ES2338373T3 - Modulo de control para un interruptor electrico de proteccion, procedimiento para su operacion y sistema electrico de proteccion. - Google Patents
Modulo de control para un interruptor electrico de proteccion, procedimiento para su operacion y sistema electrico de proteccion. Download PDFInfo
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Abstract
Módulo de control (20) con función de interrupción para un interruptor eléctrico de protección (10) que puede conectarse externamente, que presenta: - una entrada de tensión (28) para una tensión de control (U), - una salida (32a) que conduce la tensión de control (U), a la que puede conectarse un interruptor de circuito (22), - una entrada (32b) a la que puede conectarse el interruptor de circuito (22) para un retorno de la tensión de control (U), - una conexión (36) unida con la entrada (32b) para el interruptor de protección (10), y - una unidad de medida (46) para medir la intensidad (I1,2) y/o la tensión (U1,2) a la entrada (32b) y a la salida (32a), caracterizado porque - entre la entrada (32b) y la conexión (36) está conectado un interruptor de control (40) para el interruptor de protección (10).
Description
Módulo de control para un interruptor eléctrico
de protección, procedimiento para su operación y sistema eléctrico
de protección.
La invención se refiere a un módulo de control
con función de interrupción para un interruptor eléctrico de
protección, un procedimiento para operar un tal módulo de control y
un interruptor eléctrico de protección.
Los consumidores eléctricos de la s clases de
potencias superiores, por ejemplo motores eléctricos en
accionamientos eléctricos de la técnica de fabricación industrial,
por lo general no se conectan por sus conexiones directamente a una
red de tensión, sino que se unen con la misma a través de un
interruptor eléctrico de protección. Así se conectan por ejemplo
los antes citados motores eléctricos mediante los llamados
contactores como interruptores de protección a una red de corriente
trifásica de 380 V. Para una separación rápida y segura del
consumidor completo de la red de tensión, se abre entonces el
interruptor de protección.
El interruptor de protección funciona por lo
general con una tensión de control de 24 V, es decir, se cierra
mediante aplicación de la tensión de control de 24 V, para conectar
el consumidor eléctrico a la red. Por diversas razones, por ejemplo
aspectos técnicos de seguridad, dispone un tal interruptor de
protección de un interruptor de circuito, por ejemplo en forma de
un pulsador de desconexión en emergencia o de un interruptor de
final de carrera. En el caso de una emergencia o de una falta del
consumidor, se activa el interruptor de circuito, el mismo
interrumpe la tensión de control hacia el interruptor de protección,
éste abre y separa así con seguridad el consumidor eléctrico de la
red de tensión. El interruptor de protección junto con el
interruptor de circuito forma un sistema eléctrico de protección
para el consumidor eléctrico.
Actualmente hay múltiples soluciones distintas
para sistemas de protección. Se conoce por ejemplo la conexión
antes del interruptor de protección de un sistema electrónico de
desconexión con entradas digitales, al que está conectado el
interruptor de circuito. El interruptor de circuito no interrumpe
entonces realmente la tensión de control del interruptor de
protección, sino que activa solamente una señal para el sistema
electrónico de desconexión, que la misma tiene que realizar
entonces. Una tal estructura tiene por ejemplo el inconveniente de
que cuando tiene lugar una falta en el sistema electrónico de
desconexión, pese a que el interruptor de circuito ha disparado, el
interruptor de protección no se abre.
Por lo tanto, por lo general está conectado en
otras variantes de sistemas de protección el interruptor de
circuito como primera etapa en la línea de acometida de la tensión
de control. Mediante el disparo del interruptor de circuito se
separa con seguridad el interruptor de protección de la tensión de
control y abre. No obstante, con ello quedan sin corriente también
todos los demás componentes, por ejemplo un sistema de control de la
instalación, que igualmente es alimentado por la tensión de
control. Con ello, tras el nuevo cierre del interruptor de circuito
debe arrancarse de nuevo la instalación completa, inclusive el
sistema de control de la instalación, lo cual puede dar lugar a que
transcurra un tiempo muy largo hasta que la instalación esté de
nuevo lista para funcionar. De esta manera el sistema de control de
la instalación, que queda sin corriente, no puede realizar durante
el tiempo de parada de la instalación tampoco ninguna de las demás
funciones, sino que está completamente desconectado.
