¿Por qué no están protegidos los circuitos de arranque?

Solo tiene sentido tratar de proteger un circuito con un fusible si hay suficiente margen entre la corriente de funcionamiento y la corriente de falla, para garantizar que el fusible no se funda durante el funcionamiento normal y se funde en condiciones de fallo.

Desafortunadamente, una vez que haya incluido todas las tolerancias, no hay un nivel de corriente que pueda elegir que garantice evitar disparos molestos y aún tenga una posibilidad razonable de funcionar, en caso de que el motor de arranque esté bloqueado, por ejemplo. Un motor de arranque convencional está bobinado en serie para extraer una corriente muy alta en el arranque.

Si se funde un fusible de alimentación en el circuito que va al motor de arranque puede resultar en un grave problema de seguridad, especialmente en los sistemas marinos donde la incapacidad de arrancar el motor puede significar capacidades de navegación limitadas o inexistentes. En los automóviles, puede significar no poder arrancar en una situación de emergencia. Algunos coches solían tenerlo. Una vez choqué por detrás un viejo Toyota en medio de una curva de autopista que tenía uno y la mujer conductora quemó el fusible tratando de volver a encender su automóvil después de que se paró, lo que destruyó todo su sistema eléctrico, incluidas las luces de emergencia, los faros, etc. Cuando mi esposa quería comprar un Toyota años después, le pregunté si todavía tenían eso, me aseguraron que lo eliminaron porque era un riesgo de seguridad para ellos.

Trabajé en electrónica automotriz durante varios años. Desde el punto de vista de la seguridad, no está tratando de "proteger el vehículo", está tratando de "proteger a la persona". Por lo general, la persona será el conductor o el ocupante, pero a veces la persona puede ser un peatón (piense en colisiones y zonas de deformación), un transeúnte (evitando explosiones de tanques de combustible) o incluso equipos de emergencia (los vehículos eléctricos no deben exponerse a altos voltajes que podrían matar). rescatistas).

Sin embargo, la mayoría de los problemas de seguridad no tienen una solución universalmente buena. Lo que obtienes es una compensación y eliges la opción menos mala. Existen métodos formales como FMEA o FTA que le permiten cuantificar esto, de modo que si las cosas salen mal, puede probar que ha seguido las mejores prácticas.

El problema más común que tiene es el equilibrio entre la tolerancia a fallas y la disponibilidad. Si su primera reacción ante cualquier problema es detener el automóvil y obligar al conductor a llamar a un camión de recuperación, inicialmente puede parecer una buena idea y la solución más segura. Trabajé en un vehículo eléctrico híbrido para Ford, donde el software tomó este enfoque cuando se encontró en una situación incierta, porque el resultado podría haber sido un movimiento del vehículo no controlado. Con la situación legal en los EE. UU., este parecía ser el mejor enfoque.

Durante el desarrollo, hablamos con ingenieros de Volvo y descubrimos que tenían un enfoque completamente diferente. El caso de seguridad de Volvo es que, a menos que pueda probar que es categóricamente inseguro que el vehículo continúe moviéndose, no debe detener el vehículo. Puede reducir la velocidad a la que circula o reducir la potencia disponible, pero el vehículo no debeparada. ¿Por qué? Porque si tu auto se detiene en un invierno escandinavo, tienes alrededor de 2 horas antes de morir congelado. El caso de seguridad de Volvo decía que era preferible tener cierto riesgo de colisiones a baja velocidad y baja potencia si el vehículo presenta una falla, y aceptar que esto sucederá con mayor frecuencia con consecuencias en su mayoría no fatales, en comparación con las menos. riesgo frecuente de parada del vehículo en situaciones definitivamente fatales. Además, el conductor aún puede tomar alguna medida para mitigar la falla apagando el encendido, incluso si el automóvil ya no responde correctamente al control electrónico del acelerador, los frenos y la selección de marchas.

Un fusible en el circuito de arranque sigue la misma lógica. ¿Cuál es el peor de los casos sin un fusible? Respuesta: el cableado o la batería se sobrecalientan y se produce un incendio en el compartimiento del motor que se propaga al resto del automóvil. Por lo general, el voltaje de la batería caerá antes de que las cosas se pongan demasiado mal. El conductor puede mitigar ese escenario al no arrancar continuamente durante períodos prolongados. También pueden mitigar esa falla porque hay un mamparo resistente al fuego entre el motor y el compartimiento de pasajeros, lo que les da tiempo suficiente para escapar del vehículo. Incluso en el caso de que el cierre centralizado no se bloquee y las ventanas eléctricas no se cierren, un martillo de escape de emergencia hace que sea trivial romper las ventanas y escapar. (Tienes uno, ¿ verdad? Si no, cómpralo, son baratos). La situación tiene defensa en profundidad.

