ES2228591T3 - Disyuntor. - Google Patents

Abstract

Un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100), incluyendo una cámara de vacío (1) que contiene al menos un contacto fijo (7) y al menos un contacto móvil (6) que pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito (100), y medios de accionamiento que están conectados operativamente al contacto móvil (6) y proporcionan la energía requerida para mover dicho contacto móvil (6) y para determinar su acoplamiento/desacoplamiento con respecto a dicho contacto fijo (7), incluyendo dichos medios de accionamiento un accionador electromagnético (2), caracterizado porque incluye una pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) que están conectadas eléctricamente a dicho contacto móvil (6) y a un sistema de suministro de potencia eléctrica, siendo adecuadas dichas tiras metálicas (5), en un estado de cortocircuito, para contrarrestar la fuerza de repulsión generada entre el contacto móvil (6) y el contacto fijo (7), manteniendo dicho contacto fijo (7) y dicho contacto móvil (6) acoplados entre sí al menos durante un paso inicial de dicho cortocircuito.

Description

Disyuntor.

La presente invención se refiere a un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje que tiene funciones y características mejoradas; más específicamente, la expresión "disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje" se utiliza para hacer referencia a un disyuntor de circuito para aplicaciones con voltajes operativos inferiores a 1000 voltios.

En general, en los sistemas eléctricos industriales de bajo voltaje en los que están implicadas altas corrientes y por lo tanto altos niveles de potencia, se usan normalmente dispositivos específicos, denominados comúnmente en la técnica disyuntores automáticos de circuito de potencia. Dichos disyuntores de circuito de potencia, que operan típicamente con corrientes CA cuyos valores operativos nominales, según las aplicaciones, pueden variar en un amplio rango, típicamente de unos pocos cientos a varios miles de amperios, han sido ideados para proporcionar algunas características técnicas que se requieren para garantizar la operación correcta del circuito de suministro de potencia eléctrica que protegen y de las cargas conectadas a los mismos.

En particular, protegen las cargas contra eventos anormales producidos por ejemplo por mal funcionamiento relacionado con los cortocircuitos o debido a sobrecargas abriendo automáticamente dicho circuito de suministro de potencia; permiten la correcta introducción/exclusión de cargas en/de el circuito de suministro de potencia eléctrica; garantizan que la corriente nominal para los varios usuarios conectados sea realmente igual a la requerida, y permiten, por intervención manual en una palanca operativa de dicho disyuntor de circuito y por la correspondiente separación de los contactos móviles de los contactos fijos, el completo aislamiento de una carga con respecto a una fuente de alimentación y la consiguiente desconexión del circuito que protegen. Estos disyuntores de circuito de potencia están concebidos para garantizar esta operación así como otras características para una duración operativa útil prevista; en particular, según las prescripciones de las normas aplicables, los fabricantes definen una duración mecánica del disyuntor de circuito, entendida como el número de movimientos de apertura/cierre que el disyuntor de circuito es capaz de realizar en ausencia de corriente, y una duración eléctrica, entendida como el número de operaciones de conmutación de apertura/cierre que pueden realizar en presencia de una corriente igual al valor nominal requerido.

Hay actualmente varias soluciones constructivas para disyuntores de circuito de potencia de voltaje bajo que usan principalmente dos técnicas de interrupción de corriente: es decir, una primera técnica conocida como interrupción con aislamiento de aire, en la que el acoplamiento/desacoplamiento de los contactos se produce en aire a temperatura y presión ambiente; y una segunda técnica conocida como interruptor con aislamiento de vacío, en la que el acoplamiento/desacoplamiento de los contactos se produce en un ambiente al vacío. Las operaciones de conmutación de apertura/cierre se producen en ambos métodos de interrupción utilizando dispositivos de accionamiento apropiados que están conectados operativamente a los contactos móviles del disyuntor de circuito y proporcionan la energía requerida para mover dichos contactos móviles y producir su acoplamiento/desacoplamiento con los contactos fijos correspondientes.

En el estado corriente de la técnica, los dispositivos de accionamiento usados están constituidos en general por sistemas de accionamiento del tipo mecánico que usan sistemas cinemáticos apropiados de empuje por muelle. Tal sistema según el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce, por ejemplo, por EP-A-0867903. La asociación de dichos dispositivos de accionamiento con los dos métodos de interrupción utilizados, a pesar de permitir la ejecución adecuada de las funciones requeridas del disyuntor de circuito, en cualquier caso comporta algunos inconvenientes y desventajas.