Una tal configuración origina un elevado coste
en cableado, ya que por ejemplo en una instalación grande están
distribuidos varios interruptores de circuito y la tensión de
control básicamente debe llevarse en serie a través de la
instalación por todos los interruptores de circuito, hasta que la
misma llega al sistema de control de la instalación o bien al
interruptor de protección propiamente dicho.
Además de la necesidad de un funcionamiento
intachable del interruptor de circuito en cuanto a su comportamiento
en desconexión, es deseable que el interruptor de circuito sólo
dispare efectivamente el interruptor de protección cuando así se
desee. Un funcionamiento incorrecto, es decir, una interrupción
intempestiva de la tensión de control, da lugar precisamente a una
parada indeseada de la instalación, etc.
Por el documento
US-A-5 585 607 se conoce una placa
de circuitos que puede conectarse a una pastilla de encendido de un
airbag. La placa de circuitos presenta una entrada de tensión y una
salida de tensión y ofrece una función de interrupción.
Por el documento DE 196 22 447 A1 se conoce un
sistema eléctrico de protección sin una unidad de medida para medir
la intensidad y la tensión a la entrada y a la salida.
Por el documento
EP-A-1 058 283 se conoce un sistema
de vigilancia con las características del preámbulo de la
reivindicación 1.
Es tarea de la presente invención indicar, para
un interruptor de protección con interruptor de circuito, una
configuración y un procedimiento que permita una interrupción segura
del interruptor de protección y una vigilancia de faltas para el
interruptor de circuito, siguiendo alimentados con tensión cuando ha
disparado el interruptor de circuito opcionalmente otros
componentes del sistema.
\newpage
En cuanto al dispositivo, la tarea se resuelve
mediante un módulo de control según la reivindicación 1 para un
interruptor eléctrico de protección, un sistema de protección según
la reivindicación 7 y un procedimiento según la reivindicación 8.
El módulo de control presenta una función de interrupción. El módulo
de control contiene una entrada de tensión a través de la cual el
módulo de control puede alimentarse con una tensión de control, por
ejemplo 24 V. Ésta está aplicada por lo tanto al módulo de control
continuamente. En el módulo de control se lleva la tensión de
control sin interrupción a una salida a la cual puede conectarse un
interruptor de circuito, por ejemplo mediante una línea de
acometida, El módulo de control presenta una entrada, a la que está
conectado igualmente el interruptor de circuito. En funcionamiento
aporta de retorno el interruptor de circuito por lo tanto a la
entrada la tensión de control, y cuando está disparado el
interruptor de circuito no existe en la entrada tensión de control
alguna.
En el módulo de control se lleva la entrada y
con ello la tensión de control, existente o no existente en función
del estado de conexión del interruptor de circuito, a una conexión a
la que a su vez puede conectarse el interruptor de protección. El
interruptor de protección se alimenta por lo tanto con tensión de
control solamente en el caso de que el interruptor de circuito no
esté disparado.
En el módulo de control está integrada además
una unidad de medida, que sirve para medir la intensidad y/o
tensión a la entrada y a la salida. La unidad de medida mide por lo
tanto una magnitud eléctrica en el interruptor de circuito y su
línea de acometida, de la que a continuación se habla siempre cuando
se hable del interruptor de circuito. El módulo de control
retransmite los valores de medida captados de intensidad y/o tensión
para su procesamiento a continuación a una unidad de
evaluación.
La rápida y segura desconexión del interruptor
de protección sigue estando asegurada, ya que el interruptor de
circuito interrumpe la tensión de control al interruptor de
protección o bien la tensión de control está conducida a través del
interruptor de circuito. Por lo tanto se cumplen las
correspondientes normas de seguridad (por ejemplo DIN). El módulo
de control permanece no obstante conectado a la tensión de control
incluso cuando esta disparado el interruptor de circuito. También
un sistema de control de la instalación integrado por ejemplo en el
módulo de control permanece en servicio. Se reduce así el tiempo que
transcurre hasta la disponibilidad de nuevo de una instalación, ya
que el resto del sistema de control de la instalación no se
desconecta a la vez.
