ES2493071T3

ES2493071T3 - Dispositivo de protección de circuito para sistemas fotovoltaicos

Info

Publication number: ES2493071T3
Application number: ES10786840.8T
Authority: ES
Inventors: Jerry L. Mosesian; Jean-François De Palma
Original assignee: Mersen France SB SAS
Current assignee: Mersen France SB SAS
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CA2763684C; CN102460877A; EP2441145A4; EP2441145A1; MX2011013265A; EP2441145B8; WO2010144689A1; CN102460877B; US7965485B2; EP2441145B1; US20100315753A1; CA2763684A1

Abstract

Dispositivo de protección de circuito (20, 20A, 20B) para proteger un circuito eléctrico de una condición de sobreintensidad, comprendiendo dicho dispositivo de protección de circuito: un primer electrodo (200) conectable eléctricamente a una primera línea del circuito eléctrico; un segundo electrodo (210) conectable eléctricamente a una segunda línea del circuito eléctrico; un primer elemento térmico (160) conectado eléctricamente con el primer electrodo, estando dicho primer elemento térmico hecho de un material eléctricamente conductor; un segundo elemento térmico (180) conectado eléctricamente con el segundo electrodo, estando dicho segundo elemento térmico hecho de un material eléctricamente conductor; un conjunto de sobrecarga (120) que conecta eléctricamente el primer elemento térmico con el segundo elemento térmico, en el que dicho primer elemento térmico, dicho segundo elemento térmico y dicho conjunto de sobrecarga definen un primer trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo; un shunt de derivación (230) conectado eléctricamente con los electrodos primero y segundo, en el que el shunt de derivación define un segundo trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo, siendo dicho segundo trayecto conductor paralelo al primer trayecto conductor; caracterizado por el hecho de que dicho conjunto de sobrecarga es desplazable entre (i) una posición cerrada en la que el conjunto de sobrecarga está eléctricamente conectado con el segundo elemento térmico y (ii) una posición abierta en la que el conjunto de sobrecarga no está conectado eléctricamente con el segundo elemento térmico, en el que dicho dispositivo de protección de circuito también comprende: una soldadura con baja temperatura de fusión (156) que conecta eléctricamente el conjunto de sobrecarga al segundo elemento térmico, en el que dicha soldadura con baja temperatura de fusión se reblandece y se funde a medida que la temperatura aumenta en respuesta a una condición de sobre-intensidad, teniendo dicha soldadura con baja temperatura de fusión una temperatura de fusión en el intervalo que va desde aproximadamente 70°C a aproximadamente 150°C.

Description

E10786840

14-08-2014

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de protección de circuito para sistemas fotovoltaicos

5 Sector de invención

[0001] La presente invención se refiere en general a dispositivos de protección de circuitos, y más particularmente a un dispositivo que proporciona una protección de circuito para sistemas fotovoltaicos.

10 Antecedentes de la invención

[0002] DE 103 11 090 A1 da a conocer un accesorio de corte térmico en un camino de corriente desde una fuente de corriente eléctrica a un consumidor eléctrico y tiene un elemento flexible de corto-circuito como un primer elemento de función de corte que se une en puntos de conexión al camino de corriente con uno de sus dos

15 extremos.

[0003] US 3.743.888 se refiere a un protector en línea enchufable para un circuito de comunicaciones que proporciona protección para sobretensión y condiciones de sobrecorriente de la línea. Un módulo que contiene bloques de carbono proporciona un espacio de aire en un circuito de derivación de sobretensión para derivar a tierra 20 los transitorios de alta tensión. Para una condición de sobrecorriente en este circuito de derivación, una perla de soldadura se derrite provocando contactos en un circuito de derivación de sobrecorriente para acoplarse y conectar a tierra la línea. El protector también tiene un mecanismo de respuesta de sobrecorriente en la forma de una bobina de calor en la línea. Cuando la bobina se calienta, la perla de soldadura se funde y cierra los contactos en el circuito de derivación de sobrecorriente. Uno de estos contactos es una bobina alrededor de la cual la bobina de calor está

25 enrollada y que sirve para transferir calor a la perla de soldadura.

[0004] Los tipos más comunes de instalaciones solares para la generación de electricidad a partir de sistemas de energía solar se componen de un panel solar independiente con un conjunto generador de respaldo, y un sistema conectado a la red. Una instalación solar típica se compone generalmente de una matriz fotovoltaica (PV), una caja 30 de combinación, un inversor CC / CA, y un panel eléctrico principal. La matriz fotovoltaica está compuesta por una pluralidad de módulos PV que capturan la luz solar como corriente directa (DC). Los módulos fotovoltaicos están conectados habitualmente en una cadena eléctrica para producir el voltaje y el amperaje deseados. Los cables resultantes de cada cadena se encaminan a la caja de combinación. Los cables de salida eléctricos de los módulos fotovoltaicos están conectados juntos en la caja de combinación a fin de obtener el voltaje y la corriente requerida 35 por el inversor de CC / CA. El inversor CC / CA convierte la corriente directa (DC) en corriente alterna (AC) que se proporciona al cuadro eléctrico principal. Se proporciona un interruptor de desconexión de CC para desconectar la caja de combinación de la entrada del inversor CC / CA, y se proporciona un interruptor de desconexión de CA para desconectar el panel eléctrico principal de la salida del inversor CC / CA. En una instalación solar típica, los dispositivos de protección de circuitos se encuentran en la caja de combinación, el convertidor CC / CA y el panel

40 eléctrico principal.

