ES2202150T3 - Disyuntor de circuito de potencia no automatico que incluye un mecanismo de desconexion el cual se inhabilita despues del cierre de los contactos separables. - Google Patents
Disyuntor de circuito de potencia no automatico que incluye un mecanismo de desconexion el cual se inhabilita despues del cierre de los contactos separables.Info
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Abstract
Disyuntor de circuito de potencia no automático (2) comprendiendo: medios de contactos separables (4, 8) para el desplazamiento entre una posición cerrada y una posición abierta, dichos medios de contactos separables (4, 8) estando provistos de una corriente eléctrica que pasa a través de ellos; medios de maniobra (6, 100) para desplazar dichos medios de contactos separables (4, 8) entre la posición cerrada y la posición abierta de los mismos; medios (16) para determinar una señal (18) provista de un primer estado para la posición abierta de dichos medios de contactos separables (4, 8) y un segundo estado después de que dichos medios de contactos separables (4, 8) se desplazan a la posición cerrada de los mismos; medios de detección (7) para detectar dicha corriente eléctrica de dichos medios de contactos separables (4, 8) y proporcionar una señal (9A, 9B, 9C) que corresponde a dicha corriente eléctrica; medios de desconexión (10) que emplean dicha señal (9A, 9B, 9C) que corresponde a dichacorriente eléctrica y dicha señal (18) que corresponde a las posiciones abierta y cerrada de dichos medios de contactos separables (4, 8) para proporcionar una señal de desconexión (12), dichos medios de desconexión (10) incluyendo medios (20) para inhabilitar la señal de desconexión (12) cuando dicha señal (18) de dichos medios (16) de determinación tiene el segundo estado; medios de accionamiento de desconexión (14) que emplean la señal de desconexión (12) para accionar dichos medios de maniobra (6, 100) para desplazar dichos medios de contactos separables (4, 8) a la posición abierta de los mismos; y medios (24, 30, 36) para activar dichos medios de accionamiento de desconexión (14) desde dicha señal (9A, 9B, 9C) de dichos medios de detección (7); y en el que dichos medios (16) de determinación incluyen medios (104, 28) que cooperan con dichos medios de maniobra (6, 100) para determinar dichas posiciones abierta y cerrada de dichos medios de contactos separables (4, 8) y dichos medios de interruptor (26) accionados por dichos medios (104, 28) que cooperan con dichos medios de maniobra (6, 100) para determinar dicha señal (18) provista de los estados primero y segundo.
Description
Disyuntor de circuito de potencia no automático
que incluye un mecanismo de desconexión el cual se inhabilita
después del cierre de los contactos separables.
Esta solicitud está relacionada con la solicitud
dependiente comúnmente cedida número de serie nº 09/005,816
registrada el 12 de enero de 1998 titulada "Unidad de desconexión
electrónica con sensor de corriente de limitación dedicada" de
Jones y otros (véase también, EP 0929139).
Esta invención se dirige a disyuntores de
circuito y más particularmente a disyuntores de circuito de potencia
no automáticos los cuales emplean un mecanismo de desconexión.
La característica de aplicación más importante
que distingue un disyuntor de circuito de potencia de un disyuntor
de circuito de caja moldeada es la capacidad del disyuntor del
circuito de potencia de tolerar niveles muy altos de sobre corriente
sin desconexión. El máximo nivel de corriente que un disyuntor de
circuito potencia puede tolerar durante un corto período de tiempo
sin dañado interno se denomina su valor límite de la corriente no
disruptiva durante un corto período tiempo (es decir, globalmente se
establecen valores límite de la corriente no disruptiva durante un
corto período tiempo de 0,5, 1,0 y 3,0 segundos). El valor límite de
la corriente no disruptiva durante un corto tiempo identifica la
habilidad mecánica y térmica del disyuntor del circuito de potencia
de soportar sobre corrientes para el período de tiempo dado y se
especifica como una característica del disyuntor independiente de
los niveles de corriente a los cuales se accionan las funciones de
desconexión.
Los disyuntores de circuitos de potencia
típicamente se utilizan en sistemas de distribución radial para
alimentar un centro de carga, centro de control del motor o cuadros
de conexiones. Una multiplicidad de disyuntores de circuito en estos
centros de carga alimentan entonces una variedad de cargas
individuales. Para coordinar las características de desconexión del
circuito de potencia con estos disyuntores aguas abajo es muy
deseable diseñar las características mecánicas del disyuntor de
forma que su "corriente no disruptiva durante un corto período
tiempo" sea tan elevada como sea posible, preferiblemente igual a
la corriente de fallo disponible de la fuente de suministro.
Si los disyuntores de circuitos de potencia se
aplican dentro de los límites de su valor límite de la corriente no
disruptiva en un corto tiempo, generalmente se aplican sin una
característica de desconexión instantánea. Estos disyuntores de
circuito de potencia pueden tolerar cualquier corriente de fallo
disponible para ese corto período de tiempo y proporcionar a los
disyuntores de circuito aguas abajo una amplia oportunidad de
eliminar cualquier fallo que se pueda desarrollar en una de las
líneas de carga. Sólo si el fallo está localizado inmediatamente
aguas abajo, sin que intervenga disyuntor de circuito alguno, el
disyuntor de circuito de potencia debe finalmente desconectarse
abierto. Para cualquier otra localización del fallo, el disyuntor
del circuito de potencia debe permanecer cerrado. Por lo tanto se
conserva la continuidad del servicio para todas las cargas de
alimentación que no están directamente implicadas en el fallo. Esta
característica, en la que sólo se abre el disyuntor de circuito
inmediatamente aguas a arriba del fallo se denomina "coordinación
selectiva", o "selectividad".
Los disyuntores de circuito de potencia de baja
tensión modernos están frecuentemente diseñados con energía
suficiente en los resortes de cierre para cerrar en una condición de
sobre corriente modesta, pero con insuficiente energía como para
cerrar en una condición de un fallo de corriente relativamente
grande. Tales disyuntores de corriente están diseñados para
"soportar" tales corrientes de fallo una vez cerrados, pero se
necesita que no sean capaces de "cerrar y enclavar" sobre
ellos.