Mediante la medición de intensidad y/o tensión,
que fluye por el interruptor de circuito o bien que cae en éste,
puede averiguarse un parámetro correlado con la calidad del
interruptor de circuito, por ejemplo su resistencia de paso. Los
más modernos interruptores de protección funcionan por ejemplo con
tensión de control pulsatoria. Entonces pueden también averiguarse
por ejemplo los tiempos de subida de la onda, pendiente del flanco
y similares a la entrada y a la salida de la curva característica de
intensidad/tensión para el interruptor de circuito como parámetro.
Aquí es por ejemplo también posible, para una tensión medida y
conociéndose la curva característica del interruptor de protección,
hallar la intensidad correspondiente a partir de una tabla
look-up (de consulta).
El parámetro averiguado por ejemplo cuando se
conoce el estado (novedad) del interruptor de circuito, por ejemplo
la curva característica de intensidad, puede vigilarse durante su
vida útil. Si se modifica la correspondiente característica de
intensidad y con ello el parámetro averiguado, por ejemplo cuando su
resistencia óhmica crece bruscamente, esto indica un fallo en
ciernes del interruptor de circuito. No obstante, mediante el módulo
de control correspondiente a la invención se detecta esto de manera
temprana, es decir, antes del fallo real del interruptor de
circuito y con ello de la interrupción intempestiva de la tensión de
control y con ello de la parada de la instalación. Un interruptor
de circuito correspondiente en peligro de fallo puede así
sustituirse antes de su fallo efectivo, por ejemplo durante un
mantenimiento regular o durante el tiempo de parada de la
instalación, sin otros inconvenientes. El módulo de control conoce
además, en base al interruptor de control, el estado del
interruptor de protección (conectado o desconectado) y puede así,
por ejemplo, mediante la antes citada curva característica de
intensidad, es decir, el parámetro, calcular la resistencia del
interruptor de circuito.
Las variaciones de la intensidad y la tensión
medidas o bien del correspondiente parámetro calculado en base a
las mismas, permiten deducir por ejemplo también tempranamente
calentamientos de la línea o un desgaste del contacto. También
pueden detectarse así, las líneas de conexión demasiado largas o
incorrectamente dimensionadas para el interruptor de circuito. Por
ejemplo, los calentamientos de la línea como consecuencia de un
cableado incorrecto o de un dimensionado incorrecto pueden
detectarse tempranamente y dar lugar, antes de una falta
definitiva, a la desconexión del consumidor mediante el módulo de
control. En base a la conducción de la tensión de control en el
módulo de control, puede vigilarse también en estado de disparado
del interruptor de circuito la correspondiente medición de
intensidad y/o tensión y con ello asegurarse también la
disponibilidad para el funcionamiento del sistema de
protección.
En el módulo de control puede además preverse
una unidad de evaluación, que evalúa la intensidad o bien la
tensión detectada por la unidad de medida, o al menos las
retransmite para el procesamiento a continuación.
Entre la entrada y la conexión puede además
estar integrado un interruptor de control para el interruptor de
protección en el módulo de control. También cuando no ha disparado
el interruptor de circuito puede interrumpir el interruptor de
control la retransmisión de la tensión de control desde la entrada
hasta la conexión y con ello hacia el interruptor de protección y
con ello abrir el interruptor de protección. El interruptor de
protección sirve así, contrariamente al interruptor de circuito,
para la conexión regular del interruptor de protección.
La unidad de interrupción puede, tal como se
mencionó al principio, ser un interruptor de desconexión en
emergencia o un interruptor de final de carrera. Para tales
interruptores de circuito es especialmente importante la
correspondiente vigilancia del funcionamiento.
El módulo de control puede adicionalmente
presentar una interfaz de bus hacía un sistema de control de la
instalación. Por lo general asume el sistema de control de la
instalación el control del interruptor de control, pero también por
ejemplo la evaluación de las intensidades y/o las tensiones medidas
por la unidad de medida y los correspondientes controles de
funcionamiento del interruptor de circuito. En otras palabras, la
unidad de evaluación puede entonces estar integrada en el sistema
de control de la instalación. Debido a la unión permanente del
módulo de control con la tensión de control, queda asegurada la
comunicación con el sistema de control de la instalación a través
de la interfaz de bus incluso cuando ha disparado el interruptor de
circuito.
