ES2291006T3 - Dispositivo de proteccion contra la sobrecarga termica de una instalacion de conmutacion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de protección para un sistema de conmutación frente a sobrecargas térmicas en una cámara de fusibles. El mecanismo protector o de seguridad protege frente a sobrecarga térmica de la cámara de fusible (1) de un sistema conmutador con un transformador de línea de salida (15). En la cámara de fusible se dispone un fusible de alta tensión, alta potencia (11), con un activador (16-18) para conmutar un conmutador de transformador (10). El fusible de alta tensión (11) está dotado de un disparador de forma que al final cuando se sobrepase un valor de consumo de potencia permisible de la cámara de fusible, abra el conmutador de transformador (10) por medio de su tensión de liberación.

Description

Dispositivo de protección contra la sobrecarga térmica de una instalación de conmutación.

La invención se refiere a un dispositivo de protección contra la sobrecarga térmica de la cámara de fusibles de una instalación de conmutación con transformador conectado a continuación, por ejemplo para la alimentación de un campo de baja tensión, en la que en la cámara de fusibles están dispuestos un fusible de alta potencia de alta tensión y una instalación de activación para la conmutación de un conmutador de transformador.

El problema principal de un fusible de alta potencia de alta tensión, mencionado a continuación como fusible HH, consiste en llevar a fusión el conductor fusible en el caso de una corriente de cortocircuito en el transformador, para que el transformador esté protegido contra consecuencias de máximo peligro de un cortocircuito interno, por ejemplo contra la explosión de una caldera llena de aceite con consecuencias de incendio y similares. Las estaciones de transformador con un departamento de tensión media, con un departamento de transformador y con un departamento de baja tensión están dispuestas, por ejemplo, en el caso de suministro de instalaciones residenciales en regiones habitadas y, por lo tanto, deben ser protegidas de una manera urgente y óptima.

Pero otra fuente de peligro es el recalentamiento del fusible con consecuencias de daños y se han desarrollado a tal fin fusibles con un avisador de descarga, para abrir un conmutador de transformador también en el caso de sobrecorrientes, sin que se produzca ya un cortocircuito en el transformador, a través de la activación del avisador de descarga. El conmutador de transformador solamente puede conmutar corrientes relativamente pequeñas en el orden de magnitud, por ejemplo, de hasta 400 A, mientras que el fusible HH está diseñado propiamente para corrientes grandes, por ejemplo hasta 50.000 A. Estas corrientes grandes no son dominadas por el conmutador del transformador, de manera que tales fusibles de zona parcial utilizan el conmutador de transformador para las corrientes más pequeñas mencionadas y el fusible pata las corrientes de cortocircuito. Tales fusibles HH con avisador de descarga están afectadas, sin embargo, con diferentes inconvenientes. Por ejemplo, en el caso de corrientes relativamente pequeñas, no se desconectan ya o no se desconectan con suficiente rapidez, de manera que no se pueden evitar ya un recalentamiento y una sobrecarga térmica de la cámara de fusibles de una instalación de conmutación.

La concepción de las instalaciones de fusibles conocidas se ha revelado deficiente, porque en la creación de las instalaciones de protección conocidas se parte de la consideración de que la sobrecarga térmica de la cámara de fusibles es provocada a través de corrientes de sobrecarga del transformador. En la protección térmica conocida, se utiliza el avisador de descarga para desconectar el transformador en el caso crítico. Pero bajo la corriente de desconexión mínima I_{min}, que es la corriente mínima, que puede desconectar el fusible, se funde el conductor fusible, sin que el fusible controle la desconexión. El fusible se destruye térmicamente más bien en determinadas circunstancias con corrientes por debajo de I_{min}. Sin embargo, solamente tal "sobrecorriente", que está por debajo de I_{min}, no desconectaría la corriente a través del fusible contemplado. Esta corriente aunque es reducida genera un calor muy grande y altas temperaturas en el fusible, sin que se produzca una desconexión. I_{min} es, en general, el doble o el triple de la corriente nominal del fusible.

