ES2273658T3 - Grupo mecanico de conmutacion rapida. - Google Patents
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Abstract
Grupo de conmutación de un interruptor de alta o media tensión, que contiene - dos piezas de conmutación estacionarias (1, 2), - una pieza de conmutación en puente (3) móvil y eléctricamente conductora que, en el estado cerrado del grupo de conmutación, está encajada ajustadamente entre las piezas de conmutación estacionarias (1, 2) y las pone en cortocircuito en la dirección de la corriente nominal (IN), y - un accionamiento para mover la pieza de conmutación en puente (3), el cual comprende al menos dos bobinas (5, 6) dispuestas limitando al menos en parte el margen de movimiento de la pieza de conmutación en puente (3) y una unidad de control (9) del tipo de electrónica de potencia para alimentar las bobinas (5, 6), - estando las piezas de conmutación estacionarias (1, 2) configuradas y dispuestas en posiciones sustancialmente simétricas una a otra con respecto a un eje central (A) de la pieza de conmutación en puente (3) que discurre perpendicularmente a la dirección de la corriente nominal (IN), caracterizado porque - la pieza de conmutación en puente (3) está dispuesta en forma giratoria alrededor del eje central (A) para abrir y cerrar el grupo de conmutación.
Description
Grupo mecánico de conmutación rápida.
En la invención se parte de un grupo de
conmutación de un interruptor de alta o media tensión según el
preámbulo de la reivindicación 1.
Tales interruptores se utilizan en el plano de
alta o media tensión como conectores mecánicos o bien como
desconectores mecánicos con una duración del arco voltaico de a lo
sumo algunos centenares de microsegundos.
En la solicitud de patente europea anterior
número de expediente 99810596.9 (EP 1 067 569 A) se ha descrito un
grupo de conmutación de esta clase.
El grupo de conmutación de un interruptor de
alta o media tensión contiene dos piezas de conmutación
estacionarias que están configuradas en forma de cilindro y que,
guiadas coaxialmente una dentro de otra, determinan una rendija de
forma anular. Una pieza de conmutación en puente móvil configurada
en forma de un anillo de contacto está encajada ajustadamente, en
el estado cerrado del grupo de conmutación, en la rendija de forma
anular. A ambos lados del anillo de contacto están dispuestas unas
bobinas de un accionamiento electrodinámico para mover el anillo de
contacto en dirección axial.
Para abrir el grupo de conmutación se alimenta
una corriente a una de las dos bobinas. En el anillo de contacto se
inducen unas corrientes parásitas que están dirigidas
sustancialmente en sentido contrario al de la corriente de la
bobina. De este modo, la bobina y el anillo de contacto se repelen
mutuamente, lo que conduce a una aceleración de traslación del
anillo de contacto y, por tanto, a la apertura del grupo de
conmutación.
Para cerrar el grupo de conmutación se alimenta
la corriente a la otra de las dos bobinas, tras lo cual el anillo de
contacto se mueve volviendo nuevamente a la posición de partida y se
vuelve a cerrar así el grupo de conmutación.
Un grupo de conmutación semejante está revelado
en el documento EP 0 147 036 A.
La invención, tal como se manifiesta en las
reivindicaciones, se basa en el problema de indicar un grupo de
conmutación de la clase citada al principio que pueda abrirse y
cerrarse con rapidez y con un pequeño consumo de energía.
En el estado cerrado del grupo de conmutación
una pieza de conmutación en puente configurada en forma de disco
pone en cortocircuito a dos piezas de conmutación estacionarias en
la dirección de la corriente nominal. La pieza de conmutación en
puente está dispuesta en forma giratoria alrededor del eje central
propio que discurre perpendicularmente a la dirección de la
corriente nominal. Las corrientes parásitas necesarias para formar
un par de fuerzas de un accionamiento de contacto rotativo
electrodinámico son inducidas en la pieza de conmutación en puente
móvil.
La energía que ha de aplicarse para el
movimiento rotativo de la pieza de conmutación en puente es más
pequeña que en piezas de contacto movidas en traslación de grupos
de conmutación comparables. Por tanto, se reduce el consumo de
energía para la apertura y el cierre del grupo de conmutación.