El interruptor de protección puede ser el
interruptor de protección de un sistema de arranque de un motor. Un
llamado arrancador de motor cumple, por ejemplo además de una
función de arranque o parada suave del motor, una función de
interrupción o bien función de desconexión en emergencia.
Precisamente en motores es especialmente importante por un lado la
parada segura cuando dispara el interruptor de circuito y también la
posibilidad en el marco de la invención de minimizar su tiempo
hasta la nueva disponibilidad o de evitar su desconexión
intempestiva debido al fallo de un interruptor de circuito.
El módulo de control puede ser parte de un
sistema de protección eléctrico completo, en el que entonces están
conectados al módulo de control el interruptor eléctrico de
protección y un interruptor de circuito.
En cuanto al procedimiento, se resuelve la tarea
de la invención mediante un procedimiento para operar un módulo de
control, tal como antes se ha descrito, en el que el interruptor de
protección se alimenta durante su funcionamiento a través de la
conexión con tensión e intensidad, detectando la unidad de medida
entonces las intensidades y/o tensiones a la entrada y/o la salida,
y calculando una unidad de evaluación, a partir de las intensidades
y/o tensiones, un parámetro correlado con la calidad del interruptor
de circuito.
En su variante básica, se basa por lo tanto el
procedimiento en averiguar la corriente que fluye de retorno hacia
el interruptor de circuito o bien desde éste hacia el módulo de
control y/o la tensión a través del interruptor de circuito y a
partir de ello averiguar un parámetro relativo a la calidad del
interruptor de circuito. Éste puede por ejemplo compararse entonces
con un valor de referencia o un parámetro calculado cuando está
nuevo. Este último da lugar a una comprobación del interruptor de
circuito en cuanto a envejecimiento, desgaste o similares. Lo
primero por ejemplo para comprobar el correcto dimensionado del
interruptor de circuito y de las líneas de conexión y su
correcto
cableado.
cableado.
Otros aspectos del procedimiento correspondiente
a la invención, así como ventajosas configuraciones mejoradas, se
describieron ya extensamente en relación con el módulo de control o
bien el sistema eléctrico de protección correspondientes a la
invención, juntamente con las correspondientes ventajas.
Para una descripción adicional de la invención,
remitimos a los ejemplos de ejecución del dibujo. Se muestra en un
esquema básico:
figura 1 un sistema eléctrico de accionamiento
con sistema de protección correspondiente a la invención en un
diagrama de bloques.
La figura 1 muestra un sistema eléctrico de
accionamiento compuesto por un motor eléctrico 4 y un equipo de
control 6 que controla el mismo. El motor 4 está conectado a una red
de corriente trifásica 12 mediante una línea de conexión 8, a la
que está conectado un arrancador de motor 10. El arrancador de motor
10 como interruptor de protección contiene entonces contactores no
descritos aquí más en detalle, que pueden separar o conectar la
línea de conexión.
El equipo de control 6 incluye como módulo de
control un módulo de interfaz 20, un pulsador de desconexión en
emergencia 22 como interruptor de circuito, un sistema de control de
la instalación 24 y una fuente de alimentación 26.
El módulo de interfaz 20 presenta una entrada de
tensión de control 28, a la que está conectada la fuente de
alimentación 26 (tensión de control U, en el ejemplo 24 V). La fase
de la tensión de control U en la entrada de tensión de control 28
se conduce a través de una primera línea de fase 30a a una salida
32a. Un conductor neutro 34 igualmente conectado a la entrada de la
tensión de control 28 para la tensión de control U, conduce a una
conexión 36. Desde la salida 32a se lleva a través de una línea de
conexión 38 la fase de la tensión de control U al pulsador de
desconexión en emergencia 22 y desde allí de retorno a una entrada
32b. En función del estado de conexión del pulsador de desconexión
en emergencia 22, llega así a la entrada 32b la tensión de control
U (pulsador 22 cerrado) o bien ninguna tensión (pulsador 22
abierto). Desde la entrada 32b conduce otra línea de fase 30b a
través de un interruptor 40, que puede controlarse mecánica o
electrónicamente, a la conexión 36. La línea de fase 30b y el
conductor neutro 34 se llevan desde la conexión 36 al arrancador
del motor 10.
