ES2368922T3 - Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática. - Google Patents

Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática. Download PDF

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ES2368922T3 ES05381013T ES05381013T ES2368922T3 ES 2368922 T3 ES2368922 T3 ES 2368922T3 ES 05381013 T ES05381013 T ES 05381013T ES 05381013 T ES05381013 T ES 05381013T ES 2368922 T3 ES2368922 T3 ES 2368922T3
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Carles Pons Gonzales
José Antonio Martín Peiro
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Abstract

Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de aplicación en el punto individual de alimentación que está conectado a una unidad de control remoto (2) y a un elemento de corte (3), estando el dispositivo formado por la asociación de un circuito (4) de protección contra sobretensiones transitorias y por un circuito (5) contra sobretensiones prolongadas, y ambos montados a fin de que formen un solo conjunto en el que circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas está formado por: - Una unidad de alimentación eléctrica (6) - Una unidad de control (7) - Una unidad de potencia (8) en el que: - El circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas actúa para que cuando la tensión de alimentación supere un valor umbral que dura un tiempo máximo genere señales que cuando se aplican a la unidad de control remoto (2) producen la desconexión de la unidad de corte (3), y cuando la tensión de alimentación vuelve a sus valores normales genere otros valores de las señales que se aplican a la unidad de control remoto y que producen la reconexión de la unidad de corte (3), caracterizado porque - La unidad de alimentación eléctrica (6) está formada a su vez por una fuente de tensión estabilizada (9) que sirve para enviar un tensión positiva doblemente estabilizada (+Vcc) y una tensión negativa estabilizada (-Vcc), también está formada por un circuito (10) para obtener una tensión directa con(Vc1) proporcional a la tensión de alimentación alterna. La tensión positiva (+Vcc) se usa simultáneamente para alimentar la unidad de control y para la obtención de dos tensiones de referencia (Vref1 y Vref2), en el que, la fuente de tensión estabilizada (9) proporciona la tensión negativa estabilizada (-Vcc) por medio de un diodo Zener (DZ2), esta tensión se usa exclusivamente para alimentar algunos excitadores (12) y (14), además, el circuito (9) también proporciona la tensión doblemente estabilizada (+Vcc), en el que la primera estabilización se realiza por medio de un diodo Zener (DZ1), mientras que la segunda estabilización, que proporciona una baja deriva térmica, se pone en práctica por medio del transistor (Q1), los resistores (R1), (R2), (R3) y un dispositivo de estabilización de precisión (REF); el uso de esta doble estabilización garantiza una gran estabilidad de las tensiones (+Vcc), (Vref1) y (Vref2) con respecto a variaciones en la tensión de alimentación y en la temperatura. - La unidad de control (7) genera una serie de impulsos, en función de la comparación realizada entre los de la tensión (+Vcc) proporcional a la tensión de entrada y las tensiones de referencia (Vref1) y (Vref2) en algunos comparadores (COMP1) y (COMP2) que incorporan un margen de tensión de histéresis; los impulsos generados se aplican sucesivamente a un elemento de conmutación de la unidad de potencia (8) que produce la activación de la unidad de control remoto (2) tanto para la desconexión como para la reconexión del elemento de corte.

Description

Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es un dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática, para su instalación en un punto de suministro individual.
La presente invención se caracteriza porque combina en un solo dispositivo un circuito para protección contra sobretensiones transitorias, así como un circuito para la protección contra sobretensiones prolongadas. Este dispositivo trabaja junto con una unidad de control remoto, que controla la desconexión de un elemento de corte cuando está presente una sobretensión en la tensión de alimentación durante cierto tiempo, produciendo además la reconexión del elemento de corte cuando la tensión de alimentación cae a sus valores normales.
La presente invención se caracteriza asimismo porque cuando la sobretensión es de un carácter prolongado, el dispositivo puede tener algunos medios que modifiquen el tiempo que transcurre hasta la desconexión en función del nivel de tensión de la sobretensión.
La presente invención se caracteriza porque las señales de control enviadas desde el dispositivo de protección combinado hasta la unidad de control remoto y desde ésta a la unidad de corte, adoptan valores que producen la desconexión o reconexión del dispositivo de corte si la tensión de alimentación supera un umbral de tensión o si la tensión de alimentación disminuye los valores habituales, respectivamente.
La invención se caracteriza asimismo porque el dispositivo tiene una fuente de alimentación que envía dos tensiones estabilizadas, una de ellas está estabilizada doblemente y tiene una baja deriva térmica, usándose dicha tensión por un lado para obtener dos tensiones de referencia muy estables, y por el otro para servir como suministro para la electrónica del circuito, debido a que está doblemente estabilizada proporciona la electrónica de la unidad con un funcionamiento estable sobre amplios intervalos de tensión de entrada y temperatura.