La corriente nominal de un fusible es seleccionada con frecuencia de tal forma que reacciona al doble hasta el triple de la corriente nominal del transformador. Tales valores grandes de la corriente no pueden circular, sin embargo, permanentemente a través del transformador. La práctica con frecuencia la conducción de la red impide que el transformador lleve sobrecorrientes esenciales, por ejemplo para que no se caliente en una medida excesiva. Un valor de la corriente tal alto e inadmisible está por debajo del valor de la corriente nominal del fusible. Este último no se alcanza, por lo tanto, en la práctica, de manera que no puede ser efectiva un dispositivo de protección para esta zona de los valores de la corriente. La zona de la corriente entre la corriente nominal del fusible y la corriente mínima de desconexión I_{min} en los fusibles conocidos no tiene interés para la invención.

En cambio, a través de condiciones de funcionamiento especiales, se puede incrementar la resistencia del conductor fusible R de un fusible. Esto puede conducir a una amenaza de peligro para el fusible, también con corrientes habituales de funcionamiento del transformador, por ejemplo cuando a partir del conductor fusible principal, que se compone de varios conductores parciales, conductores fusibles que se extienden en paralelo, se destruyen conductores fusibles parciales individuales. En caso de destrucción sucesiva de conductores fusibles individuales, la cesión de la capacidad térmica P_{a} del fusible, es decir, la potencia de pérdida del fusible, puede alcanzar, con corrientes muy pequeñas, un valor crítico, que es mayor que la capacidad de absorción de potencia de la cámara de seguridad. De esta manera, se sobrecarga térmicamente la cámara del fusible.

Se conoce a partir del documento DE 36 23 424 A un dispositivo de protección similar al tipo designado al principio, en la que se desconecta una instalación de conmutación eléctrica, entre otras cosas, con transformador integrado y en la que está previsto un fusible de alta potencia de alta tensión. En el caso conocido, se mide en cada fusible la tensión sobre el conductor fusible, se compara el valor medido en un circuito eléctrico con un valor umbral y en el caso de que se exceda se activan elementos mecánicos, especialmente a través de la conexión de electroimanes. Para la desconexión de la instalación de conmutación eléctrica se prevén en esta instalación un amplificador para cada señal de medición, un aparato de medición diferencial conectado a continuación así como una fase de potencia de salida. Las señales de medición para la desconexión se procesan en un circuito eléctrico de alta impedancia siguiente, en el que cada señal de medición es amplificada y es alimentada a un elemento-O. La salida de la señal de desconexión se lleva a cabo en virtud de las señales de medición, que son procesadas en otro circuito, totalmente separado del fusible.

Aparte de este circuito y su descripción, son adecuados en el presente caso porta-fusibles convencionales para las capacidades de acoplamiento, a través de las cuales se desacoplan los valores de medición. Una forma de realización describe la activación mecánica convencional de conmutadores de carga, que se puede mantener al menos en parte. En el caso de activación, un pasador que se proyecta desde el fusible impulsa una varilla que provoca de nuevo la apertura del conmutador de carga. Este caso de activación se puede considerar separado del circuito de medición externo conocido, que está conectado a continuación del condensador de acoplamiento respectivo a distancia del fusible. Con un circuito de medición externo no se puede conseguir un modo de construcción compacto de un dispositivo de protección.

El documento DE 19 20 825 describe un fusible de alta potencia de alta tensión, cuyo objetivo es hacer reaccionar dicho dispositivo para la activación de un conmutador de carga, que se encuentra fuera del fusible. Esto debe realizarse antes de que el calentamiento de la carcasa de fusibles alcance un grado, que pone en peligro su estado intacto. El conmutador de carga o conmutador de potencia se encuentra en este caso en el circuito de corriente del fusible. A través de una cámara de fusibles y su sobrecarga térmica no se proporcionan manifestaciones, sino solamente a través del fusible propiamente dicho. Tampoco se obtienen indicaciones a través de un circuito en paralelo de conductor de fusible principal y conductor de fusible auxiliar.

Por lo tanto, el problema de la invención es crear un dispositivo de protección del tipo mencionado al principio con estructura compacta, con cuya ayuda se realiza una desconexión del transformador también con corrientes considerablemente menores que las posibles hasta ahora, con preferencia por debajo de la corriente nominal del fusible HH, especialmente cuanto este último es defectuoso.