\newpage
Por lo tanto, cuando llega a la conexión 36 la
tensión de control U, cierra el arrancador del motor 10 y el motor
4 arranca. Cuando se oprime el pulsador de desconexión en emergencia
22 o bien abre el interruptor 40, no llega a la conexión 36 ninguna
tensión de control, el arrancador del motor 10 abre y el motor 4 se
detiene.
El módulo de interfaz 20 contiene además un
microprocesador 42, que a través de una línea de control 44 acciona
el interruptor 40. Además, existe en el módulo de interfaz 20 un
aparato de medida 46, que está conectado con la salida 32a y la
entrada 32b mediante líneas de medida 48. El aparato de medida 46
está conectado igualmente al microprocesador 42, y éste su vez está
unido con una interfaz de comunicación 50, a través de la cual el
mismo comunica con el sistema de control de instalación 24.
El aparato de medida 46 detecta las tensiones U1
y U2 de la salida 32a y de la entrada 32b respecto al conductor
neutro 34 y/o la intensidad I1 ó I2 que fluye hacia el pulsador de
desconexión en emergencia 22 o desde el mismo. Las correspondientes
magnitudes de medida U1,2 ó I1,2 las transmite el aparato de medida
46 al microprocesador 42, que a partir de ello calcula un parámetro
52 para la línea de conexión 38 y el pulsador de desconexión en
emergencia 22, en el presente ejemplo su resistencia óhmica.
Alternativamente pueden transmitirse también los
correspondientes valores de medida al sistema de control de la
instalación 24 y allí calcularse los parámetros 52.
En la instalación del sistema de accionamiento 2
se ha elegido por descuido la línea de conexión 38 demasiado larga.
En la primera comprobación del sistema se calcula por lo tanto como
parámetro 52 una resistencia R1 a partir de las tensiones U1, U2 y
de las intensidades I1, I2, que es mayor que un valor máximo Rmax
memorizado en el sistema de control de la instalación. El sistema
de control de la instalación 24 señaliza esta falta a un operador
de la instalación no representado y la línea de conexión 38 es
sustituida por una de longitud correcta. Al poner en servicio el
sistema de accionamiento 2, la medición repetida da la resistencia
R2 como parámetro.
Tras varios años de servicio, durante los que se
calcula una y otra vez la resistencia R2 entre la entrada 32a y la
salida 32b, aumenta la resistencia en el curso de unos pocos días
hasta un valor R3. La desviación \DeltaR de R3 a R2, que es
calculada por el microprocesador 42, es mayor que una desviación de
resistencia permitida \DeltaRmax memorizada en el sistema de
control de la instalación 24. La variación de la resistencia indica
un pronto fallo del pulsador de desconexión en emergencia 22, ya que
probablemente su resistencia de contacto aumenta fuertemente.
Dentro de unos pocos días esto daría lugar a un disparo intempestivo
por falta o bien a una interrupción del pulsador de desconexión en
emergencia 22 y con ello a la parada del motor 4. Por ello, en una
siguiente pausa de producción, en la que el motor 4 se detiene de
todos modos, se sustituye el pulsador de desconexión en emergencia
22 por uno constructivamente igual pero nuevo.
Alternativamente puede ser el pulsador de
desconexión en emergencia 22 también un interruptor de final de
carrera. Puesto que debido a un fallo de un sensor de servicio no
representado el motor 4 marcha hasta una posición final, dispara el
interruptor de final de carrera. La tensión de control U cae en la
entrada 32b hasta 0 V. El motor 4 se desconecta, permaneciendo en
servicio el resto del sistema de accionamiento 2. En particular
señaliza el microprocesador 42 al sistema de control de la
instalación que el interruptor de final de carrera ha disparado y
que la instalación por lo demás está lista para el funcionamiento,
habiéndose realizado la parada de la instalación por lo tanto
debido a que un interruptor de final de carrera ha disparado
correctamente.