El grupo de conmutación con la pieza de
conmutación movida en rotación se puede aprovechar de forma más
óptima en el aspecto dieléctrico, ya que las piezas de contacto
estacionarias pueden construirse en forma más redonda que en grupos
de conmutación con piezas de contacto movidas en traslación.
En la apertura se originan dos rendijas de
contacto que están puenteadas cada una de ellas por uno de dos arcos
voltaicos parciales conectados en serie. Debido a esta conexión en
serie de arcos voltaicos parciales se incrementa la tensión de arco
voltaico decreciente en una disposición de contacto del grupo de
conmutación, con lo que, en el caso de una eventual vía en
paralelo, se puede conmutar nuevamente con rapidez y
efectividad.
Se explican seguidamente con más detalle
ayudándose de dibujos una forma de realización de la invención y las
ventajas que pueden lograrse con ella. Muestran en los dibujos:
La figura 1, una vista de un grupo de
conmutación según la invención en estado cerrado con dos piezas de
conmutación estacionarias y una pieza de conmutación en puente
intercalada entre ellas,
La figura 2, una vista en la dirección de la
flecha sobre una sección tomada a lo largo de II-II
a través del grupo de conmutación según la figura 1 en estado
cerrado, al abrir dicho grupo de conmutación,
La figura 3, una vista del grupo de conmutación
según la figura 2 en estado abierto, al cerrar dicho grupo de
conmutación,
La figura 4, una vista en la dirección de la
flecha sobre una sección tomada a lo largo de IV-IV
a través de una pieza de conmutación estacionaria del grupo de
conmutación según la figura 3, y
La figura 5, una representación esquemática de
la electrónica de control para controlar el grupo de conmutación
según la figura 1.
En todas las figuras los mismos símbolos de
referencia se refieren a piezas equivalentes.
La figura 1 muestra una forma de realización del
grupo de conmutación según la invención de un interruptor de alta o
media tensión para una corriente nominal I_{N} en el intervalo de
10 a algunos millares de amperios.
Las piezas de conmutación estacionarias 1 y 2
forman en el estado cerrado del grupo de conmutación, juntamente
con la pieza de conmutación en puente eléctricamente conductora 3,
la vía de la corriente nominal I_{N}. La pieza de conmutación en
puente está configurada en forma de disco y encajada ajustadamente
entre las dos piezas de conmutación estacionarias. La pieza de
conmutación en puente 3 está montada en forma giratoria alrededor
del eje central A en sentido perpendicular a la dirección de la
corriente nominal I_{N}. La pieza de conmutación en puente 3 está
hecha de un metal ligero, especialmente aluminio. Los puntos de
contacto para las piezas de conmutación estacionarias 1 y 2 están
formados preferiblemente por buenos materiales de contacto
eléctrico, por ejemplo plata. La distancia entre las piezas de
conmutación estacionarias 1 y 2 es de 10 a algunas decenas de
milímetros.
La sección transversal perpendicularmente a la
dirección de la corriente nominal de la pieza de conmutación en
puente 3 viene determinada por la corriente nominal I_{N } y la
densidad de corriente admitida en la pieza de conmutación en
puente. La longitud en la dirección de la corriente nominal y, por
tanto, la distancia de las dos piezas de conmutación estacionarias
1 y 2 vienen prefijadas por la tensión que se presenta como máximo
en funcionamiento y por el medio aislante existente. Posibles medios
aislantes son aire o SF_{6} a presión atmosférica o a presión
elevada.
Para mover la pieza de conmutación en puente 3,
se ha previsto un accionamiento electrodinámico constituido por dos
bobinas 5 y 6. La primera bobina 5 está prevista para la apertura
del grupo de conmutación y la segunda bobina 6 está prevista para
el cierre de dicho grupo de conmutación. Las bobinas abrazan a la
pieza de conmutación en puente 3 y contienen varias (por ejemplo,
6-8) espiras.
La bobina 5 para abrir el grupo de conmutación
se extiende a un lado del eje central A por debajo de la pieza de
conmutación en puente y al otro lado de dicho eje por encima de
dicha pieza de conmutación en puente. Estos dos segmentos de bobina
5_{1} y 5_{2} que discurren paralelos al eje central A no están
unidos mecánicamente con la pieza de conmutación en puente 3 y,
además, están eléctricamente aislados con respecto a ésta. Para
garantizar un accionamiento óptimo con la menor cantidad posible de
energía, los segmentos de bobina 5_{1} y 5_{2} están
dispuestos, en el estado cerrado del grupo de conmutación, lo más
cerca posible de la pieza de conmutación en puente 3 y en la zona
de los extremos de esta pieza 3 que queda envueltos hacia las piezas
de conmutación estacionarias 1 y 2.