Otra característica que tiene el dispositivo de protección es una alta estabilidad en el caso de perturbaciones lentas en la tensión de alimentación que pueden causar conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo, lo que podría dañar la instalación o las cargas conectadas a ésta. Esta estabilidad se consigue equipando al dispositivo con un intervalo de espera para la desconexión y reconexión, y además los circuitos comparadores incluyen histéresis.
Por lo tanto, la presente invención entra dentro del ámbito de los dispositivos que junto con los dispositivos de control y protección, tales como interruptores de circuito magnetotermicos y diferenciales permite que se consiga protección contra sobretensiones transitorias y prolongadas.
Antecedentes de la invención
Hasta ahora han estado disponibles en el mercado dispositivos que proporcionan protección por un lado contra sobretensiones transitorias y por el otro contra sobretensiones prolongadas.
En ningún caso existen dispositivos conocidos que combinen en un solo elemento de equipo la protección combinada contra sobretensiones prolongadas y contra sobretensiones transitorias. Esta disposición combinada significa un ahorro de espacio en su conjunto en los paneles de control y de protección de las viviendas en los que el espacio en general es muy limitado.
El problema de espacio en los paneles de control y protección en los que los elementos de corte empleados son relés electromecánicos, relés o contactores en estado sólido aumenta, ya que tienen que completar la protección de la instalación con un segundo elemento de corte, interruptor magnetotérmico o diferencial, que garantice la seguridad de la instalación. Por lo tanto, en estas instalaciones la característica de ahorro de espacio se aprecia que es significante por la disposición combinada de protección contra sobretensiones prolongadas y contra sobretensiones transitorias.
Otra desventaja encontrada en los dispositivos que existen en el mercado es la ausencia de un medio de suministro estabilizado con bajas derivas térmicas para la tensión de referencia, siendo posible que haya derivas térmicas sustanciales, lo que significará variaciones en los valores de la tensión de entrada para conexión o desconexión.
Aunque existen dispositivos de protección contra sobretensiones prolongadas que producen la desconexión después de que se haya excedido un umbral de tensión durante un cierto tiempo, estos dispositivos carecen por una parte de medios de protección contra sobretensiones transitorias, así como medios para su reinicio automático cuando la sobretensión prolongada ha recuperado su valor normal.
Además, en los dispositivos que tienen un intervalo de espera contra fluctuaciones en la tensión de alimentación, pueden surgir situaciones en las que, después de que dicho intervalo de espera haya transcurrido, se produzcan conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo, por lo que es conveniente evitar dichas conexiones repetidas incluyendo histéresis o memoria en el sistema.
Por otro lado, se ha observado que algunos de los dispositivos de protección existentes producen desconexiones por medio de un solo impulso que actúa sobre un triac, un MOSFET o un relé. Esto en ocasiones es una fuente de error, a través de la desconexión inoportuna para señales de ruido, o para el impulso que ha sido insuficiente para producir la desconexión.
Se conocen dispositivos de protección que generan un tren de impulsos para garantizar la desconexión, aunque no tienen medios para permitir la reconexión del dispositivo de corte cuando la sobretensión que originó la desconexión ha desaparecido.
Se conoce a partir del estado de la técnica un monitor de la línea de red eléctrica automático y un sistema controlador como el descrito en el documento US 5858756, en el que el dispositivo se usa para controlar la tensión eléctrica suministrada a un sistema o aparato eléctrico controlando la tensión eléctrica suministrada y evitando que la tensión eléctrica suministrada alcance el sistema o aparato eléctrico cuando las tensiones eléctricas suministradas no están dentro de un intervalo predeterminado y para restaurar automáticamente la tensión eléctrica suministrada al sistema o aparato eléctrico cuando la tensión eléctrica suministrada está dentro del intervalo predeterminado.
Este sistema tiene algunas desventajas que la presente invención supera.
Por lo tanto, uno de los objetivos de la invención es conseguir un dispositivo de protección con alta inmunidad a las interferencias presentes en las redes, para que en el caso de que esto pase, el elemento de corte se vuelva a conectar cuando la interferencia haya desaparecido, y también en el sentido opuesto, el dispositivo será capaz de desconectarse de nuevo si se reconectó cuando la tensión de entrada era demasiado alta.
Por lo tanto, es un objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas que supera las desventajas que se han mencionado anteriormente y por lo tanto consigue:
-
Una reducción del espacio necesario en el cuadro de distribución incorporando de manera combinada la protección combinada contra sobretensiones transitorias y prolongadas.
-
Que el dispositivo de protección contra sobretensiones prolongadas actúe después de que haya transcurrido un tiempo y un umbral de tensión se haya superado, siendo posible tener algunos medios que modifiquen el tiempo transcurrido hasta la desconexión en función del nivel de sobretensión, así como tener medios que eviten las conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo en el caso de fluctuaciones lentas en la tensión de alimentación.
-
Un dispositivo con alta inmunidad a interferencias en las redes, y en el caso de que tenga lugar una desconexión fortuita del elemento interruptor, la reconexión del mismo cuando la interferencia se haya desvanecido, así como producir la desconexión del elemento interruptor si la reconexión se realizó de forma inapropiada, ya que la tensión de entrada continúa siendo demasiado alta a pesar de la interferencia.