Claims (13)
1. Módulo de control (20) con función de
interrupción para un interruptor eléctrico de protección (10) que
puede conectarse externamente, que presenta:
- -
- una entrada de tensión (28) para una tensión de control (U),
- -
- una salida (32a) que conduce la tensión de control (U), a la que puede conectarse un interruptor de circuito (22),
- -
- una entrada (32b) a la que puede conectarse el interruptor de circuito (22) para un retorno de la tensión de control (U),
- -
- una conexión (36) unida con la entrada (32b) para el interruptor de protección (10), y
- -
- una unidad de medida (46) para medir la intensidad (I1,2) y/o la tensión (U1,2) a la entrada (32b) y a la salida (32a),
caracterizado porque
- -
- entre la entrada (32b) y la conexión (36) está conectado un interruptor de control (40) para el interruptor de protección (10).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Módulo de control (20) según la
reivindicación 1,
con una unidad de evaluación (42) para evaluar
la intensidad (I1,2) y/o la tensión (U1,2) para realizar el control
del funcionamiento del interruptor de circuito (22).
3. Módulo de control (20) según la
reivindicación 1 ó 2,
en el que el retorno de la tensión de control
(U) de la salida (32a) a la entrada (32b) se realiza a través de un
interruptor de circuito (22) conectado externamente.
4. Módulo de control (20) según la
reivindicación 3,
con un interruptor de circuito (22), que es un
interruptor de desconexión en emergencia o un interruptor de final
de carrera.
5. Módulo de control (20) según una de las
reivindicaciones precedentes,
con una interfaz de bus (50) hacia un sistema de
control de la instalación (24).
6. Módulo de control (20) según una de las
reivindicaciones precedentes,
en el que el interruptor de protección (10) es
el de un sistema de arranque del motor.
7. Sistema eléctrico de protección (6) con un
módulo de control (20) según una de las reivindicaciones 1 a 6,
un interruptor eléctrico de protección (10)
conectado externamente al módulo de control (20) y un interruptor
de circuito (22) conectado externamente al módulo de control
(20).
8. Procedimiento para operar un módulo de
control (20) según una de las reivindicaciones 1 a 7,
en el que:
- -
- en la conexión (36) se genera tensión (U) e intensidad (I1,2) para alimentar el interruptor de protección (10) durante su funcionamiento,
- -
- la unidad de medida (46) capta entonces intensidades (I1,2) y/o tensiones (U1,2) a la entrada (32b) y salida (32a),
- -
- el módulo de control (20), cuando está conectado el interruptor de circuito (22), transmite intensidades (I1,2) y/o tensiones (U1,2) para calcular un parámetro (R1-3) correlado con la calidad del interruptor de circuito (22) a una unidad de evaluación (24; 42),
\newpage
- -
- la unidad de evaluación (24; 42) calcula a partir de las intensidades (I1, 2) y/o tensiones (U1, 2) un parámetro (R1-3) correlado con la calidad del interruptor de circuito (22).
\vskip1.000000\baselineskip
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
en el que
- -
- la unidad de evaluación (24; 42) calcula como parámetro (R1-3) una curva característica de intensidad del interruptor de circuito (22).
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
en el que
- -
- la unidad de evaluación (24; 42) calcula como parámetro (R1-3) una resistencia óhmica del interruptor de circuito (22).
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 10,
en el que
- -
- cuando el parámetro (R1-3) corresponde a una calidad baja, el interruptor de circuito (22) y/o una línea (38) que conduce desde la entrada (32b) y/o salida (32a) al mismo, se reparan.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 11,
en el que
- -
- cuando el parámetro (R1-3) corresponde a una calidad baja, se desconecta el interruptor de protección (10) de manera controlada.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 12, en el que el módulo de control (20) está
conectado a un sistema de control de la instalación (24), en el
que
- -
- se transmiten intensidades (I1,2) y/o tensiones (U1,2) y/o el parámetro (R1-3), para el procesamiento subsiguiente, al sistema de control de la instalación (24).
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