En particular, los disyuntores de circuito con interrupción con aislamiento de aire y accionamiento mecánico tienen una duración mecánica que puede variar de unos pocos miles a un máximo de unas pocas decenas de miles de operaciones de conmutación, y una duración eléctrica considerablemente más baja, debido principalmente a la formación de arcos eléctricos intensos que deterioran considerablemente los contactos. En el caso de la asociación del accionamiento mecánico con el método de interrupción por vacío, la duración eléctrica aumenta considerablemente y llega en la práctica al mismo orden de magnitud que la duración mecánica. Sin embargo, para asegurar en ambos casos la duración mecánica prevista, hay que programar y realizar correctamente un plan de mantenimiento complejo durante el uso del disyuntor de circuito, para compensar las variaciones producidas por desgaste y envejecimiento que son típicas de los sistemas mecánicos. es claro que tal plan de mantenimiento obliga a la extracción del disyuntor de circuito del servicio activo, el uso de mano de obra y el consiguiente gasto de tiempo y costo, y resulta especialmente oneroso en todas las aplicaciones en las que es esencial proporcionar protección contra las interrupciones inesperadas, tal como, por ejemplo, en las industrias de transformación.

También se deberá observar que los dispositivos de accionamiento con sistemas cinemáticos de empuje por muelle son inherentemente muy complicados y voluminosos; el nivel de energía mecánica que deben desarrollar es proporcional a los varios niveles de rendimiento eléctrico del disyuntor de circuito en el que se utilizan, por ejemplo, capacidad de interrupción para cortocircuitos, corriente nominal, etcétera, y requiere operaciones largas y complicadas de verificación y calibración.

La finalidad de la presente invención es proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje que tiene una vida útil más larga que los tipos conocidos de disyuntor de circuito y al mismo tiempo permite eliminar completamente, o al menos reducir considerablemente, las intervenciones de mantenimiento necesarias para garantizar dicha vida útil.

Dentro del alcance de esta finalidad, un objeto de la presente invención es proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje cuya vida útil es considerablemente más larga que en los disyuntores de circuito de la técnica conocida y en particular en el que las duraciones mecánica y eléctrica se maximizan y tienen sustancialmente el mismo valor.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje cuya arquitectura constructiva es considerablemente menos complicada que la de los tipos conocidos de disyuntor de circuito.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje que es altamente fiable, relativamente fácil de fabricar y de costo competitivo.

Esta finalidad, estos objetos y otros que serán evidentes a continuación se logran con un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje, incluyendo una cámara al vacío que contiene al menos un contacto fijo y al menos un contacto móvil que pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito, y medios de accionamiento que están conectados operativamente al contacto móvil y proporcionan la energía requerida para mover dicho contacto móvil y para determinar su acoplamiento/desacoplamiento con respecto a dicho contacto fijo, caracterizado porque dichos medios de accionamiento incluyen un accionador electromagnético.

De esta manera, utilizando un sistema de accionamiento del tipo electromagnético y realizando las operaciones de conmutación de apertura/cierre en vacío, se obtiene la doble ventaja de aumentar considerablemente la vida útil del disyuntor de circuito y de eliminar simultáneamente, o al menos reducir considerablemente, las intervenciones de mantenimiento necesarias durante el uso del disyuntor de circuito; el accionador del tipo electromagnético es de hecho prácticamente inmune a los problemas de desgaste y envejecimiento que son típicos de los accionadores mecánicos.

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes por la descripción de una realización preferida pero no exclusiva de un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la invención, ilustrado solamente a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos anexos, donde:

La figura 1 es una vista esquemática de un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la invención.

La figura 2 es una vista esquemática de un accionador electromagnético que se puede usar en el disyuntor de circuito según la invención.

Con referencia a la figura 1, el disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la invención, designado en general con el número de referencia 100, incluye un recinto 1 que está en vacío y contiene al menos un contacto fijo 7 y al menos un contacto móvil 6. En particular, el recinto de vacío 1, que constituye la cámara de interrupción del disyuntor de circuito, puede estar constituido por un bulbo de forma apropiada dentro del que se mantiene vacío; la realización del bulbo y la manera en que el vacío se mantiene dentro de él son ampliamente conocidas en la técnica y son por consiguiente no se describen más.