Esta inhabilidad de "cerrar y enclavar"
resulta de un compromiso de diseño consciente entre la energía de
resorte de cierre del mecanismo de accionamiento y la resistencia de
funcionamiento y fiabilidad resultantes. Si un disyuntor de circuito
de este tipo intenta cerrar en una corriente de fallo relativamente
grande, entonces el cierre normalmente será incompleto y puede dar
como resultado el dañado de los contactos separables si se permite
que esta condición persista. Las unidades de desconexión integrales
instaladas en los disyuntores de circuito de este tipo pueden
detectar una condición de fallo de corriente de este tipo y emiten
una señal de desconexión inmediata si la corriente de fallo excede
de un umbral de "cierre y enclavamiento" para el disyuntor de
circuito particular. Esta importante característica de
autoprotección comúnmente se denomina "desconexión de la sobre
corriente al cerrar el interruptor" (MCR) y es empleada por
muchos disyuntores modernos de circuitos de potencia de baja
tensión.
Típicamente, el mayor coste de los elementos de
una unidad de desconexión integral son los sensores de corriente
(por ejemplo, un sensor de corriente por fase) el cual detecta las
corrientes de fase que fluyen a través del disyuntor de circuito y
los circuitos que procesan las señales de corriente detectadas para
determinar cuándo y si el disyuntor de corriente debe ser
desconectado para abrir los contactos separables. El coste de estos
elementos es típicamente de varios cientos de dólares. Sin embargo,
una vez que estos elementos están presentes, la funcionalidad MCR se
logra con un coste incremental mínimo.
Existe un segmento del mercado de disyuntores de
circuitos de potencia que aplica disyuntores de circuitos de
potencia como simples interruptores que no requieran protección de
sobre corriente no automática y, por lo tanto, no hay unidad de
desconexión de sobre corriente. Alternativamente, tales
interruptores, los cuales se denominan disyuntores de circuito no
automáticos, se pueden vender a usuarios que prefieren
proporcionarse su propio sistema de protección de sobre
corriente.
En este caso, el fabricante asigna al disyuntor
de corriente no automático un valor límite de la corriente de corto
circuito la cual es igual a la capacidad de corriente disruptiva.
Sin embargo, puesto que no existe unidad de desconexión, la función
MCR no puede estar provista y la incapacidad del disyuntor del
circuito para cerrar completamente en una corriente de fallo, que
está de otro modo dentro de su valor límite de corto circuito lo
hace vulnerable al mal uso. Por lo tanto, se hace deseable
satisfacer la función MCR mediante un enfoque alternativo, aunque
menos caro. De acuerdo con ello, existe un espacio para la
mejora.
Esta necesidad y otras se satisfacen mediante la
invención, la cual se dirige a un disyuntor de circuito de potencia
no automático que proporciona la protección de la función de
desconexión de la sobre corriente al cerrar el interruptor (MCR),
pero sin el gasto de una unidad de desconexión multifunción
compleja.
El disyuntor de circuito de potencia no
automático comprende medios de contactos separables para el
desplazamiento entre una posición cerrada y una posición abierta y
medios de funcionamiento para desplazar los contactos separables
entre las posiciones abierta y cerrada. Un medio determina una señal
provista de un primer estado para la posición abierta de los medios
de contactos separables y un segundo estado después de que los
medios de contactos separables se desplacen a la posición cerrada.
Un medio de detección detecta una corriente eléctrica la cual pasa a
través de los medios de contactos separables y proporciona una señal
que corresponde a la corriente eléctrica. Un medio de desconexión
emplea la señal que corresponde a la corriente eléctrica y la señal
que corresponde a las pociones abierta y cerrada de los medios de
contactos separables para proporcionar una señal de desconexión. Los
medios de desconexión incluyen medios para inhabilitar la señal de
desconexión cuando la señal de los medios de determinación tiene el
segundo estado. Unos medios de accionamiento de desconexión emplea
la señal de desconexión para accionar los medios de funcionamiento
para desplazar los medios de contactos separables a la posición
abierta de los mismos. Un medio activa el medio de accionamiento de
desconexión a partir de la señal de los medios de detección. Los
medios de determinación incluyen medios que cooperan con los medios
de funcionamiento para determinar las posiciones abierta y cerrada
de los medios de contactos separables y medios de interruptor
accionados por los medios que cooperan con los medios de
funcionamiento para determinar la señal que tiene los estados
primero y segundo.
Preferiblemente, los medios de detección incluyen
un sensor de corriente provisto de una salida y los medios para
activar los medios de accionamiento de desconexión incluyen un
condensador y medios para cargar el condensador desde la salida del
sensor de corriente con el capacitador activando los medios de
accionamiento de desconexión.
Como un refinamiento adicional, los medios de
interruptor incluyen un interruptor provisto de una primera posición
que corresponde al primer estado y una segunda posición que
corresponde al segundo estado y los medios que cooperan con los
medios de funcionamiento incluyen medios para retrasar el
desplazamiento del interruptor desde la primera posición hasta la
segunda posición del mismo en un momento previamente determinado
después de que los medios de contactos separables se desplacen a la
posición cerrada de los mismos.
Una comprensión completa de la invención se
logrará a partir de la siguiente descripción de la realización
preferida cuando se lea conjuntamente con los dibujos que se
acompañan, en los cuales:
La figura 1 es un diagrama de bloques
simplificado de un disyuntor de circuito de potencia de baja tensión
no automático que emplea un interruptor de desconexión de la sobre
corriente al cerrar el interruptor (MCR) de acuerdo con la
invención;
La figura 2 es un diagrama esquemático,
principalmente en forma de diagrama de bloques, que ilustra la
unidad de desconexión y las interfaces asociadas de la figura 1;
La figura 3 es un diagrama esquemático que
ilustra adicionalmente la unidad de desconexión y las interfaces
asociadas de la figura 1;
La figura 4 es una vista isométrica explosionada
del interruptor MCR de la figura 1; y
La figura 5A es una vista desde el extremo y la
figura 5B es una vista en perspectiva de la colocación del sensor de
corriente en relación con los conductores de tres fases de la figura
1 que están supervisados por esta invención.