Sin embargo, ¿cuál es el peor de los casos con un fusible? Bueno, no puedes encender el motor cuando lo necesitas. En un automóvil, eso podría dejarlo varado, y estamos en el escenario de "congelarse hasta morir en 2 horas". En un barco, estás completamente atascado.

Los autos tienen advertencias de no usar el motor de arranque más de x segundos y esperar xx segundos para evitar que la batería se sobrecaliente y gasee. Como tal, la clasificación CCA debe exceder la carga, por lo que con un diseño adecuado de la batería y el cable, no es posible un cortocircuito a menos que sea un error humano (dejar caer una llave en los terminales de la batería o ignorar la advertencia de seguridad en > 1 minuto de uso sostenido del arrancador bajo carga pesada). En esta situación la temperatura del motor de arranque será alta y luego aumentará la resistencia y la batería se agotará rápidamente pero no provocará un incendio. Si una batería falla con un cortocircuito interno, se autodescargará y el riesgo de incendio por chispas cerca de H2 es posible, pero el riesgo es relativamente bajo.

Los fusibles no son adecuados ya que agregan ESR, reducen la capacidad de CCA, lo que es una pérdida de rendimiento de arranque en climas fríos. Preferiría que la dirección asistida por motor se sobrecaliente a que se funda el fusible mientras conduce. Entonces, en resumen (juego de palabras), los fusibles reducen la confiabilidad y la seguridad.

Los autos eléctricos son diferentes y con denritas que corren el riesgo de cortocircuitos internos, por lo que la fusión es obligatoria con la detección de temperatura.

Es un pensamiento interesante. La especificación de amperios de arranque de una batería es de 7,2 V después de 30 segundos, por lo que la corriente de cortocircuito puede superar fácilmente los 1000 A, pero esta corriente cae rápidamente a medida que pasan los segundos. Especulo que los cables que van al motor de arranque pueden ser demasiado gruesos para poder calentarse lo suficiente como para iniciar un incendio con una batería estándar. Además, los cables están en el compartimiento del motor y no pasan por nada más que pueda derretirse. Si el relé de arranque se atasca, para cuando el motor de arranque se sobrecaliente y haga un cortocircuito, la corriente de cortocircuito original de la batería estará muy por debajo de lo que podría causar daños.

Ha habido otras buenas respuestas, como el costo-beneficio y la incapacidad de tener un fusible que sea lo suficientemente pequeño para proteger el circuito y no quemarse durante un arranque prolongado.

Los autos y camiones tienen cortafuegos y un lugar relativamente seguro para quedarse si la protección del circuito evita un arranque y no todos viven en Escandinavia, donde morir congelados en un auto inamovible es una preocupación.

Hay interruptores de disyuntores que se pueden ubicar fácilmente en el espacio proporcionado por un automóvil o camión que se pueden restablecer sin llamar al servicio técnico. Si el solenoide del motor de arranque se cierra y el motor de arranque permanece acoplado y funcionando, a menos que el conductor pueda escuchar (poco probable) el motor de arranque funcionando (a diferencia de una segunda activación después de que el motor arranca), la batería se agota rápidamente y el vehículo deja de funcionar de todos modos. Por lo tanto, el argumento de que el circuito protege evita que el vehículo se encienda no cuadra, una vez que la batería se descarga por debajo de cierto punto, el vehículo dejará de funcionar de todos modos.

El cable de gran calibre no impide un incendio eléctrico, el cable no se quema, pero los accesorios conectados a él pueden y lo harán. Tome su accesorio típico y mire el conector y luego compárelo con un cable de 4 awg o 0 ga. No es el cable el que se incendiará.

La protección del circuito puede prevenir el fuego y también reducir el daño a los accesorios. Un motor de arranque se atascó porque un solenoide cerrado por fusible no durará mucho tratando de mantener el motor funcionando a 2500-3000 rpm o más. Pueden ocurrir daños mucho peores además de un motor de arranque dañado. Si bien la protección cirxuit es por seguridad, el beneficio adicional de la protección de accesorios no debe descartarse en una visión limitada del diseño.

Mis comentarios están dirigidos al cableado eléctrico de un barco. El fuego derivado de cualquier fuente es potencialmente desastroso. El fuego causado por fallas en el cableado eléctrico se evita fusionando TODOS los circuitos. Esto debe incluir el motor de arranque. Si un arranque demasiado largo derrite el fusible, entonces el motor y los cables asociados están protegidos. Si el motor necesita atención, entonces se puede solucionar y colocar un fusible nuevo. Si el motor de arranque está defectuoso, al menos no se dañará por el fuego y se podrá reparar. Mi motor tiene arranque mecánico además del arranque eléctrico, por lo que todavía puedo volver a casa. ¡Obviamente, llevar un fusible de repuesto es una buena idea! Tiendo a pensar que esta lógica también se aplica en algunos aspectos a los automóviles. Es una pena que los autos modernos no puedan ser accionados a mano como en los viejos tiempos...