-
Un dispositivo que es capaz de reconectar el elemento de corte cuando la sobretensión que originó la apertura del mismo haya desaparecido.
-
Tener una fuente de alimentación que proporcione:
-
Una tensión doblemente estabilizada
-
Una tensión estabilizada
-
Una tensión proporcional a la tensión de entrada Estos objetos se consiguen mediante un dispositivo de protección de acuerdo con la reivindicación 1.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención del dispositivo de protección combinado pretende combinar en un solo dispositivo la protección contra sobretensiones transitorias y contra sobretensiones prolongadas en el punto individual de suministro.
Las sobretensiones transitorias son tensiones de muy alto valor y de muy corta duración (microsegundos o milisegundos), que son resultados generalmente de relámpagos, interferencias o conmutaciones que tienen lugar en la red eléctrica.
Por otro lado, las sobretensiones prolongadas son tensiones que exceden la tensión de la red en un valor de al menos el 10% la tensión de las redes, durante un tiempo que se extiende desde unos pocos segundos a varias horas, producidos generalmente por la rotura de cables (línea neutra), la realización incorrecta de operaciones en la red o variaciones en la carga de las líneas.
El dispositivo de protección combinado objeto de la invención se asocia con una unidad de control remoto que sirve para desconectar el elemento de corte cuando está presente una sobretensión prolongada en la tensión de alimentación, y también para producir la reconexión del elemento de corte cuando la tensión de alimentación vuelve a sus valores normales.
El dispositivo protege contra sobretensiones transitorias limitando el valor a tensiones apropiados para que la instalación y las cargas conectadas a los mismos no sufran daños.
Además, el dispositivo protege contra sobretensiones prolongadas cuando la tensión de alimentación supera un valor umbral durante un tiempo determinado.
El dispositivo combinado de protección eléctrica puede conectarse a las redes de suministro de electricidad usando como medio de corte un interruptor magnetotérmico o un interruptor diferencial, evitando el uso de dos elementos de corte, uno para proporcionar protección contra sobretensiones prolongadas y el otro para garantizar la seguridad de la instalación.
El dispositivo combinado tiene una parte dedicada a la protección contra sobretensiones transitorias y otra parte dedicada a la protección contra sobretensiones prolongadas.
La protección contra sobretensiones transitorias se pone en práctica en cada una de las fases vivas por medio de uno o más varistores de metal y óxido junto con una desconexión térmica con indicación del estatus y en algunos casos con uno o varios tubos de descarga de gas.
La parte que sirve para proteger contra sobretensiones prolongadas, tiene una unidad de alimentación eléctrica, una unidad de control y una unidad de potencia.
La unidad de alimentación eléctrica proporciona la unidad de control con dos tensiones estabilizadas, una tensión negativa (-Vcc) y una tensión positiva (+Vcc) que está doblemente estabilizada por lo que tiene una baja deriva térmica, esta tensión positiva se usa simultáneamente para alimentar la unidad de control y para obtener dos tensiones de referencia (Vref1 y Vref2), lo que permite el funcionamiento con intervalos muy amplios de tensión de entrada y temperatura ambiente.
Adicionalmente, en la unidad de alimentación eléctrica se obtiene una tensión continua proporcional a la tensión de alimentación alterna.
La comparación se realiza en la unidad de control entre la tensión continua proporcional a la tensión alterna de las redes y en la tensión de referencia doblemente estabilizada.
Esta unidad de control produce dos tensiones de salida (Vc2 y Vc3), cuyos valores son una función de si la tensión proporcional a la tensión alterna de las redes (Vc1) excede o no durante tiempos predeterminados las tensiones de referencia.
El valor del umbral de tensión o la tensión de referencia (Vref1) se define para que cuando la tensión de las redes o la tensión de alimentación excedan su tensión nominal por al menos el 15% durante un tiempo predeterminado (tmax 1), se produzca la desconexión del elemento de corte.
Se ha seleccionado el valor del 15% para que no se vea influenciada por las variaciones lentas en la tensión que normalmente alcanzan el 10%.
El tiempo predeterminado en este caso (tmax 1) está preferiblemente en el intervalo de 2 a 3 segundos, siendo posible su variación si se considera necesario durante una determinada aplicación.
En el caso de que la tensión de alimentación exceda sustancialmente el 15% del valor nominal, es conveniente que la desconexión del elemento de corte sea más rápida para evitar daños en la instalación o el equipo conectado a ésta.
En este caso el valor del umbral de tensión o la tensión de referencia 2 (Vref 2) se define para que cuando la tensión de las redes o la tensión de alimentación exceda al 30% de la tensión nominal durante un tiempo predeterminado (tmax 2) menor que (tmax 1), se produzca la desconexión del elemento de corte. El tiempo predeterminado (tmax 2) estará preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 1 segundo, siendo posible su variación si se considera necesario durante una determinada aplicación.