Con referencia a la figura 1, se ilustra un
diagrama de bloques simplificado de un disyuntor de circuito de
potencia de baja tensión no automático 2 que emplea la función de
desconexión de la sobre corriente al cerrar el interruptor (MCR). El
disyuntor de corriente 2 incluye contactos separables 4, como por
ejemplo los contactos separables de tres fases 4A, 4B, 4C para el
desplazamiento entre una posición cerrada (no representada) y una
posición abierta. Aunque se representa un sistema de distribución de
potencia de tres fases para un disyuntor de circuito de baja
tensión, la invención es aplicable a una amplia variedad de
disyuntores de circuitos de potencia no automáticos que empleen
cualquier número de fases las cuales pueden incluir conductores
neutros y de masa.
Un mecanismo de maniobra 6 desplaza los contactos
separables 4 entre las posiciones abierta y cerrada de los mismos.
El mecanismo de maniobra 6 puede emplear un circuito de cierre
adecuado (no representado) (por ejemplo, una empuñadura de maniobra,
un mecanismo de accionamiento de cierre, una bobina de cierre) para
desplazar los contactos separables 4 a la posición cerrada.
Un mecanismo de detección 7, como por ejemplo los
sensores de corriente ejemplares o los transformadores de corriente
7A, 7B, 7C, detectan las corrientes de tres fases que fluyen en los
conductores de fase 8A, 8B, 8C entre una fuente de energía (no
representada) y una carga (no representada) y dan como salida
señales de corriente detectadas 9A, 9B, 9C, respectivamente, que
corresponden a las tres condiciones de corriente.
Un circuito de desconexión o una unidad de
desconexión 10 del disyuntor de corriente 2 emplea las señales de
corriente detectadas 9A, 9B, 9C y producen una señal de desconexión
12. A su vez, un mecanismo de accionamiento de desconexión, como por
ejemplo un accionamiento de desconexión de baja potencia 14, emplea
la señal de desconexión 12 para accionar el mecanismo de maniobra 6
y desplazar los contactos separables 4 a la posición abierta.
Un interruptor MCR convencional 16 está cerrado
para la posición abierta de los contactos separables 4 y se abre
después de que los contactos separables 4 se desplacen a la posición
cerrada de los mismos. De esta manera, el interruptor MCR 16
proporciona una señal 18 que tiene un primer estado para la posición
abierta de los contactos separables 4 y que tiene un segundo estado
después de que los contactos separables 4 se cierran. A su vez, la
unidad de desconexión 10 emplea las señales de corriente detectadas
9A, 9B, 9C y la señal 18 que corresponden a las posiciones abierta y
cerrada de los contactos separables 4 para proporcionar la señal de
desconexión 12. La unidad de desconexión 10 incluye un circuito 20
el cual inhabilita la señal de desconexión 12 cuando el interruptor
MCR 16 está abierto y la señal 18 tiene su segundo estado.
Preferiblemente, tres bobinas eléctricas de
devanado con núcleo de aire, como por ejemplo la bobina 22 de la
figura 5, son empleadas por el mecanismo que detecta la corriente 7.
Estas bobinas 22 no son caras y proporcionan una precisión adecuada
y una energía de salida suficiente para modestas condiciones de
sobre corriente para cargar el condensador 24 (representado en las
figuras 2 y 3) el cual puede subsiguientemente activar el
accionamiento de desconexión de baja potencia. También, el disyuntor
del circuito no automático 2 preferiblemente emplea también un
circuito de desconexión analógico, como por ejemplo el circuito 44
de la figura 3, el cual recibe las señales de corriente 9A, 9B, 9C y
la señal del interruptor MCR 18 y produce como salida la señal de
desconexión 12, cuando sea apropiado, al accionamiento de
desconexión de baja potencia 14.
Como se describe más adelante en relación con las
figuras 5A y 5B, las bobinas ejemplares 22 están preferiblemente
colocadas adyacentes a cada uno de los conductores de fase 8A, 8B,
8C a fin de hacer mínimas las interacciones de fase. La señal de
corriente de salida, como por ejemplo las señales 9A, 9B, 9C, de
cada una de las bobinas 22 es una tensión la cual es proporcional a
ambas la magnitud y la frecuencia de la corriente en el
correspondiente conductor de fase. Si la frecuencia es una constante
conocida, entonces las bobinas 22 proporcionan salidas predecibles
que, en general, son dependientes sólo de las corrientes de
fase.
El accionamiento de desconexión de baja potencia
ejemplar 14 se emplea para la función de desconexión del disyuntor
de circuito 2. Preferiblemente, este accionamiento 14 no es caro y
utiliza la energía mecánica almacenada en un resorte comprimido el
cual es liberado por un enclavamiento magnético eléctricamente
accionado. De esta manera, una pequeña cantidad de energía eléctrica
puede ser utilizada para liberar una cantidad mucho mayor de energía
mecánica a fin de desconectar el disyuntor 2.
El interruptor MCR ejemplar 16 proporciona una
función de "retraso de cierre" y cambia de estado cuando el
disyuntor de corriente 2 se abre y se cierra. Este interruptor 16 es
empleado por la unidad de desconexión 10 para reconocer una
corriente de fallo que aparece inmediatamente después del cierre de
los contactos separables 4 y para ignorar cualquier corriente o
corriente de fallo que aparezca en un tiempo previamente determinado
después de que el disyuntor de circuito 2 se haya cerrado. Como se
describe más adelante en relación con la figura 4, el interruptor
MCR 16 es preferiblemente barato y emplea un micro interruptor 26 y
un volante de inercia 28 para proporcionar un tiempo de retraso
adecuadamente pequeño cuando el disyuntor de circuito 2 se cierra.
De esta manera, el interruptor MCR 16 está activo (esto es, cerrado)
cuando el disyuntor de circuito 2 se cierra (o se está cerrando),
pero está desactivado (esto es, abierto) un tiempo predeterminado
adecuado (por ejemplo, una fracción de segundo) después del cierre.
