ES2278626T3 - Dispositivo de proteccion contra corrientes de defecto. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) de protección contra corrientes de defecto con un transformador (2) de corriente total así como con un montaje (5) de disparo en un circuito (4) de disparo y un relé (6) de disparo para el accionamiento de un mecanismo (7) de conmutación que conmuta una red (LN) de conductores, estando formado el núcleo (3) de transformador del transformador (2) de corriente total para la detección de corrientes (If) de defecto de baja y alta frecuencia de un material nanocristalino o amorfo, caracterizado porque un módulo RC (R, C) formado por una conexión en serie de una resistencia (R) y un condensador (C) está conectado en paralelo en el extremo de entrada al montaje (5) de disparo unido a un único arrollamiento (N2) secundario del transformador (2) de corriente total, porque la capacitancia del condensador (C) está dimensionada de tal manera que la corriente (IA) de defecto de disparo se encuentra al menos hasta una frecuencia (f) de corrientes de defecto de 1 kHz por debajo de una curva (G1) límite predeterminada para fibrilaciones ventriculares según la especificación IEC 479, y porque el valor de la resistencia (R) está dimensionado de tal manera que la corriente (IA) de defecto de disparo se encuentra también a altas frecuencias (f) de corrientes de defecto de hasta aproximadamente 20 kHz por debajo de una curva (G2) permitida para la prevención incendios.
Description
Dispositivo de protección contra corrientes de
defecto.
La invención se refiere a un dispositivo de
protección contra corrientes de defecto según el preámbulo de la
reivindicación 1 con un transformador de corriente total así como
con un montaje de disparo en un circuito de disparo y un relé de
disparo para el accionamiento de un mecanismo de conmutación que
conmuta una red de conductores. Como circuito de disparo se designa
un circuito de corriente, a lo largo del cual se genera y valora una
magnitud eléctrica de control, y que genera una señal eléctrica de
disparo, que activa un relé de disparo en caso de existir una
condición de disparo, es decir que lleva al disparo.
Un dispositivo de protección contra corrientes
de defecto de este tipo conocida por ejemplo por el documento DE 3
543 985 A1 sirve para garantizar la protección frente a una
corriente de choque peligrosa en una instalación eléctrica. Una de
este tipo aparece por ejemplo cuando una persona toca una parte
conductora de tensión de una instalación eléctrica. La corriente de
defecto (o también corriente residual) fluye entonces a través de la
persona como corriente de choque a tierra. El dispositivo de
protección utilizado para la protección frente a corrientes
corporales peligrosas separa de manera segura y rápida en caso de
superar la denominada corriente de defecto de disparo el circuito de
corriente afectado de la red.
La construcción de dispositivos de protección
contra corrientes de defecto conocidos se conoce por ejemplo de la
revista "etz" (1986), cuaderno 20, páginas 938 a 945. Ahí se
representan en los dibujos 1 a 3 los cuadros básicos de conexiones y
principios de funcionamiento de un conmutador de protección contra
corrientes de defecto (conmutador de protección FI) independiente de
la tensión de alimentación y de un conmutador de protección contra
corrientes residuales (conmutador de protección DI) dependiente de
la tensión de alimentación. El conmutador FI y el DI se construyen
de forma similar de tres unidades estructurales. En el arrollamiento
secundario de un transformador de corriente total, a través de cuyo
núcleo de transformador se conducen todos los conductores que
conducen corriente de una red de conductores, se induce en el caso
de una corriente de defecto una señal de tensión, que regula un relé
de disparo unido al arrollamiento secundario mediante un sistema
electrónico de circuito de disparo o montaje de disparo.
Posteriormente el relé de disparo acciona un mecanismo de
conmutación, mediante el cual se separan los conductores de la red
de conductores. A este respecto el montaje de disparo del conmutador
de protección FI está acoplado exclusivamente de manera inductiva a
través del transformador de corriente total a la red de conductores.
Con ello extrae la energía necesaria para el disparo
independientemente de la tensión de alimentación de la propia
corriente de defecto. Por el contrario en el caso del conmutador DI
el disparo se lleva a cabo en función de la tensión de alimentación
por medio de un circuito amplificador, unido de manera galvánica
con la red de conductores.