Si fuera necesario, pueden obtenerse más tensiones de referencia e intervalos de espera.
Con el objeto de proporcionar el dispositivo de protección combinada objeto de la invención con una mayor inmunidad contra interferencias, además de tener los intervalos de espera que se han explicado anteriormente, los comparadores que tiene el dispositivo incluyen un margen de tensión de histéresis para que la tensión de alimentación para la que se hizo la desconexión sea más que la tensión de reconexión.
En la unidad de control, la salida del temporizador, o elemento de retardo, regula dos multivibradores astables que generan una serie de impulsos periódicos.
En la salida de los multivibradores astables existen algunos circuitos adaptadores o excitadores que adaptan sus señales de salida a los niveles tensión y corriente necesarios para suministrar los medios de activación en la unidad de potencia, produciendo en la salida de esta unidad un tren de impulsos periódicos (Voff y Von) suficiente para conseguir la activación de la unidad de control remoto, es decir la desconexión o reconexión del elemento de corte.
Los medios de activación en la unidad de potencia pueden ser por ejemplo, triacs, MOSFET, transistores bipolares o relés.
La secuencia de funcionamiento es tal que cuando existe una sobretensión prolongada con tensiones por encima del valor nominal en los valores y tiempos predeterminados, se genera una señal periódica (Voff), (Von) volviéndose 0, lo que causa la desconexión del elemento de corte, cuando la tensión de alimentación cae a valores normales se genera otra señal periódica (Von), (Voff) volviéndose cero, lo que causa la reconexión del elemento de corte.
El uso de una serie de impulsos periódicos para las señales (Von) y (Voff) ofrece la ventaja de que aunque el dispositivo puede verse afectado por alguna perturbación que cause una conexión o desconexión inadecuada del elemento de corte, después de un cierto tiempo (T1) o (T2) el elemento de corte vuelve a la situación correcta.
Los valores preferidos de (T1) y (T2) puedan estar en el intervalo de 1 a 5 segundos, siendo posible usar el mismo valor para (T1) y (T2) si se considera conveniente.
Los medios particulares de conmutación empleados en la unidad de potencia, tal como triacs, MOSFET, relés, transistores y los circuitos de accionamiento asociados con la unidad de control, tienen que ser apropiados para la unidad de control remoto usada.
Explicación de las figuras
Para completar la descripción que se hará a continuación y con el objeto de ayudar a un mejor entendimiento de sus características, la presente memoria descriptiva se acompaña de un conjunto de dibujos en cuyas figuras a modo de ilustración y no restrictivamente, se representan los detalles más significantes de la invención.
La figura 1 muestra una representación esquemática para un circuito monofásico de la ubicación del dispositivo de protección combinado y su asociación con la unidad de control remoto y el dispositivo de corte.
La Figura 2 es la misma que se ha representado previamente, pero para un circuito trifásico.
La Figura 3 muestra la conexión del dispositivo de protección combinado de protección eléctrica para una distribución monofásica y de una manera simplificada representa los elementos que forman el dispositivo de protección combinado objeto de la invención.
La Figura 4, como anteriormente para una distribución trifásica.
Las Figura 5 y 6 muestran realizaciones alternativas de la protección contra sobretensiones transitorias en sistemas monofásicos.
Las Figuras 7 y 8 muestran realizaciones alternativas de la protección contra sobretensiones transitorias en sistemas trifásicos, respectivamente.
La Figura 9 es una representación de forma simplificada de los elementos que forman parte de la protección contra sobretensiones prolongadas objetos de la invención.
La Figura 10 muestra la circuitería de la unidad de alimentación eléctrica.
La Figura 11 muestra los elementos que forman la unidad de control de la protección contra sobretensiones prolongadas.
La Figura 12 muestra los elementos que forman la unidad de alimentación de la protección contra sobretensiones prolongadas.
La Figura 13 muestra los elementos que forman los circuitos excitadores.
Realización Preferida de la Invención
A la luz de las figuras que se han mencionado anteriormente, a continuación se proporciona una descripción de una realización preferida de la invención junto con la explicación de los dibujos.
El dispositivo combinado para protección eléctrica (1) contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática objeto de la invención se instala junto con una unidad de control remoto (2) que controla la activación de dicha unidad de control remoto (2) en el elemento de corte (3), como puede observarse en la figura 1.
El dispositivo combinado de protección (1) envía dos señales de tensión (Von) y (Voff) a la unidad de control remoto
(2) que sirve para actuar sobre el elemento de corte. Cuando la tensión de alimentación está por encima de un valor máximo durante un tiempo máximo, ambos preestablecidos previamente, se generan las señales apropiadas que, aplicadas a la unidad de control remoto (2), producen la desconexión de la unidad de corte (3) protegiendo las cargas y la instalación instalada corriente abajo. Cuando la tensión ha disminuido a sus valores normales, el circuito combinado de protección (1) modifica las señales de control para que el elemento de corte se conecte de nuevo, reestableciendo la tensión en el circuito de alimentación.