[0005] La generación de electricidad a partir de energía solar es generalmente un proceso fiable. Sin embargo, cualquier tipo de sistema de generación de energía solar es vulnerable a las corrientes de fallo o por un rayo. Los dispositivos de protección de circuitos (por ejemplo, fusibles y dispositivos de protección contra sobretensiones) son

45 formas eficaces de proteger el cableado y equipo eléctrico en una instalación fotovoltaica. Por ejemplo, los fusibles se utilizan para proteger los cables entre las cadenas de módulos contra los daños de sobrecorriente. Los circuitos defectuosos se aíslan permitiendo que el sistema fotovoltaico siga generando energía.

[0006] El desarrollo continuo de los sistemas fotovoltaicos ha creado una creciente utilización de fusibles para

50 proporcionar una protección de sobrecorriente a los equipos y los conductores (por ejemplo, cables) asociados con la generación y distribución de energía solar. Aunque los sistemas fotovoltaicos están diseñados para lograr la máxima eficiencia, los fusibles suelen tener pérdidas de potencia que van desde unos pocos vatios hasta cerca de 10 vatios. En consecuencia, hay una necesidad de un dispositivo de protección de circuito que tenga pérdidas de potencia más bajas con el fin de proporcionar una mayor eficiencia en los sistemas fotovoltaicos.

55 [0007] La presente invención proporciona un dispositivo de protección de circuito que proporciona una mayor eficiencia energética a los sistemas fotovoltaicos.

Resumen de la invención

60 [0008] Según la presente invención, se proporciona un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1.

[0009] Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de protección de circuito para sistemas fotovoltaicos que reduce pérdidas de potencia, mejorando así su eficiencia energética.

65

15

25

35

45

55

65 E10786840

14-08-2014

[0010] Es otro objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de protección de circuito para sistemas fotovoltaicos que permite una sustitución de tipo enchufe conveniente.

[0011] Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de protección de circuito para sistemas fotovoltaicos, en el que el dispositivo tiene dimensiones adecuadas para su aplicación en múltiples aplicaciones.

[0012] Estos y otros objetos y ventajas se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de formas de realización preferidas de la presente invención, tomada junto con los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

[0013] La invención puede tomar forma física en ciertas partes y disposiciones de partes, una forma de realización de la cual se describirá en detalle en la memoria y se ilustrará en los dibujos adjuntos que forman parte de la misma, y en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece de un conjunto que incluye un dispositivo de protección de circuito y un soporte, según una realización de la presente invención; La figura 2 es una vista en perspectiva en despiece de un alojamiento del dispositivo de protección de circuito mostrado en la figura 1; La figura 3 es una vista en sección transversal del dispositivo de protección de circuito de la figura 1, incluyendo el dispositivo de protección de circuito un conjunto de sobrecarga mostrado en una posición de circuito cerrado; La figura 4 es una vista en sección transversal, tomada a lo largo de las líneas 4-4 de la figura 3; La figura 5 es una vista en perspectiva en despiece del conjunto de sobrecarga del dispositivo de protección de circuito; La figura 6 es una vista en sección transversal ampliada de una zona superior del dispositivo de protección de circuito de la figura 1, el conjunto de sobrecarga mostrado en una posición de circuito abierto (es decir, condición de sobrecarga); La figura 7 es una vista en sección transversal de un dispositivo de protección de circuito que tiene un shunt de derivación según una alternativa de realización; La figura 8 es una vista en perspectiva en despiece de un conjunto que incluye un dispositivo de protección de circuito y un soporte, según una segunda realización de la presente invención; La figura 9 es una vista en sección transversal del dispositivo de protección de circuito de la figura 8 según la segunda realización de la presente invención, en la que el conjunto de sobrecarga se muestra en una posición de circuito cerrado; y La figura 10 es una vista en sección transversal ampliada de una zona superior del dispositivo de protección de circuito de la figura 8 según la segunda realización de la presente invención, en la que el conjunto de sobrecarga se muestra en una posición de circuito abierto.

Descripción detallada de la realización preferida

[0014] Haciendo referencia ahora a los dibujos en los que las representaciones tienen el propósito de ilustrar una forma de realización preferida de la invención solamente, y no el propósito de limitarla, la figura 1 es una vista en perspectiva en despiece de conjunto de fusible 10 que incluye un dispositivo de protección de circuito 20 y una montura o soporte de fusible 70, según una realización de la presente invención.