La corriente de defecto de disparo se define en
la norma DIN VDE 0664 parte 10 (= traducción alemana de la
especificación EN 61008). Es el valor de la corriente de defecto,
que lleva al disparo de un conmutador de protección FI o DI en
condiciones fijadas. La corriente de defecto de disparo corresponde
en este caso a de 0,5 a 1 veces la corriente de defecto de
dimensionamiento, que es una medida para la sensibilidad a el
disparo del conmutador de protección FI o DI. Así la corriente de
defecto de dimensionamiento puede fijarse o ajustarse por ejemplo a
10 mA o a 30 mA.
Además el comportamiento de disparo del
conmutador de protección se adapta habitualmente también a una
frecuencia determinada, por ejemplo a 50 Hz, o a un intervalo de
frecuencias determinado, por ejemplo a de 50 Hz a 400 Hz. A pesar de
esta adaptación estos dispositivos de protección pueden aún también
a frecuencias superiores proporcionar una protección personal,
siempre que la corriente de defecto de disparo se encuentre por
debajo de la curva límite predeterminada para fibrilaciones
ventriculares según la especificación IEC 479. De manera
correspondiente a esta curva límite la corriente de defecto de
disparo puede aumentar a 1 kHz hasta aproximadamente 420 mA, para
proporcionar aún una protección personal.
Para garantizar adicionalmente también una
protección frente a incendios en un dispositivo de protección de
este tipo, para evitar un incendio no debe superarse una potencia
eléctrica de como máximo 100 W independientemente de la frecuencia.
En caso de tomar como base una tensión entre un conductor externo y
tierra de 230 V, se produce una corriente de defecto de como máximo
430 mA, que no debe superarse para evitar un incendio. En el caso de
otras tensiones de alimentación se producen otros valores límite
correspondientes para la corriente de defecto.
Sin embargo, en los dispositivos de protección
hasta el momento es problemático, especialmente en dispositivos de
protección FI, que su corriente de defecto de disparo aumenta
continuamente con una frecuencia creciente y en caso de altas
frecuencias, especialmente en el intervalo de los kilohercios,
supera el valor máximo representativo para la protección contra
incendios de en este ejemplo 430 mA. En casos de aplicación en
instalaciones eléctricas, en las que se utilizan convertidores de
frecuencia y aparatos con suministros de corriente cíclicos, pueden
aparecer además en caso de fallo también corrientes de defecto con
frecuencias de corriente de defecto de hasta aproximadamente 20 kH
con la consecuencia de que la corriente de defecto de disparo del
dispositivo de protección o del conmutador de protección aumenta
sobre el valor límite de la manera descrita y ya no se garantiza una
protección contra incendios en todos los casos. Por la cantidad
considerablemente creciente de equipos que en caso de fallo pueden
generar tales corrientes de defecto con una frecuencia superior,
este problema adquiere cada vez más importancia.
Por tanto la invención se basa en el objetivo de
perfeccionar un dispositivo de protección contra corrientes de
defecto o un conmutador de protección FI de tal modo que garantice
una prevención de incendios y se garantice una protección personal
fiable.
Este objetivo se resuelve según la invención
mediante las características de la reivindicación 1. Para ello el
núcleo de transformador formado de material nanocristalino o amorfo
del transformador de corriente total se configura por un lado para
generar corrientes de defecto de baja y alta frecuencia. Además en
el extremo de entrada se conecta en paralelo un módulo RC. Este
módulo RC permite en este caso una protección contra incendios,
porque para ello se configura de manera que limita la corriente de
defecto de disparo especialmente fuera de una curva límite más
exacta para la protección (G1) personal a una corriente límite, que
se obtiene como cociente a partir del límite de potencia en W
requerido para la protección contra incendios dividido entre la
tensión de alimentación en N prevista. Además el núcleo de
transformador puede configurarse para ello de forma que detecte
corrientes de defecto alternas y/o pulsadas según el tipo A o el
tipo AC de la especificación EN 61008. En este caso puede
configurarse tanto para la detección de corrientes de defecto de
baja frecuencia, especialmente por debajo de 1 kHz, como también de
corrientes de defecto de alta frecuencia, especialmente a partir de
desde 1 kHz hasta por ejemplo 20 kHz.