En la figura 2, se observa la misma configuración que en la figura 1, con la excepción de que el dispositivo se emplea en una red trifásica, siendo el principio de funcionamiento exactamente el mismo.
En la figura 3, se muestra en detalle la reconexión del dispositivo combinado de protección (1) que recibe la señal interceptada de la tensión de fase y el neutro, así como conectándose al conductor de protección. El dispositivo combinado de protección (1) comprende una parte (4) que sirve para proteger contra sobretensiones transitorias, y de una parte (5) o circuitería que sirve para proteger contra sobretensiones prolongadas. El circuito (5) para la protección contra sobretensiones prolongadas viene con dos pilotos de señalización, el piloto (IL1) indica la presencia de sobretensión en la tensión de alimentación, el piloto (IL2) indica una tensión de alimentación correcta.
Ambas partes están unidas y montadas adyacentes entre sí en una sola encapsulación con el consiguiente ahorro de espacio y los elementos necesarios para realizar la protección combinada.
En la figura 4, se observa el mismo detalle que en la figura anterior, pero en este caso la conexión se ha hecho en una red trifásica.
En la figura 5, se muestra una posible alternativa para las partes que forman el circuito (4) para la protección contra sobretensiones transitorias, en el caso monofásico, está formado por una unidad de desconexión térmica (X1) con la indicación de estado conectada a un varistor (V1), después de lo cual se conecta a un tubo de descarga de gas (DG1), como alternativa este tubo de descarga de gas puede reemplazarse por un varistor y una unidad de desconexión térmica. Este circuito (4) protege contra sobretensiones con un valor muy alto del orden de kV y una duración muy corta. Este circuito (4) protege no solo la instalación y las cargas conectadas corriente abajo, sino también el circuito (5) para la protección contra sobretensiones prolongadas.
En la figura 6 se muestran otras alternativas para la protección contra sobretensiones transitorias en el caso monofásico, en el que se ha colocado una protección entre fase y tierra, entre neutro y tierra y entre fase y neutro, siendo éste último opcional.
En las figuras 7 y 8, se muestran formas equivalentes de realización para el caso trifásico. En la figura 7, en cada una de las fases hay protección contra sobretensiones transitorias con respecto al conductor de protección, que tiene un único tubo de descarga de gas común para las tres fases. En la figura 8, para cada una de las fases se ha montado la combinación de una unidad de desconexión térmica junto con un varistor tanto entre el conductor de fase como el conductor neutro y entre el conductor de fase y el productor de protección, habiendo adicionalmente un conjunto de unidad de desconexión térmica junto con un varistor entre el conductor neutro y el conductor de protección.
En la figura 9, se observa el circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas, formado por:
-
Una unidad de alimentación eléctrica (6)
-
Una unidad de control (7)
-
Una unidad de potencia (8).
En el que la unidad de alimentación eléctrica (6) (figura 10) está formada a su vez por una fuente de alimentación estabilizada (9) que sirve para enviar una tensión positiva doblemente estabilizada (+Vcc) y una tensión negativa estabilizada (-Vcc), también está formada por un circuito (10) para la obtención de una tensión continua (Vc1) proporcional a la tensión de alimentación alterna.
La unidad de alimentación eléctrica (6) aplica las señales (+Vcc) (-Vcc) y (Vc1) a la unidad de control (figura 11) y sirve para realizar la comparación entre la señal (Vc1), proporcional a la tensión de alimentación, y dos tensiones de referencia (Vref1) y (Vref2) obtenidas de la tensión doblemente estabilizada (+Vcc).
Cuando la tensión (Vc1) supera el valor de (Vref1) durante un tiempo máximo preestablecido (tmax1) o cuando la tensión (Vc1) supera el valor de (Vref2) durante un tiempo preestablecido (tmax2), se generan dos señales periódicas (Vc2) y (Vc3) que se aplican a la unidad de potencia (8) cuando se han adaptado por algunos circuitos excitadores apropiados para la desconexión de los medios de conmutación utilizados, finalmente esta fase envía las señales (Von) y (Voff) a la unidad de control remoto (2) que sirve para producir la desconexión y reconexión del elemento de corte.
En la figura 10, se observan en detalle las características de la unidad de alimentación eléctrica (6) que está formada por:
-
Un circuito (9) que suministra la tensión negativa (-Vcc) estabilizada por medio del diodo Zener (DZ2), esta tensión se usa exclusivamente para alimentar los excitadores (12) y (14) (figura 11) y no es necesario emplear una segunda estabilización. El circuito (9) también suministra la tensión doblemente estabilizada (+Vcc), la primera estabilización se realiza por medio del diodo Zener (DZ1), la segunda estabilización, que proporciona una baja deriva térmica se realiza por medio del transistor (Q1), los resistores (R1), (R2), (R3) y un dispositivo de estabilización de precisión (REF). El uso de esta doble estabilización garantiza una estabilidad muy alta de las tensiones (+Vcc), (Vref1) y (Vref2) con respecto a las variaciones en la tensión de alimentación y en la temperatura, de esta manera se consigue que los valores de la tensión de alimentación para los que el dispositivo de corte está desconectado o se vuelve a conectar sean muy estables.