La bobina 6 para cerrar el grupo de conmutación
se extiende también a un lado del eje central A por encima de la
pieza de conmutación en puente y al otro lado de dicho eje por
debajo de dicha pieza de conmutación en puente. Estos dos segmentos
de bobina 6_{1} y 6_{2} que discurren paralelos al eje central A
no están unidos tampoco mecánicamente con la pieza de conmutación
en puente 3 y están eléctricamente aislados con respecto a ésta.
Para garantizar un accionamiento óptimo con la menor cantidad
posible de energía, los segmentos de bobina 6_{1} y 6_{2} están
dispuestos, en el estado abierto del grupo de conmutación, lo más
cerca posible de la pieza de conmutación en puente 3 y también en
la zona de los extremos de esta pieza 3.
Las dos bobinas 5, 6 están configuradas como
sustancialmente simétricas con respecto a la pieza de conmutación
en puente y están dispuestas de manera que quedan decaladas en
rotación alrededor del eje central A. Los segmentos de bobina
5_{1} y 6_{1}, así como 5_{2} y 6_{2} limitan
sustancialmente el margen de movimiento rotativo de la pieza de
conmutación en puente 3. Las bobinas 5 y 6 pueden ser de
construcción tan ancha que prácticamente actúen sobre toda la pieza
de conmutación en puente. La bobina 5 puede extenderse, por ejemplo
en anchura, desde la pieza de conmutación estacionaria 1 hasta el
eje de giro A.
El grupo de conmutación completo se mantiene
unido por medio de cuerpos de aislamiento 7, en particular, una
respectiva pieza de conmutación estacionaria 1 ó 2 está unida
fijamente con los correspondientes segmentos de bobina por medio de
un cuerpo de aislamiento 7 en el mismo lado de la pieza de conexión
en puente 5_{1} y 6_{2} o 5_{2} y
6_{1}.
6_{1}.
Para activar las bobinas 5 y 6 se ha previsto
una unidad de control 9 del tipo de electrónica de potencia, tal
como se representa en la figura 5. La unidad de control 9 contiene
sustancialmente un equipo de carga Q, un condensador de
accionamiento C_{O} o C_{S} por cada bobina y sendos tiristores
T_{O} y T_{S}, respectivamente. Para mejorar el rendimiento se
pueden intercalar también sendos diodos de oscilación libre D_{O}
y D_{S} en el circuito de accionamiento. Por supuesto, entran en
consideración también otros circuitos más complicados para la
unidad de control 9. Tales circuitos pueden encontrarse de vez en
cuando en la solicitud mencionada EP 99810596.9.
El proceso de apertura del grupo de conmutación
está representado en la figura 2. La pieza de conmutación en puente
3 está encajada ajustadamente entre las piezas de conmutación
estacionarias. Para desencadenar el movimiento de apertura de la
pieza de conmutación en puente 3, se descarga el condensador de
accionamiento C_{O} a través de la bobina 5. La corriente de
accionamiento resultante I_{O} es típicamente una semionda con
algunos millares de amperios de pico de intensidad a una frecuencia
de algunos millares de hertzios. Como puede apreciarse en la figura
2, la corriente de accionamiento circula hacia atrás (I_{O1}) en
el segmento de bobina inferior 5_{1} y hacia delante (I_{O2})
en el segmento de bobina superior 5_{2}. En este caso, se inducen
en la pieza de conmutación en puente 3 recorrida todavía por la
corriente nominal I_{N} unas corrientes parásitas que están
dirigidas sustancialmente en sentido contrario al de la corriente de
accionamiento. Por tanto, las corrientes parásitas I_{P1}
originadas por la corriente de accionamiento circulante hacia atrás
en el segmento de bobina inferior I_{O1} circulan hacia adelante y
las corrientes parásitas I_{P2} originadas por la corriente de
accionamiento circulante hacia adelante en el segmento de bobina
inferior I_{O2} circulan hacia atrás. Durante el tiempo del flujo
de corriente en la bobina resulta una acción de fuerza repelente
entre los segmentos de bobina 5_{1} y 5_{2} y la pieza de
conmutación en puente 3. El par de fuerzas resultante F_{O1} y
F_{O2} pone a la pieza de conmutación en puente 3 en un movimiento
rotativo en el sentido de las agujas de reloj. La pieza de
conmutación en puente 3 se desprende de las piezas de conmutación
estacionarias 1 y 2 formando dos arcos voltaicos y se mueve en
rotación alrededor del eje central A. Después de un ángulo de giro
determinado, la pieza de conmutación en puente es primero frenada y
luego inmovilizada por un dispositivo mecánico de frenado y
retención 4, por ejemplo por rozamiento mecánico. Por tanto, el
grupo de conmutación ha alcanzado el estado abierto. El ángulo de
giro es prefijado por la rigidez dieléctrica que se ha de alcanzar y
está situado en el intervalo de 30-90º, siendo
preferiblemente de alrededor de 60º.