Las corrientes de defecto de alta frecuencia de
por ejemplo varios kilohercios se detectan especialmente por un
transformador de corriente total, cuyo núcleo de transformador está
formado de material nanocristalino o amorfo. El empleo de un
material de núcleo nanocristalino con este fin se conoce en sí por
ejemplo por el documento DE 197 02 371 A1. Un material de este tipo
es una aleación magnética suave rápidamente solidificada con la
ventaja de una resistencia eléctrica de dos a tres veces superior
con respecto a materiales magnéticos suaves cristalinos. En relación
a espesores de banda reducidos condicionados por la producción de
convencionalmente 20 \mum se reducen claramente las pérdidas por
corrientes parásitas, de modo que este material amorfo o
nanocristalino es especialmente ventajoso para el intervalo de altas
frecuencias.
En este caso la invención parte de la
consideración de que en un dispositivo de protección contra
corrientes de defecto de este tipo se garantiza también en un
intervalo de frecuencias grande de por ejemplo 50 Hz a 20 kHz tanto
una protección contra incendios, cuando la corriente de defecto de
disparo se encuentra por ejemplo por debajo de los 430 mA a 100 W y
230 V, como también al mismo tiempo se proporciona una protección
personal, cuando la corriente de defecto de disparo siempre se
encuentra por debajo de la curva límite para fibrilaciones
ventriculares según la IEC 479. A una frecuencia de 1 kHz la curva
límite para fibrilaciones ventriculares alcanza el valor de 420 mA y
con ello prácticamente el valor límite para la protección contra
incendios.
Esto se consigue de una manera especialmente más
sencilla y fiable cuando se calcula la capacitancia del condensador
del módulo RC conectado en paralelo a la entrada del montaje de
disparo de tal manera que corrientes de defecto alternas con una
frecuencia creciente generan precisamente tales corrientes de
defecto de disparo crecientes con una pendiente, que aún se
encuentran con una distancia de seguridad suficiente por debajo de
la curva límite para fibrilaciones ventriculares.
Además el valor de la resistencia del módulo RC
se calcula de tal manera que esta resistencia limita la corriente de
defecto de disparo a altas frecuencias de hasta aproximadamente 20
kHz a un valor determinado. Esta resistencia representa entonces
concretamente una carga aparente definida, independiente de la
frecuencia, mientras que al mismo tiempo la resistencia capacitiva
del condensador se acerca a cero. Por tanto la resistencia se
selecciona preferiblemente de tal manera que también a frecuencias
superiores no se supere la corriente máxima de defecto de disparo
representativa para la protección contra incendios, de por ejemplo
430 mA a 100 W/230 V.
Las ventajas conseguidas con la invención
consisten especialmente en que mediante la utilización de un
material nanocristalino o amorfo para el núcleo del transformador de
corriente total con una conexión simultánea de un módulo RC en
paralelo a la entrada del montaje de disparo del circuito de disparo
con sólo un único sistema de detección de corrientes de defecto y
con sólo un único arrollamiento secundario se garantiza una
protección personal y al mismo tiempo una protección contra
incendios fiable también a frecuencias de corrientes de defecto por
encima de 1 kHz.
A continuación se explica más detalladamente un
ejemplo de realización de la invención mediante un dibujo. En éste
muestran:
la figura 1, esquemáticamente un dispositivo de
protección contra corrientes de defecto con un circuito de disparo
que presenta un módulo RC entre un transformador de corriente total
y un montaje de disparo, y
la figura 2, en un diagrama de
frecuencias/co-
rrientes de defecto de disparo trazado de manera logarítmica, una curva límite para fibrilaciones ventriculares según la IEC 479 y una curva límite para la prevención de incendios así como la curva de corrientes de defecto de disparo del dispositivo de protección según la figura 1.
rrientes de defecto de disparo trazado de manera logarítmica, una curva límite para fibrilaciones ventriculares según la IEC 479 y una curva límite para la prevención de incendios así como la curva de corrientes de defecto de disparo del dispositivo de protección según la figura 1.