[0015] El dispositivo de protección de circuito 20 comprende componentes (descritos más abajo) para proteger sistemas fotovoltaicos de condiciones de sobrecorriente. Los componentes funcionales están contenidos dentro de un alojamiento de forma general rectangular 22 que comprende una sección de base de forma general rectangular 22A y una sección de tapa de forma general rectangular 22B, como se aprecia mejor en la figura 2. La sección de base 22A está adaptada para recibir y soportar los componentes operativos del dispositivo de protección de circuito

20. Con esta finalidad, sección de base 22A incluye una pared de fondo sustancialmente plana 30, una pared posterior 24 y paredes laterales opuestas 26, 28. Un recinto 50 y una pared divisoria en forma de U 60 se extienden desde la pared posterior 24. El recinto 50 incluye una sección superior 52 y una sección de pata alargada 56. La sección superior 52 define una ranura 53. La sección de pata 56 incluye una parte doblada hacia dentro 58 que tiene una cara 58a. La sección de pata 56 actúa como un escudo para evitar cortocircuitos, tal como se describirá a continuación. La pared divisoria 60 está configurada para definir dos compartimentos o zonas separadas 110a, 110b dentro del alojamiento 22. La pared divisoria 60 incluye superficies inclinadas 62a, 62b. Un par de ranuras 30a y 30b formadas en la pared de fondo 30 están alineados respectivamente con un par de ranuras 66A y 66B definidas por la pared divisoria 60 y las paredes laterales 26, 28.

[0016] La sección de tapa 22B incluye una pared superior sustancialmente plana 40 y una estructura en forma general de U compuesta por una pared frontal 44 y paredes laterales opuestas 46 y 4. Las paredes laterales 46 y 48 incluyen porciones cónicas respectivas 47 y 49 que tienen nervaduras formadas en sus superficies exteriores. Las nervaduras facilitan el agarre del alojamiento 22. Para montar el alojamiento 22, la sección de tapa 22B se fija a la sección de base 22A en forma de cerradura de resorte o mediante soldadura por ultrasonidos, como se conoce convencionalmente. Cuando el alojamiento 22 está ensamblado, las paredes laterales 26, 28 de la sección de base

15

25

35

45

55

65 E10786840

14-08-2014

22A son paralelas a las paredes laterales 46, 48 de la sección de tapa 22B, la pared posterior 24 de la sección de base 22A está dispuesta opuesta y paralela a la pared frontal 44 de la sección de tapa 22B, y la pared de fondo 30 de sección de base 22A está dispuesta opuesta y paralela a la pared superior 40 de la sección de tapa 22B, como se ve mejor en las figuras 1 y 3-4. Se contempla que el alojamiento 22 pueda incluir una abertura o ventana (no mostrada) para permitir que los componentes operativos del dispositivo de protección de circuito 20 puedan ser vistos a través del alojamiento 22. El alojamiento 22 está hecho preferentemente de un material polímero, tal como Rynite FR550 (R) de DuPont. En una forma de realización de la presente invención, el alojamiento ensamblado 22 tiene una altura de aproximadamente 4.191 cm (1.65 pulgadas), una anchura de aproximadamente 3.7846 cm (1.49 pulgadas), y una profundidad de aproximadamente 1.6002 cm (0.63 pulgadas).

[0017] El soporte 70 recibe al dispositivo de protección de circuito 20 y conecta eléctricamente el dispositivo de protección de circuito 20 a un circuito eléctrico, tal como se describirá más abajo. El soporte 70 está compuesto generalmente por una pared frontal en forma de U 74, una pared posterior en forma de U 76, un par de paredes laterales 78A, 78B, porciones de pared superior 84A, 84B, partes laterales 86A, 86B, y la parte de pared central 90, tal como se muestra en la figura 1. Las porciones de pared superior 84A, 84B, las partes laterales 86A, 86B la parte de pared central 90 definen una abertura 94 dimensionada para recibir dispositivo de protección de circuito 20.

[0018] Una abertura 80, que conduce a una cavidad interna del soporte 70, está formada en la pared lateral 78B. La cavidad interna está dimensionada para recibir un conector de terminal convencional (no mostrado) que incluye un par de clips de fusible. Un par de agujeros 85 formados en la pared superior porciones 84A y 84B están dimensionados para recibir tornillos de sujeción de cables para sujetar el conector de terminal dentro de la cavidad interna del soporte 70. La parte de pared central 90 incluye un par de ranuras 92a, 92b dimensionadas para recibir electrodos (descritos más abajo) de dispositivo de protección de circuito 20. Los electrodos de dispositivo de protección de circuito 20 se conectan eléctricamente con el conector de terminal situado en la cavidad interna de soporte 70.

[0019] En la realización ilustrada, un canal 98 está formado en pared de fondo parte 96, y está dimensionado para recibir un raíl DIN de 35 mm convencional 5, permitiendo de este modo que el soporte 70 pueda ser montado en un conjunto de carril DIN (no mostrado). Se contempla que el dispositivo de protección del circuito 22 pueda ser adaptado para aplicaciones de varios polos.

[0020] Los componentes del dispositivo de protección de circuito 20 dispuestos dentro del alojamiento 22 se describirán a continuación con referencia a las figuras 3-5. Las figuras 3 y 4 muestran una cavidad interior 110 del alojamiento 22 que comprende una sección de base 22A y una sección de tapa 22B. Tal como se ha discutido antes, la pared divisoria 60 divide la cavidad interior 110 en zonas superior e inferior 110a, 110b.

[0021] Los componentes operativos del dispositivo de protección de circuito 20 incluyen un conjunto de sobrecarga 120, unos elementos térmicos primero y segundo 160 y 180, unos electrodos primero y segundo 200 y 210, y un shunt de derivación 230.