El problema se soluciona de acuerdo con la invención porque el fusible HH presenta al menos un conductor fusible principal y al menos un conductor fusible auxiliar conectado en paralelo con el mismo y está configurado con una instalación de activación, de tal forma que esta última abre el conmutador del transformador, que presenta una liberación, lo más tarde en el caso de que se exceda un valor admisible de absorción de potencia de la cámara de fusibles a través de su tensión de activación. A través de esta medida se puede realizar la apertura del conmutador del transformador de una manera independiente de la corriente de funcionamiento, también con corriente de funcionamiento pequeña, es decir, en el caso extremo incluso por debajo del valor de la corriente nominal del transformador. La activación se lleva a cabo, en efecto, siempre antes y lo más tarde en el caso de que se exceda el valor de admisión de potencia admisible predeterminado de la cámara de seguridad. En oposición a las soluciones conocidas, en las que se parte de un recalentamiento a través de corrientes de sobrecarga del transformador, la activación se lleva a cabo de acuerdo con la invención, por ejemplo, también con valores muy por debajo de la corriente nominal del fusible I_{Nenn}. En el caso de potencias térmicas considerables a través de corrientes muy pequeñas por debajo del valor de la corriente nominal del fusible, que pueden aparecer cuando conductores fusibles individuales del fusible están defectuosos, hay que contar con una destrucción de la cámara de fusibles, y el dispositivo de protección nuevo de acuerdo con la invención impide precisamente la sobrecarga térmica de la cámara de fusibles.

El valor de cesión de la potencia del inserto de fusible se preajusta a un valor máximo admisible por debajo del valor de absorción de la potencia de la cámara de fusibles y no puede excederse. Cuando, por ejemplo, se lleva a cabo en el interior desde un conductor fusible atravesado por la corriente una cesión de potencia demasiado grande, entonces se calienta la cámara de fusibles y se puede sobrecargar térmicamente en el caso de que se exceda el valor admisible de absorción de la potencia.

A través de la conexión en paralelo de conductores fusibles principal y auxiliar se puede recurrir a propuestas ya indicadas parcialmente en la literatura para dispositivos de clavijas de descarga, que reaccionan a la fusión, por ejemplo de un conductor fusible auxiliar.

Estas actuaciones ventajosas se pueden conseguir también por un dispositivo de protección de estructura compacta, porque la instalación de activación es parte del fusible HH y no se necesita fuera de la instalación ningún circuito de procesamiento especial.

Por lo tanto, es ventajoso que la tensión de activación se alcance lo más tarde cuando se excede un valor admisible de cesión de la potencia del fusible. El valor máximo de cesión de la potencia se alcanza cuando se excede la capacidad de absorción de potencia de la cámara de fusibles. Mientras la cesión de potencia del fusible no excede la capacidad de absorción de potencia máxima de la cámara de fusibles, no existe ningún peligro para la instalación de conmutación. La capacidad de absorción de potencia máxima se indica por el fabricante respectivo de la instalación de conmutación.

Debido a las cargas de corriente en forma de impulsos a través de corrientes de entrada p corrientes de rayo se interrumpen algunos o varios de los conductores fusibles parciales conectados en paralelo, ya mencionados anteriormente. De esta manera, se incremente la cesión de potencia térmica del fusible y se puede exceder, incluso a la corriente nominal del transformador, el valor admisible de absorción de potencia de la cámara de fusibles. En combinación con un conmutador del transformador con liberación, el dispositivo de protección de acuerdo con la invención impide de una manera sorprendente una sobrecarga térmica posible de la cámara de fusibles.

La medida según la invención se utilizar el valor de cesión de la potencia como criterio de activación, permite una medición más sencilla. La cesión de potencia o bien la cesión de potencia térmica P_{a} del fusible no puede exceder, en efecto, el valor admisible de absorción de potencia de la cámara de fusibles.

Es ventajoso que, de acuerdo con la invención, el valor de cesión de la potencia esté entre 60 W y 90 W; siendo especialmente ventajoso que el valor de cesión de la potencia sea aproximadamente = 75 W. Por lo tanto, debería aplicarse

Pa \leq 75 W.

A través del dispositivo de protección de acuerdo con la invención se supervisa la cesión de potencia del fusible. En este caso es ventajoso que el dispositivo de protección se active con relación a la tensión y, por lo tanto, con relación a la potencia.

U_{a} = R \ x \ I_{b}

U \ x \ I_{b} = Pa \leq 75 W.