El dispositivo 1 de protección FI representado
en la figura 1 comprende un transformador 2 de corriente total con
un núcleo 3 de transformador compuesto de material nanocristalino o
amorfo, a través del que se conducen las tres fases L_{i}, con i =
1, 2, 3, así como el conductor N neutro de una red LN de 4
conductores. A este respecto el conmutador 1 FI se conecta aguas
arriba de un consumidor eléctrico (no mostrado), que se suministra
desde la red LN de conductores con corriente. El núcleo 3 de
transformador está provisto además de un arrollamiento N1 primario y
de un arrollamiento N2 secundario, unido en un circuito 4 de disparo
con un montaje 5 de disparo. El dispositivo de protección FI se
configura por ejemplo para una corriente de defecto de
dimensionamiento de 30 mA.
En un funcionamiento libre de interferencias de
la red LN de conductores y del consumidor la suma vectorial de las
corrientes que fluyen a través del núcleo 3 de transformador siempre
es cero. Una interferencia aparece cuando por ejemplo, debido a un
fallo de aislamiento, una parte de la corriente alimentada se
conduce en el extremo del consumidor a tierra como la denominada
corriente I_{f} de defecto o residual. En este caso la suma
vectorial de las corrientes que fluyen a través del núcleo 3 de
transformador da lugar a un valor diferente de cero. Esta corriente
I_{f} residual o (corriente de defecto) induce en el arrollamiento
N2 secundario una señal U_{e} de tensión que sirve como medida
para la corriente I_{f} (de defecto), que se alimenta al montaje 5
de disparo en el extremo de entrada. Éste transforma la tensión
U_{e} de entrada en una tensión U_{a} de salida y una corriente
I_{a} correspondiente, conducida a través del relé 6 de
disparo.
En caso de que la corriente de defecto I_{f}
supere un valor teórico ajustado en el montaje 5 de disparo y/o en
el relé 6 de disparo, así se dispara el relé 6 de disparo unido con
el montaje 5 de disparo, cuya bobina de relé se realiza por ejemplo
como bobina de retención. Con ello un mecanismo 7 de conmutación
acoplado con el relé 6 de disparo abre los contactos de conmutación
de un conmutador 8, que actúa sobre todos los conductores L_{i}, N
de la red LN de conductores.
El montaje 5 de disparo se configura en este
caso o bien sólo para la detección de corrientes de defecto alternas
sinusoidales conforme al tipo AC según la EN 61008 o bien se
dimensiona de tal manera, que se cumplen las condiciones de disparo
según el tipo A de la norma EN 61008 para conmutadores de protección
sensibles a la corriente pulsada. Para cumplir una estabilidad
elevada a la sobrecorriente y una estabilidad elevada al disparo
erróneo en el caso de corrientes de defecto pulsadas transitorias,
es decir no periódicas, en el intervalo de frecuencias superior se
retarda preferiblemente el montaje 5 de disparo en una duración
corta de una manera no representada con más detalle.
Un módulo RC conectado en paralelo al montaje 5
de disparo en el extremo de entrada se forma preferiblemente por una
conexión en serie de una resistencia R y un condensador C. Con ello
el módulo RC también se conecta en paralelo al arrollamiento N2
secundario del transformador 2 de corriente total. El módulo RC se
adapta de tal manera que la corriente I_{a} de defecto de disparo
con una frecuencia f creciente de la corriente I_{f} de defecto
sinusoidal sólo aumenta con una pendiente de tal modo que la
corriente I_{A} de defecto de disparo aún se encuentra con una
distancia de seguridad suficiente por debajo de la curva G1 límite
representada en la figura 2 para fibrilaciones ventriculares según
la norma IEC 479. En este caso cuanto mayor sea la capacitancia del
condensador C, tanto con mayor pendiente aumenta la corriente
I_{A} de defecto de disparo con la frecuencia f de corriente de
defecto.