El contacto fijo 7 está conectado eléctricamente, utilizando medios conductores convencionales 4, por ejemplo, una barra de cobre, a un usuario a alimentar, no representado; a su vez, el contacto móvil 6 se conecta eléctricamente, en virtud de medios conductores 5, a una línea de suministro de potencia, que tampoco se muestra en la figura. Dichos medios conductores 5 pueden estar constituidos por una pluralidad de tiras metálicas flexibles que se empaquetan juntos y están perforadas en sus extremos opuestos, para acomodar medios para conexión al contacto móvil 6 y a la línea de suministro de potencia. Como se representa esquemáticamente en la figura 1, según una solución que es estructuralmente simple y funcionalmente efectiva, las tiras metálicas están dispuestas para formar un giro sustancialmente en forma de U; de esta manera, cuando se produce un estado de cortocircuito, los dos brazos del giro en forma de U quedan afectados por dos fuerzas que están orientadas en direcciones mutuamente contrarias y para contrarrestar las fuerzas de repulsión que se generan durante el cortocircuito y tienden a separar los contactos. De esta manera, las tiras permiten mantener los contactos cerrados durante un corto intervalo inicial del cortocircuito, durante el que, por ejemplo, otro disyuntor de circuito incluido posiblemente en la red de suministro puede intervenir, evitando así intervenciones a destiempo y la desactivación de usuarios que, en cambio, podrían seguir operando correctamente. Una vez transcurrido este intervalo, si no ha intervenido otro disyuntor de circuito (si está presente), los contactos se separan.

Los movimientos para abrir/cerrar el disyuntor de circuito 100 se realizan desplazando el contacto móvil 6 para producir su enganche/desenganche con respecto al contacto fijo correspondiente 7; la energía requerida para efectuar estas operaciones de conmutación se suministra por medios de accionamiento apropiados que están conectados operativamente al contacto móvil 6 en virtud de una cadena cinemática que se designa en general con el número de referencia 3 en la figura 1. En la realización representada en la figura 1, un solo polo del disyuntor de circuito 100 se representa por razones de sencillez de la descripción.

En la realización del disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la invención los medios de accionamiento incluyen un accionador electromagnético 2; el uso de un accionador de este tipo permite prolongar considerablemente la vida útil del disyuntor de circuito, puesto que no tiene los problemas de posible desgaste y/o daño que son típicos de los accionadores de tipo mecánico, que permite en particular hacer la vida eléctrica útil del disyuntor de circuito prácticamente igual a su duración mecánica. Además, el accionador electromagnético garantiza la correcta ejecución de los movimientos de apertura/cierre del disyuntor de circuito sin precisar intervenciones de mantenimiento durante su vida útil, o al menos durante un número considerablemente grande de operaciones de conmutación. En una realización preferida, el accionador electromagnético 2 es un accionador electromagnético de imán permanente. Una realización posible del accionador de imán permanente 2 se describe en la Solicitud de Patente europea número 97203501.8, cuya descripción se supone incluida aquí como referencia. En particular, como se representa en la figura 2, el accionador de imán permanente 2 incluye un yugo magnético 10, una armadura 30 que se puede mover dentro del espacio formado por el yugo 10, y un pivote 20 que está fijado a la armadura 30 y es adecuado para transmitir el movimiento a la cadena cinemática 3 y por lo tanto en último término al contacto móvil 6.