La tensión de activación U_{a} del sistema con el dispositivo de protección de acuerdo con la invención está dimensionada de tal forma que el producto de la tensión de activación U_{a} y la corriente de funcionamiento I_{b}, con resistencia de fundición creciente R, no excede el valor de 75 W, por ejemplo. A través del dispositivo de protección de acuerdo con la invención no sólo se supervisa la cesión de la potencia del fusible, sino también el conmutador del transformador, antes de que se exceda el valor admisible de la cesión de potencia o bien lo más tarde cuando se excede este valor o el valor de absorción de potencia de la cámara de fusibles. En oposición a una solución conocida, le protección funciona de una manera independiente de la corriente nominal del fusible o solamente en función de la cesión de la potencia del fusible. El dispositivo de protección se puede diseñar, por lo tanto, para valores admisibles de la absorción de potencia habituales de cámaras de fusibles en instalaciones de conmutación aisladas de SF_{6}.

Además, de una manera conveniente la invención está configurada de tal forma que el fusible HH está dispuesto con su instalación de activación en una carcasa de resina fundida dentro de una cámara de SF_{6} como cámara de fusibles. A través del gas aislante de hexafluoruro de azufre se obtienen propiedades de aislamiento excelentes, se pueden reducir las distancias entre los componentes y, por lo tanto, se puede constituir también una instalación de conmutación encapsulada muy compacta. En tales instalaciones se insertan los fusibles en cámaras estrechas, que limitan, por una parte, en gran medida la derivación de calor desde el fusible y, por otra parte, solamente tienen por sí mismas una capacidad limitada de absorción de calor. Con una asociación correcta del dispositivo de protección según la invención a los transformadores no existe ningún peligro de sobrecarga térmica para las cámaras de fusibles, con tal que los fusibles estén en orden. En el caso de daño de los mismos o de destrucción parcial se alcanza o se excede en circunstancias especiales el valor de cesión de la potencia del fusible, o entonces la instalación de activación abre el conmutador del transformador.

En este caso es ventajoso que, según la invención, la instalación de activación esté configurada como dispositivo de clavija de descarga. La fórmula anterior del producto de la tensión de activación U_{B} y la corriente de funcionamiento I_{b} se aplica de la misma manera.

Otras ventajas del dispositivo de protección de acuerdo con la invención son, además de la posibilidad de supervisión de la cesión de potencia térmica del fusible, por ejemplo la ausencia de envejecimiento y la funcionalidad de una manera independiente de la posición de montaje del fusible. De una manera muy sencilla, el dispositivo de protección nuevo se basa en la Ley de Ohm.

Si se emplea la nueva instalación de acuerdo con la invención en una instalación de conmutación con departamentos encapsulados, por ejemplo en una carcasa de transformador con una instalación de conmutación de tensión meda, entonces se pueden impedir con ventaja los datos temidos en el caso de destrucción de instalaciones de conmutación de SF_{6}. De esta manera, se pueden emplear instalaciones de conmutación también en regiones habitadas y se pueden accionar allí sin peligro. Puesto que el dispositivo de protección según la invención trabaja perfectamente también con tensiones de activación bajas, para el sistema de clavija de descarga, se puede prever todavía una protección buena y segura hasta corrientes de funcionamiento grandes.

Otras ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente invención se deducen a partir de la siguiente descripción de un ejemplo de realización preferido en combinación los dibujos adjuntos. En éstos:

La figura 1 muestra de forma esquemática la cámara de fusibles de una instalación de conmutación de SF6 con una línea de cable anular.

La figura 2 muestra un fragmento del dispositivo de protección en el campo de salida del transformador de la cámara de fusibles con transformador conectado a continuación, y

La figura 3 muestra la representación esquemática de un fusible con un conductor fusible principal y con un conductor fusible auxiliar conectado en paralelo al mismo con alambre de retención y clavija de descarga.

En una instalación de conmutación de tensión media 23, la figura 1 muestra la cámara de fusibles 1 de forma esquemática a través de una línea de puntos y trazos. Aquí se trata especialmente de una instalación de conmutación aislada de SF_{6}. Toda la instalación de conmutación 23 está dividida en un campo inferior de cables 2, un campo superior de cable 3 y el campo del transformador 4 que se encuentra en el centro. Desde la barra colectora 5, que pasa a través de todos los tres campos 2, 3, 4, el conmutador superior de cables 6 del campo de campos 3 conduce hacia una salida de cable anular 7, mientras que el conmutador de cables 8 en el campo inferior de cables 2 conduce hacia una salida de cable anular 9. También el conmutador de cable o conmutador de transformador 10, dispuesto en el campo del transformador 4 que se encuentra en el centro crea una salida desde la barra colectora 5, cuando está conectada, pero a través del fusible de alta potencia de alta tensión designado con 11. Éste está conectado con la salida del transformador 14 hacia el transformador 15.