Por lo tanto, la unidad de desconexión ejemplar 10 efectivamente
funciona (por ejemplo durante una fracción de segundo) durante un
tiempo después de que los contactos separables 4 se hayan cerrado y
antes de un cierto tiempo de que el interruptor MCR se abra.
La figura 2 es un diagrama de bloques de la
unidad de desconexión ejemplar 10. Las señales de corriente
detectadas de corriente alterna (CA) 9A, 9B, 9C de las bobinas 22
(figura 5) del mecanismo de detección de la corriente 7 son
rectificadas por los rectificadores 30. Las salidas 32 de los
rectificadores 30 y, por lo tanto, las señales de corriente
detectadas 9A, 9B, 9C son empleadas, a través del regulador de
tensión 36, para cargar el condensador 24 a una tensión de trabajo
adecuada (por ejemplo, aproximadamente 40 voltios de corriente
continua en la realización ejemplar). A la corriente de desconexión
umbral (por ejemplo, 15 veces el valor límite en la realización
ejemplar), el tiempo de carga del condensador 24 es típicamente
inferior a 20 ms. Como se describe más adelante, la tensión
resultante a través de condensador 24 se emplea para activar el
accionamiento de desconexión 14.
Bajo estas condiciones, y cuando el interruptor
MCR 16 está cerrado (como se representa en la figura 1), la tensión
máxima de los sensores de corriente 7A, 7B, 7C (figura 1) se
comparan con una señal de referencia, como por ejemplo una tensión
de referencia 34 la cual está establecida por el regulador de
tensión 36. Si alguna de las tres corrientes de fase excede de un
nivel de umbral previamente determinado, como se establece mediante
la tensión de referencia 34, entonces la salida 38 del comparador 40
se emplea para activar el interruptor de salida 42 el cual descarga
la tensión de condensador 24 a través de accionamiento de
desconexión 14 y, por lo tanto, desconecta el disyuntor de circuito
2 de la figura 1.
Si está presente una corriente de fallo no
suficientemente alta para exceder el umbral de "cierre y
enclavamiento" inmediatamente después del cierre del disyuntor de
circuito 2, entonces se cerrará completamente. Entonces, después del
"retraso de cierre", el interruptor MCR 16 se abre (como se
representa en la figura 2) para inhabilitar el comparador 40 y, de
ese modo, la unidad de desconexión 10, a fin de que el disyuntor del
circuito 2, cuando se cierre, no se desconecte en un fallo
subsiguiente incluso aunque exceda del umbral de "cierre y
enclavamiento".
Con referencia a la figura 3, el circuito de
desconexión analógico 44 es preferiblemente empleado para examinar
todas las señales de corriente detectadas 9A, 9B, 9C, seleccionar la
señal más alta, la compara con la tensión de referencia 34 y produce
una señal de desconexión de salida 45 de suficiente nivel de
potencia para el accionamiento de desconexión 14. Las señales de CA
9A, 9B, 9C se aplican a los respectivos rectificadores de puente de
onda completa 30A, 30B, 30C. Las salidas 46, 48 de los
rectificadores 30A, 30B, 30C se conectan en común a través del
condensador 23.
La puerta del transistor de efecto de campo
(FET-Field Effect Transistor) 49 es desviada por la
tensión del diodo zener 50 como se establece mediante la corriente
que fluye a través de la resistencia 52. El transistor 49,
configurado como un seguidor de la fuente, proporciona una tensión
en su fuente 54 y a través del condensador 24. En la realización
ejemplar, la tensión en la fuente 54 es igual a la tensión del diodo
zener 50 menos aproximadamente 4 voltios. Esta tensión de fuente es
empleada entonces para activar la bobina 56 del accionamiento de
desconexión 14, para activar dos comparadores 58, 60 y para
proporcionar una señal de entrada al comparador 58, el cual está
controlado por el interruptor MCR 16, para la comparación con la
tensión de referencia 34.
La tensión de referencia 34 está generada por la
combinación en serie de la resistencia 62 y el diodo zener 64,
combinación la cual está conectada entre las salidas 46, 48 de los
rectificadores 30A, 30B, 30C. El cátodo del diodo zener 64 en los
puntos de conexión 66 proporciona la tensión de referencia 34 a la
entrada positiva del comparador 58 y a la entrada negativa del
comparador 60. La combinación en serie de dos resistencias 68, 70 se
emplea para conectar la fuente 54 del transistor 49 a la entrada
negativa del comparador 58. La combinación en serie del diodo 72 y
el condensador 74, combinación la cual está conectada entre la
fuente 54 del transistor 49 y la salida 48 de los rectificadores
30A, 30B, 30C, se emplea para cargar el condensador 74 en el punto
de conexión 75. A su vez, la combinación en serie de la resistencia
76 y el diodo zener 78 se emplea para desarrollar una tensión en el
cátodo del diodo zener 78 en el punto de conexión 80 para activar
los comparadores 58, 60.
El interruptor MCR 16 está conectado entre la
salida 48 de los rectificadores 30A, 30B, 30C, y el punto de
conexión 82 de las resistencias en serie 68, 70. Por lo tanto, antes
del tiempo previamente determinado después de que los contactos
separables 4 de la figura 1 estén cerrados, el punto de conexión 82
está conectado a la salida 48 de los rectificadores 30A, 30B, 30C,
que es la referencia común del circuito de desconexión 44. Por lo
tanto, la entrada negativa del comparador 58 está a la referencia
común, mientras que la entrada positiva se mantiene a la tensión de
referencia más alta 34 y, por lo tanto, la salida del comparador 84
es elevada y la entrada positiva al comparador 60 se mantiene
inhabilitada.
Por otra parte, un tiempo previamente determinado
después de que los contactos separables 4 de la figura 1 se cierren,
el interruptor MCR 16 se abre y la entrada negativa del comparador
58 está a una tensión la cual está substancialmente determinada por
la tensión zener del diodo 50. La tensión se selecciona para que
exceda a la tensión zener del diodo 64 de forma que la salida del
comparador 84 sea baja. A su vez, la salida 84, cuando es baja,
inhabilita la entrada positiva al comparador 60.
