RED ELECTRICA PARA VEHICULOS DE SUPERFICIE Y SUBMARINOS, POR EJEMPLO, PARA BUQUES DE MARINA, ASI COMO PARA INSTALACIONES EN ALTA MAR.

Red eléctrica para vehículos de superficie y submarinos, por ejemplo,

buques de marina, así como instalaciones en alta mar, configurada como red eléctrica de a bordo y/o de de tracción, formada por redes de CA, CC o CA y CC y que presenta unidades de generación de energía eléctrica, armarios de distribución y unidades de consumidores, asimismo, la red eléctrica (1) presenta dispositivos de limitación de corriente configurados como limitadores de corriente tipo HTSL (superconductores de alta temperatura) (11) y/o interruptores semiconductores (17, 25), mediante los cuales el efecto rebote de fallas de tensión, en el caso de un cortocircuito en componentes no afectados de la red, puede ser limitado a un lapso de tiempo en el rango de pocos milisegundos, especialmente, <1 ms, y con ello, se puede limitar tales fallas de tensión al respectivo componente afectado de la red, caracterizada porque la red eléctrica puede ser conmutada del estado normal, en el cual está configurada como red eléctrica mallada, a un estado especial en el cual está configurada como red de alimentación radial y en el cual se garantiza la efectividad de los dispositivos limitadores de corriente

Red eléctrica para vehículos de superficie y submarinos, por ejemplo, para buques de marina, así como para instalaciones en alta mar.

La presente invención hace referencia a una red eléctrica para vehículos de superficie y submarinos, por ejemplo, buques de marina, así como instalaciones en alta mar, configurada como red eléctrica de a bordo y/o de tracción, formada por redes de CA, CC o CA y CC y que presenta unidades de generación de energía eléctrica, armarios de distribución y unidades de consumidores.

Es creciente la importancia de redes eléctricas de ese tipo, dado que los buques de propulsión diésel son reemplazados de manera creciente por buques totalmente eléctricos. El motivo principal se basa, en el caso de buques totalmente eléctricos, en que se pueden potenciar ventajas especiales del propio diseño del buque.

Las redes eléctricas de este tipo para vehículos de superficie y submarinos, así como para instalaciones en alta mar, deben satisfacer elevados requisitos de resistencia, maniobrabilidad, disponibilidad y confiabilidad.

Las redes eléctricas independientes generalmente son alimentadas, al menos, por dos unidades generadoras de energía eléctrica, por ejemplo, generadores, instalaciones de células de combustible, acumulador de gran capacidad, células solares o sus combinaciones.

Incluidas en dichas redes se encuentran los elementos de armarios de distribución eléctrica con corriente de trabajo, en algunos emplazamientos, elevada puesto que frecuentemente se utilizan instalaciones de distribución de tensión baja <1 kV. En las instalaciones eléctricas de redes de este tipo, en el caso de un cortocircuito se establecen unos requerimientos térmicos y dinámicos elevados.

Debido a la configuración del concepto de protección eléctrica, se deben tener en cuenta fallas de tensión que pueden provocar un apagón de la red eléctrica. Esto significa que en determinadas situaciones también se deban accionar los interruptores de los generadores. En un buque totalmente eléctrico, lo que se menciona, tiene como consecuencia una carencia de maniobrabilidad de rumbo, dado que en estas circunstancias, los sistemas de propulsión para el buque ya no pueden ser alimentados; lo que puede provocar incluso la pérdida del buque.

Especialmente en el caso de buques de marina, se pueden presentar con relativa frecuencia múltiples fallas, por ejemplo, en el caso de uno o varios impactos balísticos, en cuyo caso se pueden ver afectados uno o varios segmentos o tableros de distribución, fallas que no pueden ser previstas como para poderse llevar a cabo unos correspondientes ajustes mediante conmutaciones manuales o automáticas.