El transformador 15 se representa ampliado y claramente marcado en la figura 2 junto con la salida del transformador 14 y el fusible HH 11. La línea de trazos 16, que se conecta en el fusible HH 11, ilustra la instalación de clavija de descarga en el fusible HH. El conmutador del transformador 10 se muestra con liberación.

En la figura 3 se representa ampliado el fusible de alta potencia de alta tensión 11. Se reconoce la clavija de descarga 16, que es retenida por un alambre de retención 17 contra la fuerza de un muelle de compresión 18. Hacia el contacto del fusible 19 en el lado de la clavija de descarga fluye la corriente desde el contacto del fusible opuesto 20, por una parte, a través del conductor fusible principal 21 y, por otra parte, través del conductor fusible auxiliar 22 conectado en paralelo con el mismo. De una manera conocida en sí, la corriente que fluye a través del conmutador fusible auxiliar 22 circula también a través del alambre de retención 17, que se rompe después de la fusión y activa la clavija de descarga 16 para la apertura del conmutador del transformador 10.

El dispositivo de protección representado en los dibujos proporciona una protección de la cámara de fusibles 1 también contra sobrecarga térmica, cuando uno u otro (o varios) de los conductores fusibles parciales del conductor fusible principal 21 están fundidos y de esta manera se eleva de forma no deseable la resistencia del fusible HH 11. Si un fusible de 20 kV-40A tiene, por ejemplo, tres conductores fusibles parciales, dos de los cuales están defectuosos, entonces la cesión de potencia del fusible P_{a} excede el valor umbral predeterminado de 75 W con la consecuencia de que se activa la clavija de descarga 16 y abre el conmutador del transformador con liberación 10. También con una corriente, que está por debajo de la corriente nominal del fusible, se puede realizar de esta manera una activación y se puede evitar de este modo la sobrecarga térmica de la cámara de fusibles 1.

Lista de signos de referencia

1

Cámara de fusibles

2

Campo inferior de cables

3

Campo superior de cables

4

Campo del transformador

5

Barra colectora

6

Conmutador de cables del campo de cables 3

7

Salida del cable anular

8

Conmutador de cable 8

9

Salida del cable anular 9

10

Conmutador del transformador

11

Fusible HH

12

13

14

Salida del transformador

15

Transformador

16

Clavija de descarga

17

Alambre de retención

18

Muelle de compresión

19

Contacto de fusible

20

Contacto de fusible

21

Conductor fusible principal

22

Conductor fusible auxiliar

23

Instalación de conmutación de tensión media

Claims (6)

1. Dispositivo de protección contra la sobrecarga térmica de la cámara de fusibles (1) de una instalación de conmutación con transformador (15) conectado a continuación, por ejemplo para la alimentación de un campo de baja tensión, en el que en la cámara de fusibles (1) están dispuestos un fusible de alta potencia de alta tensión (11) y una instalación de activación (16-18) para la conmutación de un conmutador de transformador (10), caracterizado porque el fusible HH (11) presenta al menos un conductor fusible principal (21) y al menos un conductor fusible auxiliar (22) conectado en paralelo con el mismo, y está configurado con la instalación de activación (16-18) de tal manera que esta última abre, lo más tarde cuando se excede un valor admisible de absorción de potencia de la cámara de fusibles (1) por encima de su tensión de activación (U_{a}), el conmutado del transformador (10) que presenta una liberación.

2. Dispositivo de protección de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión de activación (U_{a}) se alcanza lo más tarde cuando se excede un valor admisión de cesión de la potencia (P_{a}) del fusible (11).

3. Dispositivo de protección de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el valor de cesión de la potencia (P_{a}) esté en el intervalo entre 60 W y 90 W.

4. Dispositivo de protección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el valor de cesión de la potencia (P_{a}) es aproximadamente igual a 75 W.

5. Dispositivo de protección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el fusible HH (11) está dispuesto con su instalación de activación (16-18) en una carcasa de resina fundida dentro de una cámara de SF_{6} como cámara de fusibles (1).

6. Dispositivo de protección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la instalación de activación (16-18) está configurada como dispositivo de clavija de descarga.