La entrada positiva del comparador 60 está
conectada al punto de conexión 86 de la combinación en serie de
resistencias 88, 90, combinación la cual está conectada entre las
salidas 46, 48 de los rectificadores 30A, 30B, 30C. Cuando la salida
84 del comparador 58 es alta (esto es, el interruptor MCR 16 está
cerrado), el diodo 92 bloquea esa tensión elevada y permite que el
punto de conexión 86 siga la más elevada de las tres señales de
corriente detectadas 9A, 9B, 9C, como la salida por la
correspondiente salida de los respectivos rectificadores 30A, 30B,
30C y dividida por las resistencias 88, 90 para proporcionar una
señal 93 a partir de la tensión del condensador 23. En este estado,
el comparador 60 puede detectar un nivel adecuadamente alto de la
más elevada de las tres señales de corriente detectadas 9A, 9B, 9C y
establecer alta la salida del comparador 94. A su vez, esa alta
tensión de la salida 94 se aplica a través de la resistencia 96 a la
puerta del FET 98 para generar la señal de desconexión 45. Aunque el
circuito de desconexión ejemplar 44 emplea umbrales fijos para
proporcionar una unidad de desconexión no ajustable, la invención es
también aplicable a unidades de desconexión las cuales emplean
umbrales ajustables.
Por otra parte, cuando la salida del comparador
84 es baja (es decir, el interruptor MCR 16 está abierto un tiempo
previamente determinado después de que los contactos separables 4 se
cierren), el punto de conexión 86 es una caída del diodo por encima
de la referencia común, la cual está por debajo de la tensión de
referencia 34. Por lo tanto, esto inhabilita el comparador 60 un
tiempo previamente determinado después de que los contactos
separables 4 de la figura 1 estén cerrados y, por lo tanto,
inhabilita la señal de desconexión 45.
De esta manera, el comparador 60 puede: (1)
detectar una condición de fallo de corriente la cual aparece después
de que los contactos separables 4 se hayan cerrado durante menos del
tiempo previamente determinado del interruptor MCR 16 y (2) ignora
cualquier corriente o condición de fallo de corriente que aparezca
después de que los contactos separables 4 se hayan cerrado durante
más de ese tiempo previamente determinado.
Con referencia a la figura 4, el interruptor
ejemplar MCR 16 está en interfaz con el árbol magnético 100 del
mecanismo de maniobra 6 de la figura 1. Como es muy conocido en la
técnica, el árbol magnético 100 gira a medida que el mecanismo de
maniobra 6 desplaza los contactos separables 4 desde la posición
abierta a la cerrada. El árbol magnético 100 tiene un elemento 102
dispuesto sobre él, el cual normalmente acopla un pasador de
extensión 104 (como se representa en líneas discontinuas en el
dibujo) del interruptor MCR 16 en la posición abierta de los
contactos separables 4.
Como se ve con respecto a la figura 4, cuando el
árbol magnético 100 gira en el sentido contrario a las agujas del
reloj hacia su posición cerrada la cual corresponde a la posición
cerrada de los contactos separables 4, el elemento 102 se desplaza
alejándose del pasador 104. Esto permite que el volante de inercia
28 del interruptor MCR 16 gire bajo la influencia del resorte de
torsión 108 el cual desvía o gira el volante 28 en el sentido de las
agujas del reloj (con respecto a la figura 4). A su vez, la
superficie 110 del volante 28 se desacopla del micro interruptor 26
a medida que el volante 28 gira a la posición en la cual el pasador
104 está representado en líneas continuas en la figura 4. En esta
posición, un plano 114 del volante 28 está desacoplado de un
accionamiento (no representado) del micro interruptor 26 el cual se
abre como se ha descrito antes en relación con la figura 3. De esta
manera, el interruptor MCR 16 funciona durante un tiempo previamente
determinado después de que los contactos separables 4 se hayan
desplazado a la posición cerrada. Se apreciará que el tiempo se
puede determinar previamente mediante la selección adecuada de la
inercia del volante 28, el resorte 108 y la localización de la
superficie 110, 114 con respecto al accionamiento del micro
interruptor 26.
Más tarde, cuando el árbol magnético 100 gira en
el sentido de las agujas del reloj (con respecto a la figura 4), el
elemento 102 se desplaza hacia y se acopla al pasador 104 cuando los
contactos separables 4 se abren. El pasador descentrado 104 del
volante 28 es desplazado a la posición 116 y, por lo tanto, gira el
volante 28 alrededor del pasador de articulación central 118. Este
sostiene el volante 28 en la posición en la cual el pasador 104
(representado en un dibujo en líneas discontinuas) está colocado en
la posición 116. Cuando el volante 28 es girado suficientemente en
el sentido contrario a las agujas del reloj, la superficie 110 del
volante 28 acopla el accionamiento (no representado) del micro
interruptor 26.
En la realización ejemplar, el micro interruptor
26 está preferiblemente fijado a una escuadra 122 mediante elementos
de fijación adecuados 124. A su vez, la escuadra 122 está montada
dentro de disyuntor de circuito 2 de la figura 1 para permitir el
acoplamiento del pasador 104 por el elemento 102 del árbol magnético
100.
Aunque se describe un mecanismo mecánico ejemplar
16 para determinar la señal 18 de la figura 1 provisto de un primer
estado (contactos cerrados) para la posición abierta de los
contactos separables 4 y un segundo estado (contactos abiertos) un
tiempo previamente determinado después de que los contactos 4 se
desplacen a la posición cerrada, se pueden emplear otros mecanismos
equivalentes eléctricos, electromecánicos y mecánicos (por ejemplo,
un interruptor auxiliar provisto de un retraso del tiempo eléctrico
o mecánico).