La armadura móvil 30 se puede configurar de varias formas según las aplicaciones y/o requisitos específicos y se puede prever monolíticamente y hacer de material ferromagnético o por medio de una pluralidad de hojas magnéticas apiladas. A su vez, el yugo 10 está constituido por dos partes de núcleo, designadas con los números de referencia 40 y 50 respectivamente, que tienen un perfil en forma de E y se montan en un soporte adecuado, no representado, de manera que entre ellas se formen dos intervalos de aire, designados con los números de referencia 18 y 19, respectivamente. Dos imanes permanentes, designados con los números de referencia 26 y 27 respectivamente, se montan en las superficies opuestas de los dos brazos intermedios 13 y 23 de los núcleos 40 y 50; además, dos bobinas de excitación 44 y 45 están dispuestas en los espacios formados entre el brazo central 13 y 23 y los dos brazos de extremo, designados por los números de referencia 41 y 22 respectivamente, de los núcleos 40 y 50. En la práctica, cuando hay que abrir o cerrar el disyuntor de circuito, dependiendo del tipo de maniobra a realizar, una de las dos bobinas, por ejemplo, la bobina 44, es excitada eléctricamente; la energía de excitación se suministra a la bobina 44 por una unidad de suministro de potencia, designada esquemáticamente en la figura 1 con el número de referencia 8, que incluye preferiblemente, según una solución simple, no engorrosa y efectiva, uno o varios condensadores que se dimensionan apropiadamente y son alimentados por la red eléctrica o por una fuente auxiliar de potencia eléctrica. La unidad de suministro de potencia 8 es controlada operativamente por una unidad electrónica de órdenes 9, que también está conectada a la red de suministro eléctrico; dicha unidad electrónica de órdenes 9, según una orden de intervención que se origina, por ejemplo, a partir de un sistema de protección o de un operador, produce la intervención de la unidad de suministro de potencia 8; de esta manera los condensadores descargan y energizan la bobina.

El flujo generado por la bobina excitada eléctricamente permite superar la fuerza de retención aplicada por los imanes permanentes 26 y 27 a la armadura móvil 30 y producir su movimiento en la dirección de dicha bobina excitada 44. De esta manera, el pivote 20 realiza un movimiento de traslación y transmite el movimiento a la cadena cinemática 3. Como se representa esquemáticamente en la figura 1, la cadena cinemática 3 incluye dos articulaciones 35 y 36 que transmiten el movimiento del pivote 20 a una palanca de transmisión 37; dicha palanca de transmisión 37, girando alrededor de su punto de pivote 38, produce el movimiento de un pivote de acoplamiento 39 que está acoplado rígidamente a ella y está conectado al contacto móvil 6; de esta manera, éste último se mueve, realizando en consecuencia la operación requerida. Obviamente, según las aplicaciones y/o requisitos de construcción específicos, la cadena cinemática 3 se puede modificar apropiadamente, por ejemplo, variando el número de sus componentes constructivos, su disposición relativa y/o su configuración geométrica. Una vez realizada la operación, la bobina 44 ya no es excitada y los imanes permanentes reanudan la aplicación de una fuerza de retención a la armadura 30 manteniéndola en un equilibrio estable en la posición a la que ha llegado. Una operación inversa con respecto a la conmutación antes descrita se realiza exactamente de la misma manera, pero al contrario, excitando, en este caso, la bobina 45.

Claramente, el uso de un accionador así dispuesto permite simplificar considerablemente la arquitectura de construcción del disyuntor de circuito con respecto al estado corriente de la técnica, eliminando o al menos reduciendo considerablemente la necesidad de muelles y/o de otros componentes complicados y engorrosos; también se deberá recalcar el hecho de que el uso de una interrupción técnica por vacío no requiere fuerzas de conmutación excesivas, de manera que la combinación de dicho método de interrupción con un accionamiento electromagnético produzca un efecto sinérgico que permite optimizar además las dimensiones geométricas y la energía del disyuntor de circuito en conjunto, y reducir también las operaciones de verificación y calibración.

Alternativamente, es posible usar un accionador electromagnético sin imanes permanentes; en este caso, sin embargo, el accionador debe estar provisto de un sistema que es adecuado para mantener el pivote 20 en equilibrio estable a las posiciones a las que llega al final de la operación de conmutación, de forma diferente a lo que sucede al utilizar imanes permanentes, donde esta función se produce automáticamente y sin utilizar componentes adicionales.

Por razones de sencillez de la descripción, la figura 1 ilustra un disyuntor de circuito de polo único; la solución antes descrita se puede implementar en cualquier caso fácil y efectivamente en el caso de un disyuntor de circuito de potencia multipolo. En este caso, cada polo usa un recinto de vacío 1 que contiene al menos un contacto fijo 6 y al menos un contacto móvil 7. Cada contacto móvil 6 está conectado operativamente a medios de accionamiento que suministran la energía requerida para mover dichos contactos móviles y para determinar el acoplamiento/desacoplamiento con respecto a los contactos fijos correspondientes.