-
Un circuito (10) que proporciona una tensión continua (Vc1), proporcional a la tensión de alimentación alterna.
En la figura 11, se observa que la unidad de control (7) del circuito de protección contra sobretensiones prolongadas
(5) recibe las señales (+Vcc) y (Vc1); de la tensión doblemente estabilizada (+Vcc), se obtienen dos tensiones de referencia (Vref1) y (Vref2), la señal (Vc1) se compara con la tensión (Vref1) por medio del comparador (COMP1), y con la tensión (Vref2) por medio del comparador (COMP2). Las tensiones de salida de estos comparadores se llevan a un temporizador variable usado como elemento de retardo (15).
El nivel de la tensión de salida y el tiempo de retardo del temporizador dependerán de si la tensión (Vc1) es menos que (Vref1) y (Vref2), o si está por encima de la tensión (Vref1) durante un tiempo mayor que (tmax1), o si la tensión (Vc1) está por encima de la tensión (Vref2) durante un tiempo mayor que (tmax2), en la que (tmax1 > tmax2).
Las señales (Vc2) y (Vc3) serán de tal forma que cuando se procesen por la unidad de potencia (8) y se apliquen a la unidad de control remoto (2) actúen sobre el elemento de corte (3) desconectándolo o realizando su reconexión.
Cuando la tensión (Vc1) supera la tensión (Vref 1) durante un tiempo predeterminado (tmax1) o (Vc1) supera la tensión (Vref2) durante un tiempo predeterminado (tmax2), las señales (Vc2) y (Vc3) serán de tal forma que, a través de la unidad de potencia y la unidad de control remoto (2) producirán la desconexión del elemento de corte (3). Cuando la tensión de alimentación y por lo tanto la tensión (Vc1), vuelvan a sus valores normales, la reconexión del elemento de corte (3) tendrá lugar de forma automática.
El valor de la tensión de referencia (Vref1) se define para que cuando la tensión de alimentación supere la tensión nominal por al menos el 15%, se produzca la desconexión del elemento de corte (3), cuando exceda durante al menos un tiempo máximo predeterminado (tmax1), preferiblemente en el intervalo de 2 a 3 segundos.
El valor del 15%, se ha tomado considerando que existan variaciones lentas en la tensión que puedan alcanzar el 10% y para las cuales no se desea la desconexión del circuito de protección.
El valor de la tensión de referencia (Vref2) se define para que cuando la tensión de alimentación supere la tensión nominal por al menos el 30%, se produzca la desconexión del elemento de corte (3), cuando exceda durante al menos un tiempo máximo predeterminado (tmax2), preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 1 segundo.
Los comparadores (COMP1) y (COMP2) tienen un margen de tensión de histéresis, para que la tensión de alimentación para la que se hace la desconexión esté por encima de la tensión de reconexión. A través de esta tensión de histéresis se gestiona para proporcionar una alta inmunidad del dispositivo a perturbaciones que podrían producir una desconexión o conexión no deseada.
El margen de tensión de histéresis junto con el intervalo de espera que se ha mencionado anteriormente, permiten que el dispositivo incluya alta inmunidad a perturbaciones lentas de la tensión de alimentación, evitando conexiones y desconexiones repetidas de posibles daños en la instalación o las cargas conectadas.
El margen de tensión de histéresis depende en gran medida de la tensión doblemente estabilizada (+Vcc) por lo que se mantiene muy estable en su valor y se ve muy poco afectado por las variaciones en la tensión de alimentación y la temperatura.
Los valores del margen de tensión de histéresis pueden estar entre 5 y 10 V, siendo posibles otros dependiendo de las condiciones de la aplicación.
La salida del temporizador variable (15) se lleva directamente al multivibrador astable (ASTABLE 1) (11) y a través de un elemento inversor (16) al multivibrador astable (ASTABLE 2) (13), esta señal proveniente del temporizador
(15) controla la operación de los multivibradores para que cuando la tensión de alimentación supere su valor nominal por al menos el 15% durante un tiempo predeterminado anterior (tmax1) por un lado el multivibrador astable (ASTABLE 1) (11) se desactive, siendo las señales (V1), (Vc2) y (Von) cero, y por el otro, el multivibrador astable (ASTABLE 2) se active, cuya salida (V2) será un tren de impulsos positivos que se aplica al circuito excitador (EXCITADOR APAGADO) (14) que adapta los niveles de la señal (V2) para obtener una señal (Vc3) adecuada para controlar el medio de conmutación (17) en la unidad de potencia (8). La unidad de potencia (8) enviará una señal periódica (Voff) que será un tren de impulsos a la unidad de control remoto. La unidad de control remoto al recibir la señal de entrada Voff produce la desconexión del elemento de corte.