Un desarrollo de la corriente de defecto de
disparo que aumenta con una frecuencia f de corriente de defecto
creciente de este tipo es especialmente ventajoso porque entonces el
dispositivo 1 de protección FI en caso de aparecer corrientes
I_{f} de defecto en el intervalo de frecuencias superior, tal y
como pueden aparecer en la red LN de conductores en determinados
equipos o partes de instalaciones, es especialmente insensible. Para
que además a frecuencias f de corrientes de defecto superiores la
corriente I_{A} de defecto de disparo no supere el valor
representativo máximo para la protección contra incendios, por
ejemplo de 430 mA a 100 W/230 V, según la curva G2 límite conforme a
la figura 2, la resistencia R se conecta en serie con la
capacitancia C. La resistencia R limita en este caso el aumento de
la corriente I_{A} de defecto de disparo a un valor determinado,
concretamente a un valor por debajo de la curva G2 límite (en este
caso por debajo de 430 mA), debido a que a altas frecuencias f de
corrientes de defecto la resistencia R representa una carga aparente
definida, independiente de la frecuencia para el transformador 2 de
corriente total, mientras que la resistencia capacitiva del
condensador se acerca a cero.
A este respecto para poder ajustar el desarrollo
I_{A}(f) de la corriente de defecto de disparo con el
módulo R, C RC de manera definida y con ello no influir
negativamente en la respuesta de frecuencia, el montaje 5 de disparo
no debería presentar en el extremo de entrada capacitancias que se
encuentren en paralelo.
El dispositivo de protección representado y
descrito puede utilizarse también en un montaje 5 de disparo que
funcione con una derivación central del arrollamiento N2 secundario.
El objetivo de mantener la corriente I_{A} de defecto de disparo
por un lado al menos hasta una frecuencia f de corriente de defecto
de 1 kHz por debajo de la curva G1 límite para fibrilaciones
ventriculares conforme a la norma IEC 479 y por otro lado al mismo
tiempo a partir de 1 kHz por debajo de la curva G2 límite para una
prevención de incendios (430 mA a 230 V), se consigue mediante la
conexión en serie del módulo RC en paralelo a la entrada del montaje
5 de disparo con sólo un sistema de detección de corrientes de
defecto y con sólo un arrollamiento N2 secundario de una manera
sencilla desde el punto de vista de la técnica de producción y
configuración.
Claims (2)
1. Dispositivo (1) de protección contra
corrientes de defecto con un transformador (2) de corriente total
así como con un montaje (5) de disparo en un circuito (4) de disparo
y un relé (6) de disparo para el accionamiento de un mecanismo (7)
de conmutación que conmuta una red (LN) de conductores, estando
formado el núcleo (3) de transformador del transformador (2) de
corriente total para la detección de corrientes (I_{f}) de defecto
de baja y alta frecuencia de un material nanocristalino o amorfo,
caracterizado porque un módulo RC (R, C) formado por una
conexión en serie de una resistencia (R) y un condensador (C) está
conectado en paralelo en el extremo de entrada al montaje (5) de
disparo unido a un único arrollamiento (N2) secundario del
transformador (2) de corriente total, porque la capacitancia del
condensador (C) está dimensionada de tal manera que la corriente
(I_{A}) de defecto de disparo se encuentra al menos hasta una
frecuencia (f) de corrientes de defecto de 1 kHz por debajo de una
curva (G1) límite predeterminada para fibrilaciones ventriculares
según la especificación IEC 479, y porque el valor de la resistencia
(R) está dimensionado de tal manera que la corriente (I_{A}) de
defecto de disparo se encuentra también a altas frecuencias (f) de
corrientes de defecto de hasta aproximadamente 20 kHz por debajo de
una curva (G2) permitida para la prevención incendios.
2. Dispositivo de protección contra corrientes
de defecto conforme a la reivindicación 1, caracterizado
porque el núcleo (3) del transformador está configurado para
detectar corrientes (I_{f}) de defecto alternas y/o pulsadas según
el tipo A o tipo AC de la especificación EN 61008.
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