Con referencia a las figuras 5A y 5B, se ilustra
el sensor de corriente 7B del mecanismo de detección de corriente 7
de la figura 1. El sensor de corriente 7B tiene un núcleo de
permeabilidad adecuadamente baja 125 que está colocado en proximidad
cerca de cada uno de los conductores de fase 8, como por ejemplo el
conductor de fase 8B de la figura 5B. El sensor de corriente 7B
tiene unos requisitos muy modestos para la gama de precisión y de
medición y no necesita producir una señal de salida de potencia
significante dentro de la gama de funcionamiento de carga normal del
disyuntor de circuito 2 de la figura 1. En cambio, una señal lineal
útil está provista cuando se alcanzan niveles de corriente muy
altos. Por lo tanto, no se requiere un núcleo de alta permeabilidad
con devanados distribuidos. De hecho, para conservar la linealidad a
niveles de corriente primaria muy elevados, un sensor de núcleo de
aire, como por ejemplo una bobina 22, puede realmente ser
ventajosamente utilizado cuando se coloca en la proximidad de los
conductores 8 para detectar la corriente eléctrica que fluye entre
ellos y a través de los contactos separables 4 de la figura 1.
Una bobina devanada barata 22 está
preferiblemente colocada cerca del conductor rectangular 8B y está
diseñada para la geometría específica del conductor. La salida de la
bobina 22 depende de la intensidad del campo magnético producido por
la corriente primaria, el área de la sección transversal del núcleo
de aire 125 y el número de espiras. Todos estos factores pueden ser
adecuadamente controlados en la geometría del disyuntor del circuito
específico. La salida del sensor 7B para una geometría práctica
puede estar en la gama de pocos voltios hasta varias decenas de
voltios, con la ventaja adicional de que la señal de salida es
lineal y no se satura.
Puesto que el sensor 7B está detectando
básicamente la intensidad del campo de flujo magnético en un punto
dado en el espacio, puede ser sensible a la geometría del conductor,
así como a cualquiera de los conductores de fase o estructuras de
acero adyacentes. Para cualquier disyuntor de circuito dado, el
sensor 7B está preferiblemente colocado en la misma posición
relativa de los conductores de forma que los efectos de la geometría
no afectará al comportamiento unidad a unidad.
Los sensores 7 producen una tensión la cual es
proporcional a la velocidad del cambio del flujo magnético cortado
por la bobina del sensor 22 la cual, a su vez, es proporcional a la
velocidad del cambio de la corriente de fallo en los conductores de
fase 8. Para corriente senoidales de frecuencia conocida, la señal
de salida natural de cada uno de los sensores 7 es directamente
proporcional al valor RSM de la corriente de fallo. Esta técnica
produce una señal dentro de un retraso mínimo de tiempo y la cual
está relativamente no afectada por la corriente de equilibrio de la
corriente continua (CC) que se presenta en la mayoría de los fallos
de tres fases.
Los sensores 7 preferiblemente incluyen bobinas
devanadas 22, las cuales están colocadas cerca de los conductores de
fase asociados 8 de forma que experimenten un campo magnético el
cual es directamente proporcional a la corriente que fluye en el
conductor 8. Un material de núcleo de baja permeabilidad (por
ejemplo, sin limitación, aire, hierro en polvo, compuestos de hierro
en polvo, acero en polvo, materiales compuestos que emplean
compuestos ferrosos, materiales provistos de una permeabilidad
inferior a aproximadamente 10 de forma que la señal de salida sea
lineal y no se sature) el cual rellena el centro 126 de la bobina 22
se puede utilizar para incrementar el tamaño de la señal, algo, de
forma que se reduzca el tamaño del núcleo o el número de espiras. Si
el eje de la bobina 22 se coloca paralelo al lado largo del
conductor rectangular 8B, como se representa en la figura 5A,
experimentará una intensidad del campo magnético (esto es, B2) que
es principalmente debida a la corriente en ese conductor 8B y sólo
secundariamente debido a los conductores de fase vecinos 8A y 8C (es
decir, intensidades del campo magnético B1 y B3,
respectivamente).
Para estimar la tensión y la salida de potencia
útiles de un sensor de este tipo, se considera una bobina de núcleo
de aire ejemplar de un área de la sección transversal de 1,0
cm^{2}, instalada en un radio promedio efectivo de 5,0 cm con
10.000 espiras de alambre de cobre número 38. Un sensor de este tipo
cerca de un conductor recto, largo, producirá una señal de tensión
de aproximadamente 60 VAC RMS a una corriente de fallo de 40 kA. Con
una resistencia interna del sensor de aproximadamente 800 \Omega,
un nivel máximo de potencia teórica en exceso de un vatio puede ser
distribuida dentro de una carga de impedancia similar. Este nivel de
potencia es adecuado para liberar fiablemente un accionamiento de
desconexión magnético-enclavado de energía de
resorte almacenada, como el accionamiento de desconexión de baja
potencia ejemplar 14 de la figura 1.
Alternativamente, si se necesita mayor potencia
por parte del accionamiento de desconexión, entonces el taladro de
la bobina de sensor 22 se puede rellenar con un núcleo de polvo de
hierro cilíndrico, la longitud del cual es igual a aquella del
devanado de la bobina. Esto incrementará la permeabilidad
"efectiva" del núcleo en un factor de dos a diez y, por lo
tanto, incrementará el nivel de señal o reducirá el tamaño global y
el coste del sensor al mismo nivel de señal.
La salida de los sensores 7 depende también de la
geometría de la trayectoria de los conductores 8. Los sensores 7
están preferiblemente localizados cerca plegados a 90º en los
conductores 8, con una localización todavía adicionalmente preferida
siendo el plegado hacia dentro en lugar de hacia fuera, como se
representa en la figura 5B. Esto incrementa el nivel de la señal de
salida considerablemente, debido al flujo adicional creado por el
segmento conductor a 90º. Teóricamente, el nivel de flujo se puede
doblar en esta configuración, aunque resultados experimentales
reales muestran un incremento en un factor de menos del 50 por
ciento. Para cualquier geometría y localización dadas de la
trayectoria de la corriente, se puede calibrar el tamaño de la señal
y se puede repetir de disyuntor a disyuntor.
Una importante fuente de error que afecta al
sensor de campo magnético 7B es su sensibilidad transversal a las
corrientes de fallo que fluyen en las fases vecinas. Colocando el
sensor 7B adyacente y a medio camino a lo largo de la superficie
larga del conductor rectangular 8B y adyacente al plegado interno a
90º 128, como se representa en la figura 5B, la sensibilidad a la
corriente de fase se puede hacer máxima mientras se hace mínima la
sensibilidad a las corrientes de fase adyacentes (de la
vecindad).