Debido a una falla de tensión en toda la red eléctrica, el equipamiento electrónico de la técnica de automatización y control llega a ser alcanzado por el evento de falla en un rango de hasta 10 o hasta 100 ms, así por ejemplo, el tiempo de reacción en la zona principal puede ser de entre 0,03 y 6 s. Si el equipamiento electrónico no está libre de interrupciones, por ejemplo, mediante un suministro a través de un Static Transfer Switch, (switch estático de transferencia), de un grupo ondulador estático alimentado por batería, se produce la falla del equipamiento electrónico, lo cual requiere de un reinicio, por ejemplo de los sistemas de operación, que requiere, por tanto, más tiempo.

Por el estado actual de la técnica se conocen las siguientes medidas indicadas, mediante las cuales se puede incrementar la disponibilidad y la seguridad contra fallas de la red eléctrica, configurada del modo mencionado. Las unidades generadoras de energía eléctrica, así como las unidades de consumidores, se dividen en diferentes segmentos de seguridad del buque. Los diferentes segmentos de la instalación de distribución están unidos entre sí a través de acoples, dispuestos directamente en una instalación de distribución en un panel, a modo de panel de interruptor de potencia, o transiciones, en cuyo caso en cada instalación de distribución está previsto un interruptor de potencia, unidos mediante tramo de cable.

Las redes eléctricas están configuradas como redes en anillo o redes de alimentación radial con un grado de mallado parcialmente elevado, asimismo, están previstos dispositivos conmutadores, por ejemplo, en forma de conmutación automática rápida, para satisfacer los requerimientos de redundancia.

La protección eléctrica está realizada como protección secundaria en la cual la selectividad se logra, generalmente, mediante un escalonamiento de corriente y tiempo. Se actúa sobre los accionadores del interruptor de potencia dispuestos en el circuito primario. En las derivaciones menores también pueden estar previstos fusibles como seguridad primaria.

Las redes parciales de la red eléctrica pueden ser aisladas galvánicamente mediante la técnica de instalaciones de distribución, por ejemplo, a través de interruptores de potencia cuya capacidad de desconexión se encuentre limitada.

Además, es posible un aislamiento galvánico de componentes de la instalación de distribución mediante técnica de componentes, a través de transformadores, convertidores CC/CC o convertidores rotativos CA/CA, CC/CA o CA/CC.

Por el documento WO-A-0215361 se conoce otra red eléctrica que presenta un limitador de tipo HTSL.

Sin embargo, con las medidas mencionadas, conocidas en el estado actual de la técnica, no se logra la posibilidad de descartar con seguridad fallas de tensión en el caso de cortocircuitos.

La presente invención tiene como objetivo perfeccionar las redes eléctricas previamente descritas para vehículos de superficie y submarinos, por ejemplo, para buques de marina, así como para instalaciones en alta mar, de modo tal que incluso en el caso de cortocircuitos se puedan excluir, de manera confiable, los daños del equipamiento electrónico de la técnica de automatización y control, al menos, de un componente 4 de la red.

Este objetivo se logra, acorde a la invención, gracias a una red eléctrica acorde a la reivindicación 1.

En el caso de determinados perfiles de requerimiento para dispositivos limitadores de corriente, puede ser adecuado que se combinen entre sí, en cada caso, un limitador de corriente tipo HTSL y un interruptor semiconductor y/o un interruptor de potencia mecánico convencional, asimismo, mediante los dispositivos limitadores de corriente equipados de esa manera, se pueden proteger, especialmente, fuentes de energía en forma de unidades generadoras de energía eléctrica o acumuladores de energía.

Dichos dispositivos limitadores de corriente poseen la característica de poder limitar la corriente de cortocircuito, es decir, trabajan en caso de incremento de corriente. Su implementación en acoples de red, o transiciones de red, es especialmente favorable en una red de alimentación radial con escalonamiento de corriente y tiempo, como es habitual hoy en día en los buques de marina, a saber, especialmente cuando se puede lograr un aislamiento galvánico seguro. De este modo se asegura que el componente no afectado de la red no sufra una falla de tensión significativa y se mantenga en gran medida una alimentación segura de las unidades de consumidores.