[0022] Una vista en despiece del conjunto de sobrecarga 120 según una realización de la presente invención se muestra en la figura 5. El conjunto de sobrecarga 120 comprende generalmente una copa 122, un pasador de metal sustancialmente cilíndrico 140, y un elemento de solicitación 152. El conjunto de sobrecarga 120 conecta eléctricamente el primer elemento térmico 160 con el segundo elemento térmico, y actúa un elemento de conmutación móvil entre una posición cerrada y una posición abierta (es decir, condición de sobrecarga), tal como se describirá con más detalle más abajo. Se contempla que el conjunto de sobrecarga 120, desplazable entre a unas posiciones abierta y cerrada, puede tomar la forma de un tipo alternativo de elemento de conmutación.

[0023] La copa 122 incluye una parte de brida anular 122a y una pared de fondo 124. Una abertura circular 124a está formada en la pared de fondo 124. La copa 122 está hecha de un material conductor (por ejemplo, metal), y está dimensionada para recibir el pasador 140 y el elemento de solicitación 152, tal como se explicará con más detalle a continuación. En la realización ilustrada, el elemento de solicitación 152 toma la forma de un muelle de compresión de metal.

[0024] El pasador 140 incluye una parte de brida anular 140a y una sección de cuerpo que comprende una primera parte cilíndrica 142, una segunda parte cilíndrica 144, una tercera parte cilíndrica 146 y una cuarta parte cilíndrica

148. Los diámetros exteriores de cada parte cilíndrica 142, 144, 146 y 148 son progresivamente menores, como se ve mejor en la figura 5. Una superficie anular orientada axialmente 142a se define entre la primera parte cilíndrica 142 y la segunda parte cilíndrica 144. Una superficie anular orientada axialmente 146a está formada entre la tercera parte cilíndrica 146 y la cuarta parte cilíndrica 148.

[0025] El primer elemento térmico 160 comprende una parte de extremo 162, una parte intermedia 166 y una parte de acoplamiento con forma de L 168. Una abertura circular 162a está formada en la parte de extremo 162. La abertura 162a tiene un diámetro que es menor que el diámetro exterior de la parte cilíndrica 142, pero mayor que el diámetro exterior de la segunda parte cilíndrica 144 del pasador 140, de modo que el movimiento de las partes cilíndricas 144, 146 y 148 a través de la abertura 162a no se ve obstaculizado. Una pluralidad de agujeros 166a

15

25

35

45

55

65 E10786840

14-08-2014

están formados en la parte intermedia 166. En una forma de realización, los agujeros 166a tienen un diámetro de aproximadamente 0.07874 cm (0.031 pulgadas) y tienen centros que están espaciados uniformemente a intervalos de 0.635 cm (0.25 pulgadas). Los agujeros 166a reducen el área de la trayectoria de la corriente, lo que limita la capacidad de conducción de corriente del primer elemento térmico 160. En una forma de realización de la presente invención, el área reducida limita la corriente cuando se expone a corrientes de fallo de más de 10 veces la capacidad de estado estacionario nominal del dispositivo de protección del circuito 20. La parte de acoplamiento con forma de L 168 está dimensionada para recibir un primer extremo del primer electrodo 200.

[0026] El primer electrodo 200 es una placa alargada, generalmente plana dispuesta en la ranura 66A. El primer extremo del primer electrodo 200 está conectado eléctricamente con el primer elemento térmico 160, y un segundo extremo del primer electrodo 200 se extiende fuera del alojamiento 22 a través de una ranura 30a formada en la pared inferior 30, como se ve mejor en las figuras 3 y 4. La sección del primer electrodo 200 que se extiende fuera del alojamiento 22 proporciona un primer terminal de hoja 202.

[0027] El segundo elemento térmico 180 comprende una parte de extremo 182, una parte intermedia 186 y una parte de acoplamiento con forma de L 188. Una abertura circular 182a está formada en la parte de extremo 182. La abertura 182a tiene un diámetro que es menor que el diámetro exterior de parte cilíndrica 146, pero mayor que el diámetro exterior de parte cilíndrica 148 de pasador 140, de modo que el movimiento de la parte cilíndrica 148 a través de la abertura 182a no se ve obstaculizado. Una pluralidad de agujeros 186a están formados en la parte intermedia 186. En una forma de realización, los agujeros 186a tienen un diámetro de aproximadamente 0.031 pulgadas, y tienen centros que están espaciados uniformemente a intervalos de aproximadamente 0.25 pulgadas. Igual que los agujeros 166a del primer elemento térmico 160, los agujeros 186a también reducen el área para el paso de corriente, lo que limita la capacidad de conducción de corriente del segundo elemento térmico 180. En una realización de la presente invención, el área reducida limita la corriente cuando se expone a corrientes de fallo de más de 10 veces la capacidad de estado estacionario nominal del dispositivo de protección del circuito 20. La parte de acoplamiento con forma de L 188 está dimensionada para recibir un primer extremo de segundo electrodo 210.