Ya que la señal (Voff) aplicada a la unidad de control remoto (2) es periódica, la conexión y la desconexión de la unidad de corte no tiene lugar de una forma continua, sino más bien es una manera de confirmar la activación que la unidad de control remoto tiene que realizar en la unidad de corte desconectándola o volviéndola a conectar.
En el caso de que la tensión de entrada supere su valor nominal por al menos el 30% durante un tiempo predeterminado anterior (tmax2), el funcionamiento es el mismo pero el tiempo de activación disminuye.
En el caso de que se usen triacs como el medio de conmutación (17) es conveniente que los circuitos excitadores
(12) y (14) conviertan los impulsos de tensión positiva en negativa para un mejor funcionamiento, puede observarse una realización práctica de estos excitadores en la figura 13.
En la figura 12, se muestra la representación de una posible realización de una unidad de potencia (8) en la que se han montado en paralelo con el medio de conmutación (17) algunos diodos supresores (18) que absorben los picos residuales de los varistores. A pesar de que se muestran triacs como el medio de conmutación (17), pueden usarse MOSFET, transistores, relés, etc., como ya se ha mencionado.
Cuando la tensión de entrada desciende a sus valores normales, el valor de la tensión de salida cambia, causando la desactivación del (ASTABLE 2), las señales (V2), (Vc3) y (Voff) se vuelven cero y simultáneamente el (ASTABLE 1) (11) se activa, por lo que se obtiene una secuencia de impulsos positivos (ASTABLE 1), cuya salida (V1) será una secuencia de impulsos positiva que se aplican al circuito excitador (EXCITADOR ENCENDIDO) (12) que adapta los niveles de la señal (V1) para obtener una señal (Vc2) adecuada para controlar el medio de conmutación (17) en la unidad de potencia. La unidad de potencia suministrará a la unidad de control remoto una señal (Von) que será un tren de impulsos con la polaridad apropiada para la última para provocar la reconexión del elemento de corte.
El uso de trenes de impulsos periódicos como señales de activación tiene la gran ventaja de que, incluso aunque el dispositivo esté afectado por algunas perturbaciones que causen una conexión o reconexión inapropiada del elemento de corte, después de un tiempo (T1) o (T2) la mayoría vuelven a la situación correcta. Usando independientemente multivibradores astables, pueden usarse diferentes periodos de repetición (T1) y (T2) para los impulsos si se considera necesario; los valores preferidos (T1) y (T2) pueden estar en el intervalo de 1 a 5 segundos, siendo posible usar otros si se considera necesario para una aplicación determinada.
Parte o todos los elementos que forman la unidad de control (7) pueden integrarse en un microcontrolador, y realizan las mismas funciones de manera idéntica.
No se considera necesario ampliar más esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que surgen de la misma.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos son susceptibles de variación, siempre que no alteren la naturaleza básica de la invención.
Los términos en los que se ha descrito esta memoria descriptiva siempre que deben tomarse en el sentido más amplio y no limitativo.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de aplicación en el punto individual de alimentación que está conectado a una unidad de control remoto (2) y a un elemento de corte (3), estando el dispositivo formado por la asociación de un circuito (4) de protección contra sobretensiones transitorias y por un circuito (5) contra sobretensiones prolongadas, y ambos montados a fin de que formen un solo conjunto en el que circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas está formado por:
    -
    Una unidad de alimentación eléctrica (6)
    -
    Una unidad de control (7)
    -
    Una unidad de potencia (8)
    en el que:
    -
    El circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas actúa para que cuando la tensión de alimentación supere un valor umbral que dura un tiempo máximo genere señales que cuando se aplican a la unidad de control remoto (2) producen la desconexión de la unidad de corte (3), y cuando la tensión de alimentación vuelve a sus valores normales genere otros valores de las señales que se aplican a la unidad de control remoto y que producen la reconexión de la unidad de corte (3),
    caracterizado porque
    -
    La unidad de alimentación eléctrica (6) está formada a su vez por una fuente de tensión estabilizada (9) que sirve para enviar un tensión positiva doblemente estabilizada (+Vcc) y una tensión negativa estabilizada (-Vcc), también está formada por un circuito (10) para obtener una tensión directa con(Vc1) proporcional a la tensión de alimentación alterna. La tensión positiva (+Vcc) se usa simultáneamente para alimentar la unidad de control y para la obtención de dos tensiones de referencia (Vref1 y Vref2), en el que,
    la fuente de tensión estabilizada (9) proporciona la tensión negativa estabilizada (-Vcc) por medio de un diodo Zener (DZ2), esta tensión se usa exclusivamente para alimentar algunos excitadores (12) y (14), además, el circuito (9) también proporciona la tensión doblemente estabilizada (+Vcc), en el que la primera estabilización se realiza por medio de un diodo Zener (DZ1), mientras que la segunda estabilización, que proporciona una baja deriva térmica, se pone en práctica por medio del transistor (Q1), los resistores (R1), (R2), (R3) y un dispositivo de estabilización de precisión (REF); el uso de esta doble estabilización garantiza una gran estabilidad de las tensiones (+Vcc), (Vref1) y (Vref2) con respecto a variaciones en la tensión de alimentación y en la temperatura.