Para impedir la formación de corrientes
parásitas en las piezas de conmutación estacionarias 1 y 2, estas
piezas de conmutación están provistas de hendiduras 8 en la zona
vuelta hacia la pieza de conmutación en puente. Una pieza de
conmutación estacionara 1 con hendiduras 8 está representada en la
figura 4. Las hendiduras 8 son más largas que la profundidad de
penetración del campo magnético de la corriente de accionamiento en
el material de la pieza de conmutación estacionaria 1. Por tanto,
se puede evitar la formación de corrientes parásitas en las piezas
de contacto estacionarias.
El proceso de cierre del grupo de conmutación
está representado en la figura 3. La pieza de conmutación en puente
3 está sujeta por el dispositivo de retención 4. Para desencadenar
el movimiento de cierre de la pieza de conmutación en puente 3, se
descarga el condensador de accionamiento C_{S} a través de la
bobina 6. La corriente de accionamiento resultante I_{S} es
típicamente una semionda de algunos millares de amperios de pico de
intensidad a una frecuencia de algunos millares de hertzios. Como
puede apreciarse en la figura 3, la corriente de accionamiento
circula hacia atrás (I_{S2}) en el segmento de bobina inferior
6_{2} y hacia delante (I_{S1}) en el segmento de bobina
superior 6_{1}. Se vuelven a inducir en este caso en la pieza de
conmutación en puente 3 unas corrientes parásitas que están
dirigidas sustancialmente en sentido contrario al de la corriente
de accionamiento. Por tanto, las corrientes parásitas I_{T2}
originadas por la corriente de accionamiento circulante hacia atrás
en el segmento de bobina inferior I_{S2} circulan hacia adelante
y las corrientes parásitas I_{T1} originadas por la corriente de
accionamiento circulante hacia adelante en el segmento de bobina
inferior I_{S1} circulan hacia atrás. Durante el tiempo en el que
se produce el flujo de la corriente en la bobina, resulta una
acción de fuerza repelente entre los segmentos de bobina 6_{1} y
6_{2} y la pieza de conmutación en puente 3. El par de fuerzas
resultante F_{S1} y F_{S2} pone a la pieza de conmutación en
puente 3 en un movimiento de rotación en sentido contrario al de las
agujas de reloj. La pieza de conmutación en puente 3 se desprende
del dispositivo de retención 4 y se mueve en rotación alrededor del
eje central A. La pieza de conmutación en puente 3 gira hasta que
sea frenada y luego inmovilizada por las piezas de conmutación
estacionarias. El grupo de conmutación está nuevamente cerrado y la
corriente nominal I_{N} circula por la pieza de conmutación en
puente 3.