Los limitadores de corriente de tipo HTSL pueden ser combinados, ventajosamente, con dispositivos secundarios de seguridad que actúan sobre los interruptores de potencia asignados, a través de una señal generada por uno de los limitadores de corriente de tipo HTSL que actúa sobre ellos.

Los dispositivos limitadores de corriente mencionados pueden ser utilizados para el acondicionamiento de un concepto de red totalmente novedoso, en el cual la red eléctrica se puede construir, preferentemente, de modo tal que los dispositivos limitadores de corriente estén previstos en una disposición mediante la cual se alcanza la selectividad de corriente. Para evitar una falla de tensión o para la reducción de la misma, para ciertas instalaciones de consumidores es necesario prescindir de un escalonamiento temporal en cierto tipo de fallas. De esta manera se asegura, según el punto de fallas y el tipo de falla, que un componente de la red eléctrica de la propia tracción del buque, o de a bordo, prácticamente no se vea afectado, al menos, que la falla de tensión sea tan reducida que no se produzca una merma de las unidades de consumidores. Si la red eléctrica está concebida de modo tal que una red parcial permanezca prácticamente inalterada, las unidades generadoras de energía eléctrica y unidades de...

1. Red eléctrica para vehículos de superficie y submarinos, por ejemplo, buques de marina, así como instalaciones en alta mar, configurada como red eléctrica de a bordo y/o de de tracción, formada por redes de CA, CC o CA y CC y que presenta unidades de generación de energía eléctrica, armarios de distribución y unidades de consumidores, asimismo, la red eléctrica (1) presenta dispositivos de limitación de corriente configurados como limitadores de corriente tipo HTSL (superconductores de alta temperatura) (11) y/o interruptores semiconductores (17, 25), mediante los cuales el efecto rebote de fallas de tensión, en el caso de un cortocircuito en componentes no afectados de la red, puede ser limitado a un lapso de tiempo en el rango de pocos milisegundos, especialmente, <1 ms, y con ello, se puede limitar tales fallas de tensión al respectivo componente afectado de la red, caracterizada porque la red eléctrica puede ser conmutada del estado normal, en el cual está configurada como red eléctrica mallada, a un estado especial en el cual está configurada como red de alimentación radial y en el cual se garantiza la efectividad de los dispositivos limitadores de corriente.

2. Red eléctrica acorde a la reivindicación 1, con dispositivos limitadores de corriente, entre los cuales se encuentran, respectivamente, un limitador de corriente tipo HTSL (11) y un interruptor semiconductor (17, 25) y/o un interruptor de potencia (12), mediante los cuales se pueden proteger, especialmente, las fuentes de energía en forma de unidades generadoras de energía eléctrica y/o acumuladores de energía (18).

3. Red eléctrica acorde a la reivindicación 1 ó 2, cuyos limitadores de corriente tipo HTSL (11) están combinados con dispositivos de protección secundaria que actúan sobre los interruptores de potencia (12), gracias a que sobre ellos actúa una señal generada por el limitador de corriente tipo HTSL (11).

4. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3, configurada como red de alimentación radial con escalonamiento de corriente y tiempo, en cuyos acoples de red (10) y/o transiciones de red (13) están dispuestos los dispositivos limitadores de corriente.

5. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4, cuyos dispositivos limitadores de corriente están dispuestos de modo tal que a través de ellos, e interactuando con la configuración de la red, se pueda alcanzar la selectividad de corriente.

6. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 5, concebida como red de alimentación radial con el menor mallado posible.

7. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 5, concebida como red de alimentación radial con un mallado libre de efecto rebote.

8. Red eléctrica acorde a la reivindicación 7, en la cual el mallado sin efecto rebote se realiza mediante alimentación desacoplada por diodos de instalaciones de distribución eléctrica CC, o consumidores CC, de dos segmentos diferentes de seguridad de buque (2, 3, 4).

9. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8, cuyos conmutadores individuales presentan un dispositivo de comunicación mediante el cual, en caso de fallar el conmutador, puede contactarse un interruptor superior de accionamiento, sin retardo.

10. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 9, cuyo equipo de automatización y regulación presenta una unidad de diagnóstico en tiempo real con una elevada velocidad de cálculo, que trabaja, preferentemente, de modo autoadaptativo, utilizando elementos de lógica difusa o una red neuronal.

11. Red eléctrica acorde a la reivindicación 10, en la cual, en cada punto potencial de falla, está prevista una unidad sensora o de señalización, mediante la cual se puede detectar un estado de equipo asignado al punto de falla respectivo o una magnitud física correspondiente al punto de falla respectivo que puede ser transmitida a la unidad de diagnóstico en tiempo real del equipo de automatización y regulación.

12. Red eléctrica acorde a la reivindicación 11, en la cual la alimentación de las unidades sensoras o de señalización es independiente de sus puntos de fallas.

13. Red eléctrica acorde a la reivindicación 11 o 12, en la cual la unión entre la unidad de diagnóstico en tiempo real del equipo de automatización y regulación y las unidades sensoras y de señalización se realiza mediante elementos de comunicación por cable, por ejemplo, como cables de control o de bus configurados en forma de filamentos de cobre o de fibra de vidrio.

14. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 11 a 13, con sensores de respaldo de detección y transmisión inalámbrica, asimismo, en cada segmento de seguridad del buque (2, 3, 4) están instalados repetidores descentralizados.

15. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 14, en la cual están previstas, como unidades generadoras de energía eléctrica, células de combustible (5) mediante las cuales se puede alimentar con corriente continua la red principal (7) configurada como red de CC, en el caso de baja tensión y/o tensión media.

16. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 15, en la cual están previstas, como unidades generadoras de energía eléctrica, células solares mediante las cuales se puede alimentar con corriente continua la red principal (7) configurada como red de CC, en el caso de baja tensión y/o tensión media.

17. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 16, en la cual, a modo de acumulador de energía (18) están previstas baterías, acumuladores estáticos, como acumuladores magnéticos y condensadores y/o acumuladores rotativos, dispuestos, preferentemente, en un circuito intermedio de red de a bordo (15).

18. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 17, con acoples de red (10) y/o transiciones de red (13), en los cuales está dispuesto, respectivamente, un limitador de corriente tipo HTSL (11), preferentemente, con una serie de interruptores de potencia (12) asignados.

19. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 18, cuyo limitador de corriente tipo HTSL (11) presenta un superconductor de compuestos de YbaCuO, constituido en técnica de películas delgadas, y que presenta nitrógeno líquido a modo de líquido criogénico.

20. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 19, con derivaciones (16), en las cuales está dispuestos limitadores de corriente tipo HTSL (17, 25), preferentemente, con una serie de interruptores de potencia (12) asignados.

21. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 20, en la cuyas derivaciones (16) que unen una red principal (7) con circuitos intermedios de red de a bordo (15) están dispuestos interruptores semiconductores (17, 25).

22. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 21, en cuyas derivaciones de consumidores (22) asignadas a grupos principales (21), están dispuestos interruptores semiconductores.

23. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 22, en la cual las fuentes, en forma de unidades generadoras de energía eléctrica o acumuladores de energía (25), pueden ser protegidas mediante interruptores semiconductores (25).

24. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 23, cuyos interruptores semiconductores (17, 25) están configurados como elementos de conmutación de tipo IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristors o tiristores conmutados por puerta integrada), GTO (Gate Turn-Off Thyristors o tiristores de bloqueo por puerta), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors o transistor bipolar de puerta aislada) o transistores MOS (metal-óxido-semiconductor).

25. Red eléctrica acorde a la reivindicación 24, en la cual los elementos de conmutación configurados como IGCT, de los interruptores semiconductores (17, 25) están protegidos mediante circuitos Snubber.

26. Red eléctrica acorde a una de las reivindicaciones 1 a 25, cuyos componentes de la instalación de distribución están aislados galvánicamente a través de componentes de red de distribución de CA o de media frecuencia.