[0028] El segundo electrodo 210 es una placa alargada, generalmente plana dispuesta en la ranura 66B. El primer extremo del segundo electrodo 210 está conectado eléctricamente con el segundo elemento térmico 180, y un segundo extremo del segundo electrodo 210 se extiende fuera del alojamiento 22 a través de la ranura 30b formada en la pared de fondo 30, como se aprecia mejor en las figuras 3 y 4. La sección del segundo electrodo 210 que se extiende fuera del alojamiento 22 proporciona un segundo terminal de hoja 212.

[0029] Los elementos térmicos primero y segundo 160, 180 están preferentemente hechos de un material eléctricamente conductor tal como una aleación de cobre (por ejemplo, de bronce fósforo). En una forma de realización de la presente invención, loa elementos térmicos primero y segundo 160, 180 tienen una anchura de aproximadamente 0.635 cm (0.250 pulgadas) y tienen un espesor de aproximadamente 0.02286 cm (0.009 pulgadas). Los electrodos primero y segundo 200, 210 están preferentemente hechos de cobre. En una forma de realización de la presente invención, los electrodos primero y segundo 200, 210 tienen dimensiones de aproximadamente 0.3175 cm (0.125 pulgadas) (espesor) de aproximadamente 0.9525 cm (0.375 pulgadas)(anchura).

[0030] En la realización ilustrada, el shunt de derivación 230 es un cable arrollado 232, preferentemente hecho de manganina o nicromo. El shunt de derivación 230 proporciona un camino eléctrico entre el primer electrodo 200 y el segundo electrodo 210. En una forma de realización de la presente invención, el shunt de derivación 230 tiene un umbral de corriente en el intervalo de aproximadamente 5A a aproximadamente 15A, y más preferentemente en el intervalo de aproximadamente 10A a aproximadamente 15A.

[0031] A continuación se describirá con más detalle el ensamblado del dispositivo de protección de circuito 20 con referencia a las figuras 2-5. En una forma de realización de la presente invención, el conjunto de sobrecarga 120, los elementos térmicos primero y segundo 160 y 180, los electrodos primero y segundo 200, 210 y el shunt de derivación 230 se pre-ensamblan antes de su inserción en la cavidad interior 110 del alojamiento 22. Primero, la parte de acoplamiento 168 del primer elemento térmico 160 y la parte de acoplamiento 188 del segundo elemento térmico 180 se sueldan respectivamente a los electrodos primero y segundo 200, 210. Se utiliza una soldadura metálica a alta temperatura tal como plata, plomo o aleación para unir los electrodos primero y segundo 200, 210 al primer elemento térmico 160 y al segundo elemento térmico 180.

[0032] El pre-ensamblado del dispositivo de protección de circuito 20 también comprende posicionar relativamente los electrodos primero y segundo 200, 210 entre sí de modo que los elementos térmicos 160, 180 están distanciados, tal como se muestra en la figura 5. Con los electrodos primero y segundo 200, 210 en esta posición, la superficie exterior de la pared de fondo 124 de la copa 122 se une a la superficie superior de la parte de extremo 162 del primer elemento térmico 160. La abertura circular 124a de la pared de fondo 124 está alineada concéntricamente con la abertura circular 162a. Se utiliza una soldadura de Resistencia o una soldadura de aleación a alta temperatura que tiene una temperatura de fusión mayor que aproximadamente 180°C (tal como una aleación al 40% de estaño/ plomo) para unir la copa 122 al primer elemento térmico 160. El elemento de solicitación 152 se monta en el pasador 140, y entonces se inserta el pasador 140 a través de la abertura 124a de la pared de fondo

15

25

35

45

55

65 E10786840

14-08-2014

124. El elemento de solicitación 152 se comprime de modo que al menos la tercera parte cilíndrica 146 del pasador 140 se extiende a través de la abertura 162a en la parte de extremo 162 del primer elemento térmico 160. La cuarta parte cilíndrica 148 del pasador 140 se inserta a través de la abertura 182a de la parte de extremo 182 del elemento térmico 180, y la superficie anular 146a de la tercera parte cilíndrica 146 está en contacto con la superficie superior de la parte de extremo 182.

[0033] Una soldadura 156 que tiene una baja temperatura de fusión se utiliza para unir la superficie anular 146a del pasador 140 la parte de extremo 182 del segundo elemento térmico 180. La soldadura 156 está preferentemente hecha de un material que tiene una temperatura de reblandecimiento o temperatura de fusión relativamente baja. Se puede utilizar una aleación metálica o un polímero que tiene una temperatura de reblandecimiento baja. El material de soldadura es preferentemente un sólido a temperatura ambiente (25°C), y es sólido hasta temperaturas de hasta aproximadamente 65°C. Preferentemente, un material de soldadura tiene una temperatura de fusión o de reblandecimiento en el intervalo de aproximadamente 70°C y aproximadamente 150°C, más preferentemente en el intervalo de aproximadamente 125°C y aproximadamente 145°C, y aún más preferentemente en el intervalo de aproximadamente 134°C y 145°C. Más preferentemente, el material de soldadura comprende una aleación eutéctica, tal como una aleación Sn/Bi que tiene una temperatura de fusión o reblandecimiento de aproximadamente 134°C.