- 1, 2
- Piezas de conmutación estacionarias
- 3
- Pieza de conmutación en puente
- 4
- Dispositivo de retención
- 5
- Bobina de accionamiento para abrir el grupo de conmutación
- 5_{1}, 5_{2}
- Segmentos de bobina paralelos al eje central
- 6
- Bobina de accionamiento para cerrar el grupo de conmutación
- 6_{1}, 6_{2}
- Segmentos de bobina paralelos al eje central
- 7
- Cuerpo de aislamiento
- 9
- Unidad de control en electrónica de potencia
- A
- Eje central, eje de rotación
- C_{O}, C_{S}
- Condensadores de accionamiento
- D_{O}, D_{S}
- Diodos de oscilación libre
- F_{O1}, F_{O2}
- Fuerza sobre la pieza de conmutación en puente al abrir el grupo de conmutación
- F_{S1}, F_{S2}
- Fuerza sobre la pieza de conmutación en puente al cerrar el grupo de conmutación
- I_{N}
- Dirección de la corriente nominal
- I_{O1}, I_{O2}
- Corriente de accionamiento para abrir el grupo de conmutación
- I_{P1}, I_{P2}
- Corrientes parásitas inducidas al abrir el grupo de conmutación
- I_{S1}, I_{S2}
- Corriente de accionamiento para cerrar el grupo de conmutación
- I_{T1}, I_{T2}
- Corrientes parásitas inducidas al cerrar el grupo de conmutación
- Q
- Equipo de carga
- T_{O,} T_{S}
- Tiristor
Claims (5)
1. Grupo de conmutación de un interruptor de
alta o media tensión, que contiene
- dos piezas de conmutación estacionarias (1,
2),
- una pieza de conmutación en puente (3) móvil y
eléctricamente conductora que, en el estado cerrado del grupo de
conmutación, está encajada ajustadamente entre las piezas de
conmutación estacionarias (1, 2) y las pone en cortocircuito en la
dirección de la corriente nominal (I_{N}), y
- un accionamiento para mover la pieza de
conmutación en puente (3), el cual comprende al menos dos bobinas
(5, 6) dispuestas limitando al menos en parte el margen de
movimiento de la pieza de conmutación en puente (3) y una unidad de
control (9) del tipo de electrónica de potencia para alimentar las
bobinas (5, 6),
- estando las piezas de conmutación
estacionarias (1, 2) configuradas y dispuestas en posiciones
sustancialmente simétricas una a otra con respecto a un eje central
(A) de la pieza de conmutación en puente (3) que discurre
perpendicularmente a la dirección de la corriente nominal (I_{N}),
caracterizado porque
- la pieza de conmutación en puente (3) está
dispuesta en forma giratoria alrededor del eje central (A) para
abrir y cerrar el grupo de conmutación.
2. Grupo de conmutación según la reivindicación
1, caracterizado porque la pieza de conmutación en puente (3)
se extiende en forma de placa en la dirección de la corriente
nominal (I_{N}) y en la dirección del eje central (A).
3. Grupo de conmutación según la reivindicación
1, caracterizado porque
- dos segmentos (5_{1}, 5_{2}) de una
primera de las dos bobinas (5) que están eléctricamente aislados
con respecto a la pieza de conmutación en puente (3) y que discurren
paralelos al eje central (A) están dispuestos cada uno de ellos con
relación a la pieza de conmutación en puente (3), en el estado
cerrado del grupo de conmutación,
- en la zona de extremos opuestos de la pieza de
conmutación en puente y
- decalados en lados opuestos de la pieza de
conmutación en puente (3) en sentido contrario a la dirección de
rotación de dicha pieza de conmutación en puente al abrir el grupo
de conmutación, y
- dos segmentos (6_{1}, 6_{2}) de la segunda
bobina (6) que están eléctricamente aislados con respecto a la
pieza de conmutación en puente (3) y que discurren paralelos al eje
central (A) están dispuestos cada uno de ellos con relación a la
pieza de conmutación en puente (3), en el estado abierto del grupo
de conmutación,
- en la zona de extremos opuestos de la pieza de
conmutación en puente y
- en lados opuestos de la pieza de conmutación
en puente (3) en la dirección de rotación de dicha pieza de
conmutación en puente al abrir el grupo de conmutación.
4. Grupo de conmutación según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque en la zona de la
bobina (6) que limita el margen de movimiento de la pieza de
conmutación en puente (3) al abrir el grupo de conmutación está
montado un dispositivo de retención (4) para inmovilizar dicha pieza
de conmutación en puente (3) en el estado abierto del grupo de
conmutación.
5. Grupo de conmutación según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las piezas de
conmutación estacionarias (1, 2) presentan cada una de ellas al
menos una hendidura (S) que discurre alejándose de la pieza de
conmutación en puente (3) en la dirección de la corriente
nominal.
Applications Claiming Priority (1)
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