    -
    La unidad de control (7) genera una serie de impulsos, en función de la comparación realizada entre los de la tensión (+Vcc) proporcional a la tensión de entrada y las tensiones de referencia (Vref1) y (Vref2) en algunos comparadores (COMP1) y (COMP2) que incorporan un margen de tensión de histéresis; los impulsos generados se aplican sucesivamente a un elemento de conmutación de la unidad de potencia (8) que produce la activación de la unidad de control remoto (2) tanto para la desconexión como para la reconexión del elemento de corte.
  2. 2. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de control (7) recibe las señales (+Vcc) (-Vcc) y (Vc1) de la unidad de alimentación eléctrica (6), y envía las señales (Vc2) y (Vc3) a la unidad de potencia, estando formada la unidad de control (7) por:
    -
    Comparadores (COMP1) y (COMP2) cuyas salidas se llevan a
    -
    Un temporizador variable que se utiliza como retardo, con su salida conectada a,
    -
    Un (ASTABLE 1) (11) y a otro multivibrador astable (ASTABLE 2) (13), éste último a través de un inversor (16).
    -
    Excitadores, (EXCITADOR ENCENDIDO) (12) y (EXCITADOR APAGADO) (14) conectados a la salida del (ASTABLE 1) y el (ASTABLE 2), respectivamente.
  3. 3.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque en el (COMP1) y
    en el (COMP2) la comparación se realiza entre la señal (Vc1), proporcional a la tensión de alimentación y las señales (Vref 1) y (Vref2), respectivamente.
  4. 4.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad de control (7) genera algunas señales periódicas (Vc2) y (Vc3) cuando la tensión (Vc1) supera el valor (Vref1) durante un tiempo máximo preestablecido (tmax1) o cuando la tensión (Vc1) supera el valor (Vref2) durante otro tiempo máximo preestablecido (tmax2).
  5. 5.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la tensión de referencia (Vref1) estará al menos el 15% por encima de la tensión nominal y el tiempo máximo (tmax1) se ajustará preferiblemente en el intervalo de 2 a 3 segundos.
  6. 6.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la tensión de referencia (Vref2) estará al menos el 30% por encima de la tensión nominal y el tiempo máximo (tmax1) se ajustará preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 1 segundo.
  7. 7.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cuando la tensión de alimentación supera su valor nominal por al menos el 15% durante un tiempo predeterminado mayor que (tmax1) por un lado el multivibrador astable (ASTABLE 1) (11) está desactivado, las señales (V1), (Vc2) y (Von) son cero y por otro lado el multivibrador astable (ASTABLE 2) está activado, cuya salida (V2) será una secuencia de impulsos positiva que se aplican al circuito excitador (EXCITADOR APAGADO) (14) que adapta los niveles de la señal (V2) para obtener una señal (Vc3) adecuada para controlar algunos medios de conmutación (17) en la unidad de potencia (8). La unidad de potencia (8) aplica una señal (Voff) con la polaridad apropiada a la unidad de control remoto a fin de que esta produzca la desconexión del elemento de corte.
  8. 8.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cuando la tensión de entrada supera su valor nominal por al menos el 30% durante un tiempo predeterminado mayor que (tmax2), el funcionamiento es el mismo pero el tiempo de activación se reduce.
  9. 9.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque cuando la tensión de entrada cae a sus valores normales el valor de la tensión de salida cambia, causando la desactivación del (ASTABLE 2), las señales (V2), (Vc3) y (Voff) se convierten en cero y simultáneamente el (ASTABLE 1) (11) se activa, por lo que hay una secuencia de impulsos positivos (ASTABLE 1), cuya salida (V1) será una secuencia de impulsos positiva que se aplican al circuito excitador (EXCITADOR ENCENDIDO) (12) que adapta los niveles de la señal (V1) para obtener una señal (Vc2) adecuada para controlar el medio de conmutación (17) en la unidad de potencia. La unidad de potencia enviará una señal (Von) que será un tren de impulsos con la polaridad apropiada a la unidad de control remoto a fin de que ésta realice la reconexión del elemento de corte.
  10. 10.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque en paralelo con el medio de conmutación de la unidad de potencia se montan algunos diodos que cortan los picos de tensión residual de los varistores.
  11. 11.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se usa tanto en suministros monofásicos como trifásicos.
  12. 12.
    Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los comparadores (COMP1) y (COMP2) tienen un margen de tensión de histéresis en el que la tensión de alimentación para la que se hace la desconexión está por encima de la tensión de reconexión, proporcionando el dispositivo junto con el retardo con una alta inmunidad a fluctuaciones lentas en la tensión de alimentación.
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