[0034] El pre-ensamblado también incluye respectivamente soldar los extremos primero y segundo 230a, 230b del shunt de derivación 230 a los electrodos primero y segundo 200 y 210. Una soldadura de alta temperatura metálica, tal como plata, plomo o aleaciones se utiliza para unir los electrodos primero y segundo 200, 210 al shunt de derivación 230.

[0035] El conjunto de sobrecarga 120 ensamblado, los elementos térmicos primero y segundo 160 y 180, los electrodos primero y segundo 200, 210 y el shunt de derivación 230 se disponen entonces dentro de la sección de base 22A (figura 1) del alojamiento 22 tal como se muestra en la figura 3. Los electrodos primero y segundo 200, 210 están respectivamente situados dentro de las ranuras 66A, 30a y 66B, 30b y el elemento de solicitación 152 se comprime, tal como se ilustra en las figuras 3 y 4. Las superficies inclinadas 62a y 62b proporcionan respectivamente soporte a los elementos térmicos primero y segundo 160 y 180.

[0036] En una realización de la presente invención, el conjunto de sobrecarga 120 y los elementos térmicos primero y segundo 160, 180 están envueltos por unos medios de extinción de arco 242 que están dispuestos dentro de la zona superior 110a de la cavidad interior 110, y el shunt de derivación 230 está envuelto por unos medios de extinción de arco 244 que están dispuestos dentro de la zona inferior 110b de la cavidad interior 110. Los medios de extinción del arco pueden tomar la forma de materiales, incluyendo pero no limitados a, silicatos (por ejemplo, arena de cuarzo), materiales de silicona, polímeros de poliamida termoplástica, y ácidos grasos polimerizados. En la realización, los medios de extinción del arco 242 que se ilustran en la zona superior 110a son de arena de cuarzo de sílice, y los medios de extinción de arco 244 en la zona inferior 110b es un sellador de silicona RTV (Room Temperature Vulcanizing -vulcanización a temperatura ambiente).

[0037] Para completar el ensamblado del dispositivo de protección de circuito 20, la sección de tapa 22b del alojamiento 22 se une a la sección de base 22a del alojamiento 22 para bloquear los componentes operativos en posición relativa dentro de la cavidad 110.

[0038] Haciendo referencia ahora a la figura 7, en ella se muestra una forma de realización del dispositivo de protección de circuito que tiene un shunt de derivación según una alternativa de realización. El dispositivo de protección de circuito 20A comprende esencialmente los mismos componentes básicos que el dispositivo de protección de circuito 20 descrito más arriba. Sin embargo, un elemento fusible 236 se sustituye por el alambre en espiral 232 del shunt de derivación 230. Los componentes similares de los dispositivos de protección de circuitos 20 y 20A tienen los mismos números de referencia. En esta forma de realización, no se requieren medios de extinción del arco 244 en la zona inferior 110b.

[0039] En la realización ilustrada, el elemento de fusible 236 toma la forma de un fusible de cartucho de tipo casquillo convencional montado en un portafusible (no mostrado). El soporte de cartucho puede incluir un par de clips de fusibles (no mostrados) para conectar respectivamente los terminales del elemento fusible 236 a los electrodos primero y segundo 200, 210. Unos ejemplos de fusibles de cartucho de tipo casquillo adecuados, incluyen, pero no se limitan a, los fusibles que tienen un umbral de corriente en el intervalo de aproximadamente 5A a aproximadamente 15A, y una tensión nominal en el intervalo de aproximadamente 300V a aproximadamente 1000V.

[0040] A continuación se describirá el funcionamiento del dispositivo de protección de circuito 20 con referencia particular a las figuras 1, 3 y 6. Se debe apreciar que el dispositivo de protección de circuito 20A funciona sustancialmente de la misma manera que el dispositivo de protección de circuito 20, y por lo tanto no se describirá por separado. El alojamiento 22 de dispositivo de protección de circuito 20 se inserta en la abertura 94 del soporte 70 de modo que los terminales de hoja 202, 212 de los electrodos primero y segundo 200, 210 se insertan respectivamente a través de las ranuras 92a y 92b del soporte 70 (figura 1). Los terminales de hoja 202, 212 de los

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65 E10786840

14-08-2014

electrodos primero y segundo 200, 210 están conectados eléctricamente a un circuito eléctrico mediante clips de fusible de un conector de terminal (no mostrado) situado dentro de la cavidad interna del soporte 70. El primer electrodo 200 está conectado eléctricamente con una primera línea de un circuito eléctrico a través del conector de terminal, mientras que el segundo electrodo 210 está conectado eléctricamente con una segunda línea del circuito eléctrico a través del conector de terminal. Las líneas primera y segunda de los circuitos eléctricos pueden ser, respectivamente, una toma de tierra, una línea de potencia, una línea de potencia o viceversa.

[0041] Cuando el conjunto de sobrecarga 120 está en la posición cerrada, tal como se muestra en las figuras 3 y 4, se proporciona un primer trayecto conductor entre el primer electrodo 200 y el segundo electrodo 210, es decir, a través de el primer elemento térmico 160, la copa 122, el elemento de solicitación 152, el pasador 140 y el segundo elemento térmico 180. El shunt de derivación 230 proporciona un segundo trayecto conductor entre el primer electrodo 200 y el segundo electrodo 210 que es paralelo al primer trayecto conductor. La sección de pata 56 de la envoltura 50 actúa como un blindaje para impedir un corto circuito entre la parte de extremo 162 del primer elemento térmico 160 y la parte intermedia 186 del segundo elemento térmico 180.

