección C de la subred TN_M del lado de la máquina. Si el nivel de variación de corriente es menor o igual que un tercer valor umbral predeterminado SW3 de variación de corriente, pero mayor que el segundo valor umbral predeterminado SW2 de variación de corriente, se puede detectar que el lugar de fallo se encuentra en la tercera sección C.

Correspondientemente, si el nivel de la variación de corriente es mayor que el tercer valor umbral predeterminado SW3 de variación de corriente, pero menor o igual que un cuarto valor umbral predeterminado SW4 de variación de corriente, se puede detectar que el lugar de fallo se encuentra en la segunda sección B. Si el nivel de la variación de corriente es mayor que el cuarto valor umbral predeterminado SW4 de variación de corriente, se puede detectar que el lugar de fallo se encuentra en la primera sección A.

Dependiendo de una sección A, B, C, D del lugar de fallo determinada de esta manera, se puede llevar a cabo una función de protección dependiente del lugar de fallo. Por ejemplo, si el lugar de fallo está en la segunda sección B, se pueden abrir el primer elemento de conmutación S1 y el segundo elemento de conmutación S2 (véase la Figura 1). Si el lugar se encuentra en la tercera sección C, por ejemplo se puede abrir el segundo elemento de conmutación S2 y se puede interrumpir la conexión eléctrica en el punto AP de conexión de la máquina M de imanes permanentes.

Si el lugar de fallo se encuentra por ejemplo en la cuarta sección D, se puede interrumpir la conexión eléctrica en el punto AP de conexión y se puede reducir la velocidad de rotación del motor. Si el lugar de fallo se encuentra en la primera sección A, se puede abrir el primer elemento de conmutación S1.

Por lo tanto, en conjunto esto da como resultado ventajosamente un procedimiento y un dispositivo para controlar la red eléctrica 1 de un vehículo ferroviario, que permiten detectar un fallo de red de forma fiable y rápida. Al mismo tiempo se pueden evitar desconexiones innecesarias, es decir, frenados innecesarios del vehículo ferroviario. Si se determina un lugar de fallo fuera de las secciones C y D, no es forzosamente necesario reducir la velocidad de rotación de la máquina M de imanes permanentes. Por lo tanto, el vehículo ferroviario se puede accionar con otros dispositivos de accionamiento, por ejemplo otras máquinas de imanes permanentes.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para controlar una red eléctrica (1) en un vehículo ferroviario, en donde la red eléctrica (1) comprende al menos un convertidor (C) de potencia, al menos un motor (M) de accionamiento y al menos una primera línea (P, P1) de fase para conectar eléctricamente el al menos un convertidor (C) de potencia y el al menos un motor de accionamiento, en donde se determina un nivel de una variación de corriente en una primera corriente (I, I1) de fase, en donde se detecta un fallo de red si se cumple al menos un criterio basado en variaciones de corriente, en donde el criterio basado en variaciones de corriente se cumple si el nivel de la variación de corriente en la primera corriente (I, I1) de fase es mayor que un valor umbral predeterminado (SW1) de variación de corriente,

caracterizado por que el fallo de red se detecta en una subred (TN_M) del lado de la máquina, en donde se determina un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina en función del nivel de la variación de corriente, en donde el nivel de variación de corriente disminuye al aumentar la distancia entre un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina y un punto (BP) de determinación en el que se produce la variación de corriente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la variación de corriente en la primera corriente (I, I1) de fase se determina cíclicamente, en donde el criterio basado en variaciones de corriente se cumple si el nivel de la variación de corriente es respectivamente mayor que el umbral predeterminado (SW1) de variación de corriente durante al menos un número de ciclos predeterminado.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se determina un nivel de la primera corriente (I, I1) de fase, en donde se detecta un fallo de red en la subred (TN_M) del lado de la máquina si se cumple adicionalmente un criterio basado en un valor de corriente, en donde el criterio basado en un valor de corriente se cumple si el nivel de la primera corriente (I, I1) de fase es mayor que un umbral predeterminado de valor de corriente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, en caso de detección de un fallo de red en la subred (TN_M) del lado de la máquina, se determina un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina y se lleva a cabo una función de protección dependiente del lugar de fallo, en donde se reduce el flujo de corriente a través de la sección de red defectuosa y/o se reduce la velocidad de rotación del motor de accionamiento.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, en caso de detección de un fallo de red en la subred (TN_M) del lado de la máquina, se reduce la velocidad de rotación del motor de accionamiento y/o se interrumpe al menos la primera línea (P, P1) de fase.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la red eléctrica (1) comprende tres líneas (P, P1, P2, P3) de fase para conectar eléctricamente el al menos un convertidor (C) de potencia y el al menos un motor de accionamiento, en donde se determina un nivel de variación de corriente en todas las corrientes (I, I1, I2, I3) de fase, en donde se detecta un fallo de red específico de fase en la subred (TN_M) del lado de la máquina si se cumple el al menos un criterio basado en variaciones de corriente para una de las líneas (P, P1, P2, P3) de fase.

7. Dispositivo para controlar una red eléctrica (1) en un vehículo ferroviario, en donde la red eléctrica (1) comprende al menos un convertidor (C) de potencia, al menos un motor de accionamiento y al menos una primera línea (P, P1) de fase para conectar eléctricamente el al menos un convertidor (C) de potencia y el al menos un motor de accionamiento, en donde el dispositivo comprende al menos un dispositivo (AE) de evaluación y al menos un primer dispositivo para determinar un nivel de la variación de corriente en una primera corriente (I, I1, I2, I3) de fase, en donde se puede determinar un nivel de variación de corriente en la primera corriente (I, II) de fase, en donde se puede detectar un fallo de red por medio el dispositivo (AE) de evaluación si se cumple al menos un criterio basado en variaciones de corriente, en donde el criterio basado en variaciones de corriente se cumple si el nivel de la variación de corriente en la primera corriente (I, I1) de fase es mayor que un valor umbral predeterminado (SW1) de variación de corriente,

caracterizado por que el fallo de red se puede detectar en una subred (TN_M) del lado de la máquina, en donde se puede determinar un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina en función del nivel de la variación de corriente, en donde el nivel de la variación de corriente disminuye al aumentar la distancia entre un lugar de fallo en la subred (TN_M) del lado de la máquina y un punto de determinación en el que se produce la variación de corriente.

8. Vehículo ferroviario que comprende un dispositivo según la reivindicación 7.