En una realización preferida, se dispone para cada polo un solo accionador electromagnético 2 que está conectado operativamente al contacto móvil correspondiente. De esta forma, es posible operar los polos independientemente uno de otro. Por ejemplo, programando adecuadamente la unidad electrónica de órdenes 9, es posible realizar una estrategia de operaciones de conmutación en relación a las fases de la red eléctrica a la que el disyuntor de circuito está conectado. En particular, es posible usar medios medidores, tal como transformadores de medición, que envían información acerca de la tendencia de corriente y/o voltaje de las fases de la red a la unidad 9; a su vez, la unidad 9, en base a la información recibida, mueve los accionadores 2 para realizar operaciones sincronizadas para cada fase, independientemente de las otras.

Esta solución ofrece ventajas significativas en términos de eliminación, o al menos reducción considerable de los transitorios de voltaje y corriente en la red, así como en términos de limitar los esfuerzos electrodinámicos y térmicos, con considerables beneficios consiguientes tanto para el equipo presente en la red eléctrica como el disyuntor de circuito usado, aumentando considerablemente su vida útil y fiabilidad.

Alternativamente, es posible usar un único accionador electromagnético 2, un eje operativo que está conectado operativamente a dicho accionador electromagnético 2 y, para cada polo, una cadena cinemática 3 que es adecuada para conectar cada contacto móvil a dicho eje operativo. En esta realización, las operaciones de apertura/cierre del disyuntor de circuito se producen simultáneamente para todos los polos, como se ha descrito anteriormente y se puede realizar de forma sincronizada para una fase, que se considera como referencia.

Se ha hallado en la práctica que el disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la invención logra completamente la finalidad y los objetos previstos, puesto que su vida útil se incrementa con respecto a los tipos conocidos de disyuntores de circuito sin precisar prácticamente intervenciones de mantenimiento, con un beneficio consiguiente en términos técnicos y económicos.

No se deberá ignorar el hecho de que todas las funciones innovadoras y los aspectos novedosos del disyuntor de circuito se pueden lograr utilizando elementos y materiales comercializados comunes con costos muy bajos, según una solución constructiva que es más simple y más compacta que la técnica conocida.

Claims (8)

1. Un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100), incluyendo una cámara de vacío (1) que contiene al menos un contacto fijo (7) y al menos un contacto móvil (6) que pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito (100), y medios de accionamiento que están conectados operativamente al contacto móvil (6) y proporcionan la energía requerida para mover dicho contacto móvil (6) y para determinar su acoplamiento/desacoplamiento con respecto a dicho contacto fijo (7), incluyendo dichos medios de accionamiento un accionador electromagnético (2), caracterizado porque incluye una pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) que están conectadas eléctricamente a dicho contacto móvil (6) y a un sistema de suministro de potencia eléctrica, siendo adecuadas dichas tiras metálicas (5), en un estado de cortocircuito, para contrarrestar la fuerza de repulsión generada entre el contacto móvil (6) y el contacto fijo (7), manteniendo dicho contacto fijo (7) y dicho contacto móvil (6) acoplados entre sí al menos durante un paso inicial de dicho cortocircuito.

2. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) están conectadas entre sí para realizar un giro sustancialmente en forma de U.

3. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho accionador electromagnético (2) es un accionador electromagnético de imán permanente.

4. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según una o varias reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye una unidad electrónica de órdenes (9) que, después de una orden de intervención, determina la intervención de una unidad de suministro de potencia (8) que es adecuada para alimentar dicho accionador electromagnético (2).

5. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha unidad de suministro de potencia (8) incluye uno o más condensadores.

6. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque es un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje multipolo y porque incluye un único accionador electromagnético (2), un eje operativo que está conectado operativamente a dicho único accionador electromagnético (2), y, para cada polo, una cadena cinemática (3) que es adecuada para conectar cada contacto móvil (6) a dicho eje operativo.

7. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque es un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje multipolo y porque incluye, para cada polo, un accionador electromagnético (2) y una cadena cinemática (3) que es adecuada para conectar cada contacto móvil (6) al accionador electromagnético correspondiente (2).

8. El disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100) según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque las operaciones de apertura y/o cierre se sincronizan con respecto a al menos una de las fases de la red eléctrica a la que el disyuntor de circuito (100) está asociado operativamente.