[0042] Cuando ocurre una condición de sobre-intensidad (es decir, que se excede el umbral de corriente de dispositivo de protección de circuito 20), la temperatura de los elementos térmicos primero y segundo 160, 180 aumentará, provocando así que la soldadura 156 se reblandezca y funda a medida que la temperatura de la soldadura 156 aumenta más allá de su temperatura de fusión. En consecuencia, el pasador 140 se separa del segundo elemento térmico 180, poniendo fin a la conexión eléctrica entre el conjunto de sobrecarga 120 y el segundo elemento térmico 180. A este respecto, el conjunto de sobrecarga 120 de desplaza desde una posición cerrada (figura 3) a una posición abierta (es decir, una condición de sobrecarga), puesto que el elemento de solicitación 152 obliga al pasador 140 a alejarse del segundo elemento térmico 180, tal como se muestra en la figura

6. Como resultado, el camino de conducción a través de los elementos térmicos primero y segundo 160 y 180 se abre. En una forma de realización de la presente invención, el umbral de corriente de dispositivo de protección de circuito 20 está en el intervalo de aproximadamente 8A a aproximadamente 60A.

[0043] En respuesta al desplazamiento del conjunto de sobrecarga 120 a la posición abierta (es decir, la abertura del primer trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo 200, 210), tal como se muestra en la figura 6, el camino de conducción se deriva mediante el shunt de derivación 230. Por lo tanto, la corriente residual fluye a través del shunt de derivación 230 cuando el conjunto de sobrecarga 120 se mueve a la posición abierta. La conducción de la corriente continúa a través del shunt de derivación 230 hasta que el shunt de derivación 230 se funde (es decir, desaparece), abriendo de este modo el segundo trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo 200,

210. El arco eléctrico queda contenido dentro del shunt de derivación 230, hasta extinguirse por los medios de extinción del arco 244. Después de haberse "fundido" el shunt de derivación 230, el segundo trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo 200, 210 se mantiene permanentemente abierto. El shunt de derivación 230 impide el arco con respecto a los elementos térmicos primero y segundo 160, 180, y reduce las pérdidas de potencia.

[0044] Haciendo referencia ahora a las figuras 8-10, se muestra conjunto de fusible 10B según una segunda realización de la presente invención. El conjunto de fusible 10B incluye un dispositivo de protección de circuito 20B y una montura o soporte de fusible 70B. El dispositivo de protección de circuito 20B y el soporte 70B son sustancialmente similares al dispositivo de protección de circuito 20 y el soporte 70, y por lo tanto los componentes se identifican con los mismos números de referencia en los dibujos. Se describirán a continuación en detalle los componentes de dispositivo de protección de circuito 20B y el soporte 70B que difieren del dispositivo de protección de circuito 20 y el soporte 70.

[0045] Con referencia a la figura 8, dispositivo de protección de circuito 20B incluye una protuberancia 32 que se extiende hacia afuera desde la pared de fondo 30 de la sección de base 22A del alojamiento 22. La protuberancia 32 está dimensionada para ser recibida en un rebaje 91 formado en la parte de pared central 90 del soporte 70B. En la realización ilustrada, la protuberancia 32 y el rebaje 91 tienen una configuración de forma triangular que permite que los terminales de hoja primero y segundo 202, 212 del dispositivo de protección de circuito 20B se puedan insertar en las ranuras 92a, 92b del soporte 70B solamente con una orientación. En consecuencia, se evita la conexión eléctrica inadecuada a los conectores de terminales dentro de la cavidad interna de soporte 70B. Por otra parte, la protuberancia 32 y el rebaje 91 pueden estar configurados con diferentes formas y / o dimensiones para discriminar entre los dispositivos de protección de circuitos de diferentes capacidades de voltaje. Se contempla que las ubicaciones de la protuberancia y el rebaje complementario puedan ser invertidos, en el que la protuberancia 32 pueda estar formada en la parte de pared central 90, y el rebaje 91 formado en la pared de fondo 30.

[0046] El dispositivo de protección de circuito 20B también incluye un elemento indicador 141 que sobresale a través de un agujero 42 formado en la pared superior 40 de sección de tapa 22B cuando una condición de sobrecarga ha ocurrido, como se explicará a continuación con referencia a las figuras 9 y 10. La envoltura 50 del dispositivo de protección de circuito 20B incluye un canal 54 formado en la sección superior 52. El canal 54 está dimensionado para recibir un elemento indicador 141 que se extiende desde la parte de reborde 140a del pasador 140. En la realización ilustrada, el elemento indicador 141 adopta la forma de un montante cilíndrico.