La precisión de los sensores 7 depende de varios
factores, incluyendo el número de espiras, el área transversal de la
bobina, la permeabilidad del núcleo (si no es aire) y su
localización con relación a la trayectoria de la corriente. Si todos
estos factores se controlan, entonces se consigue una repetibilidad
sensor a sensor de aproximadamente +/-5%. La sensibilidad
transversal del sensor 7 al campo magnético de los conductores de
las fases vecinas se puede minimizar mediante su adecuada
localización. Diagramas de flujo de una geometría de dos dimensiones
ideal indican que un fallo de tres fases comparado con un fallo de
una única fase puede producir una diferencia en la intensidad del
campo en el sensor 7 de un tres por ciento adicional. Por lo tanto,
las imprecisiones totales de un sensor de corriente intercambiable
bajo todas las condiciones de corriente de fallo se estima que es
mejor que +/-10%. Esto es adecuado para el sensor ejemplar 7.
\newpage
La invención proporciona la función de
desconexión MCR de una manera eficaz en coste para el disyuntor de
circuito no automático ejemplar 2. La unidad de desconexión MCR
ejemplar 10 proporciona una adición útil al disyuntor de circuito no
automático 2 el cual protege un disyuntor de ese tipo si está cerca
dentro de una corriente de fallo que excede su capacidad de
"cierre y enclavamiento". De esta manera, el disyuntor de
circuito no automático 2 se puede aplicar con seguridad con
corrientes de fallo disponibles hasta el valor límite de la
corriente no disruptiva durante un corto período de tiempo al cerrar
un interruptor. De acuerdo con ello, este sistema de protección se
dirige a la debilidad significante de los disyuntores de circuito no
automáticos con sólo un modesto incremento en el coste.
Aunque la presente invención ha sido descrita en
términos de un interruptor que proporciona un retraso mecánico o
inercial para emitir una señal de salida después de que los
contactos separables se desplacen desde la posición abierta a la
cerrada, se apreciará que un retraso eléctrico o bien otro retraso
del tiempo adecuado puede proporcionar una función de retraso
equivalente.
Mientras se han descrito en detalle realizaciones
específicas de la invención, se apreciará por parte de aquellos
expertos en la técnica que diversas modificaciones y alternativas a
aquellos detalles se pueden desarrollar a la luz de las enseñanzas
generales de la descripción. De acuerdo con ello, las disposiciones
particulares descritas se significa que son sólo ilustrativas y no
limitativas del ámbito de la invención, el cual está definido
únicamente por las reivindicaciones anexas.
- 2
- Disyuntor de circuito de potencia de baja tensión no automático
- 4
- Contactos separables (4A, 4B, 4C)
- 6
- Mecanismo de maniobra
- 7
- Mecanismo de detección, sensores de corriente o transformadores de corriente (7A, 7B, 7C)
- 8
- Conductores de fase (8A, 8B, 8C)
- 9
- Señales de corriente detectada (9A, 9B, 9C)
- 10
- Unidad de desconexión
- 12
- Señal de desconexión
- 14
- Mecanismo de accionamiento de desconexión o accionamiento de desconexión de baja potencia
- 16
- Interruptor de desconexión de la sobre corriente al cerrar el interruptor (MCR)
- 18
- Señal provista de un primer estado para la posición abierta de los contactos separables y de un segundo estado después de que los contactos separables se hayan cerrado
- 20
- Circuito el cual inhabilita la señal de desconexión
- 22
- Bobina de devanado de núcleo de aire
- 23
- Condensador
- 24
- Condensador
- 26
- Micro interruptor
- 28
- Volante de inercia
- 30
- Rectificadores de puente de onda completa (30A, 30B, 30C)
- 32
- Salida de los rectificadores
- 34
- Tensión de referencia
- 36
- Regulador de tensión
- 38
- Salida
- 40
- Comparador
- 42
- Interruptor de salida
- 44
- Circuito de desconexión analógico
- 45
- Señal de desconexión
- 46
- Salida de los rectificadores
- 48
- Salida de los rectificadores
- 49
- Transistor de efecto de campo (FET)
- 50
- Diodo zener
- 52
- Resistencia
- 54
- Fuente
- 56
- Bobina
- 58
- Comparador
- 60
- Comparador
- 62
- Resistencia
- 64
- Diodo zener
- 66
- Punto de conexión
- 68
- Resistencia
- 70
- Resistencia
- 72
- Diodo
- 74
- Condensador
- 75
- Punto de conexión
- 76
- Resistencia
- 78
- Diodo zener
- 80
- Punto de conexión
- 82
- Punto de conexión
- 84
- Salida
- 86
- Punto de conexión
- 88
- Resistencia
- 90
- Resistencia
- 92
- Diodo
- 93
- Señal
- 94
- Salida
- 96
- Resistencia
- 98
- FET
- 100
- Árbol magnético
- 102
- Elemento
- 104
- Pasador de extensión
- 108
- Resorte de torsión
- 110
- Superficie de acoplamiento
- 114
- Plano
- 116
- Posición
- 118
- Pasador de articulación central
- 122
- Escuadra de montaje
- 124
- Elementos de fijación
- 125
- Núcleo de baja permeabilidad
- 126
- Centro
- 128
- Plegado interior a 90º
Claims (10)
1. Disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) comprendiendo:
medios de contactos separables (4, 8) para el
desplazamiento entre una posición cerrada y una posición abierta,
dichos medios de contactos separables (4, 8) estando provistos de
una corriente eléctrica que pasa a través de ellos;
medios de maniobra (6, 100) para desplazar dichos
medios de contactos separables (4, 8) entre la posición cerrada y la
posición abierta de los mismos;
medios (16) para determinar una señal (18)
provista de un primer estado para la posición abierta de dichos
medios de contactos separables (4, 8) y un segundo estado después de
que dichos medios de contactos separables (4, 8) se desplazan a la
posición cerrada de los mismos;
medios de detección (7) para detectar dicha
corriente eléctrica de dichos medios de contactos separables (4, 8)
y proporcionar una señal (9A, 9B, 9C) que corresponde a dicha
corriente eléctrica;
medios de desconexión (10) que emplean dicha
señal (9A, 9B, 9C) que corresponde a dicha corriente eléctrica y
dicha señal (18) que corresponde a las posiciones abierta y cerrada
de dichos medios de contactos separables (4, 8) para proporcionar
una señal de desconexión (12), dichos medios de desconexión (10)
incluyendo medios (20) para inhabilitar la señal de desconexión (12)
cuando dicha señal (18) de dichos medios (16) de determinación tiene
el segundo estado;
medios de accionamiento de desconexión (14) que
emplean la señal de desconexión (12) para accionar dichos medios de
maniobra (6, 100) para desplazar dichos medios de contactos
separables (4, 8) a la posición abierta de los mismos; y
medios (24, 30, 36) para activar dichos medios de
accionamiento de desconexión (14) desde dicha señal (9A, 9B, 9C) de
dichos medios de detección (7); y
en el que dichos medios (16) de determinación
incluyen medios (104, 28) que cooperan con dichos medios de maniobra
(6, 100) para determinar dichas posiciones abierta y cerrada de
dichos medios de contactos separables (4, 8) y dichos medios de
interruptor (26) accionados por dichos medios (104, 28) que cooperan
con dichos medios de maniobra (6, 100) para determinar dicha señal
(18) provista de los estados primero y segundo.
2. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se describe en la reivindicación 1 en el que
dichos medios de detección (7) es un sensor de corriente (7A, 7B,
7C) el cual detecta dicha corriente eléctrica y proporciona dicha
señal (9A, 9B, 9C) que corresponde a dicha corriente eléctrica.
3. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se describe en la reivindicación 2 en el que
dicho sensor de corriente (7A, 7B, 7C) incluye una bobina de
devanado (22) provista de un núcleo de aire (125) o un núcleo de
baja permeabilidad (125).
4. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se describe en la reivindicación 2 en el que
dicho sensor de corriente (7A, 7B, 7C) es una bobina eléctrica (22)
enrollada alrededor de un núcleo de baja permeabilidad (125).
5. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se describe en la reivindicación 2 en el que
dichos medios de contactos separables (4, 8) incluyen contactos
separables (4) y un conductor de corriente (8) y en el que dicho
sensor de corriente (7A, 7B, 7C) incluye un transformador de
corriente de núcleo de aire (22) el cual está colocado en la
proximidad de dicho conductor de corriente (8) para detectar la
corriente eléctrica que fluye en él y a través de dichos contactos
separables (4).
6. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se describe en la reivindicación 1 en el que
dichos medios de contactos separables (4, 8) incluyen una pluralidad
de contactos separables (4A, 4B, 4C) para una pluralidad de
conductores de fase (8A, 8B, 8C) y en el que dichos medios de
detección (7) incluyen una pluralidad de sensores de corriente (7A,
7B, 7C) para dichos conductores de fase (8A, 8B, 8C) con cada uno de
dichos sensores de corriente (7A, 7B, 7C) estando colocados
adyacentes al correspondiente de dichos conductores de fase (8A, 8B,
8C) para hacer mínima la interacción de fase.
7. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1-6 en el que dichos medios de
interruptor (26) incluyen un interruptor (26) provisto de una
primera posición que corresponde a dicho primer estado y una segunda
posición que corresponde a dicho segundo estado y en el que dichos
medios (104, 28) que cooperan con dichos medios de maniobra (6, 100)
incluyen medios (28, 110, 114) para retrasar el movimiento de dicho
interruptor (26) desde la primera posición a la segunda posición del
mismo un tiempo previamente determinado después de que dichos medios
de contactos separables (4, 8) se desplacen a la posición cerrada de
los mismos.
8. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1-6 en el que dichos medios de
maniobra (6, 100) incluyen un árbol magnético (100, 102) el cual
gira a medida que dichos medios de maniobra (6, 100) desplazan
dichos medios de contactos separables (4, 8) desde la posición
abierta a la posición cerrada de los mismos, en el que dichos medios
(104, 28) que cooperan con dichos medios de maniobra (6, 100)
incluyen un volante de inercia (28) provisto de un pasador
descentrado (104) y una superficie de acoplamiento (110) y un
resorte (108) que desvía dicho volante de inercial (28) en sentido
de giro, con dicho árbol magnético (100, 102) acoplando dicho
pasador (104) en la posición abierta de dichos medios de contactos
separables (4, 8) y sostienen dicho volante de inercia (28) en una
primera posición giratoria, con dicho árbol magnético (100, 102)
desacoplándose de dicho pasador (104) cuando dicho árbol magnético
(100, 102) gira para desplazar dichos medios de contactos separables
(4, 8) desde la posición abierta a la posición cerrada de los
mismos, con dicho resorte (108) girando dicho volante de inercia
(28) en el sentido de giro hasta una segunda posición giratoria y
con dicha superficie de acoplamiento (110) de dicho volante de
inercia (28) acoplando dichos medios de interruptor (26) para
producir dicha señal de salida (18) provista del segundo estado un
tiempo previamente determinado después de que dichos medios de
contactos separables (4, 8) se desplacen a dicha posición cerrada de
los mismos.
9. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1-6 en el que dichos estados
primero y segundo de dicha señal (18) que corresponden a las
posiciones abierta y cerrada de dichos medios de contactos
separables (4, 8) son respectivamente empleados por dichos medios de
desconexión (10) para detectar una condición de corriente de fallo
la cual aparece después de que dichos medios de contactos separables
(4, 8) se hayan cerrado en menos del tiempo previamente determinado
e ignorar la condición de corriente de fallo que aparece después de
que dichos medios de contactos separables (4, 8) se hayan cerrado en
más de dicho tiempo previamente determinado.
10. El disyuntor de circuito de potencia no
automático (2) como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1-6 en el que dichos medios de
desconexión (10) incluyen un circuito de desconexión no ajustable
(44).
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