E10786840

14-08-2014

[0047] Como se ilustra en la figura 9, el elemento indicador 141 está situado dentro del alojamiento 22 cuando el conjunto de sobrecarga 120 está en la posición cerrada. Cuando ocurre una condición de sobrecarga, y el conjunto de sobrecarga 120 se mueve a la posición abierta, y la parte de extremo 141a del elemento indicador 141 se desplaza a través del agujero 42 en la pared superior 40, a medida que el elemento de solicitación 152 obliga al

5 pasador 140 a alejarse del segundo elemento térmico 180. Por lo tanto, la parte de extremo 141a del elemento indicador 141 sobresale del alojamiento 22 proporcionando así una indicación visual externa de una condición de sobrecarga.

[0048] Se contempla que el dispositivo de protección de circuito 20B se pueda configurar de manera alternativa con 10 un shunt de derivación 230, tal como se proporciona en la realización mostrada en la figura 7.

[0049] Las ventajas del dispositivo de protección del circuito descrito anteriormente, incluyen bajas pérdidas de potencia (es decir, mayor eficiencia), un reemplazo de enchufe que no requiere la eliminación del cableado, y una pequeña huella que se puede utilizar en múltiples polos. El dispositivo de protección de circuito de la presente

15 invención tiene pérdidas de potencia relativamente bajas en comparación con los fusibles convencionales existentes que tienen ya sea una sola tira perforada o un elemento de cable. El conjunto de sobrecarga 120 y los elementos térmicos 160, 180 contribuyen significativamente a la reducción de las pérdidas de potencia, debido a que operan de manera eficiente y fiable durante condiciones de sobrecarga, pero tienen una capacidad de interrupción máxima relativamente baja.

20 [0050] Lo anterior describe formas de realización preferidas de la presente invención. Se debe apreciar que estas realizaciones se describen con propósitos de la ilustración solamente, y que numerosas alteraciones y modificaciones pueden ser practicadas por los expertos en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, aunque la presente invención ha sido descrita con referencia a su utilización con sistemas

25 fotovoltaicos, se contempla que la presente invención puede encontrar utilidad en conexión con otros tipos de sistemas eléctricos. Se pretende que todas estas modificaciones y alteraciones se incluyen en la medida en que están dentro del alcance de la invención según se reivindica o sus equivalentes.

Claims

E10786840

14-08-2014

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de protección de circuito (20, 20A, 20B) para proteger un circuito eléctrico de una condición de sobreintensidad, comprendiendo dicho dispositivo de protección de circuito:

5 un primer electrodo (200) conectable eléctricamente a una primera línea del circuito eléctrico; un segundo electrodo (210) conectable eléctricamente a una segunda línea del circuito eléctrico; un primer elemento térmico (160) conectado eléctricamente con el primer electrodo, estando dicho primer elemento térmico hecho de un material eléctricamente conductor;

10 un segundo elemento térmico (180) conectado eléctricamente con el segundo electrodo, estando dicho segundo elemento térmico hecho de un material eléctricamente conductor; un conjunto de sobrecarga (120) que conecta eléctricamente el primer elemento térmico con el segundo elemento térmico, en el que dicho primer elemento térmico, dicho segundo elemento térmico y dicho conjunto de sobrecarga definen un primer trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo;

15 un shunt de derivación (230) conectado eléctricamente con los electrodos primero y segundo, en el que el shunt de derivación define un segundo trayecto conductor entre los electrodos primero y segundo, siendo dicho segundo trayecto conductor paralelo al primer trayecto conductor; caracterizado por el hecho de que dicho conjunto de sobrecarga es desplazable entre (i) una posición cerrada en la que el conjunto de sobrecarga está eléctricamente conectado con el segundo elemento térmico y (ii) una posición abierta en la

20 que el conjunto de sobrecarga no está conectado eléctricamente con el segundo elemento térmico, en el que dicho dispositivo de protección de circuito también comprende:

una soldadura con baja temperatura de fusión (156) que conecta eléctricamente el conjunto de sobrecarga al segundo elemento térmico, en el que dicha soldadura con baja temperatura de

25 fusión se reblandece y se funde a medida que la temperatura aumenta en respuesta a una condición de sobre-intensidad, teniendo dicha soldadura con baja temperatura de fusión una temperatura de fusión en el intervalo que va desde aproximadamente 70°C a aproximadamente 150°C.

30 2. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho conjunto de sobrecarga se mueve a la posición abierta cuando la soldadura de baja temperatura de fusión se reblandece y se funde en respuesta a una condición de sobre-intensidad, abriendo de este modo el primer trayecto conductor.
3. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que cuando el umbral de corriente de dicho

35 dispositivo de protección de circuito se excede, la soldadura con baja temperatura de fusión se calienta por encima de su temperatura de fusión, provocando así que dicho conjunto de sobrecarga se mueva a la posición abierta para abrir el primer trayecto de corriente eléctrica entre los electrodos primero y segundo.
4. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicha soldadura con baja temperatura 40 de fusión tiene una temperatura de fusión en el intervalo de aproximadamente 134°C a aproximadamente 145°C.
5. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que el dispositivo también comprende un alojamiento (22), en el que dichos elementos térmicos primero y segundo, dicho conjunto de sobrecarga, y dicho shunt de derivación están dispuestos en dicho alojamiento.

45
6. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho segundo trayecto de corriente eléctrica paralelo a dicho trayecto de corriente eléctrica se abre cuando el shunt de derivación se funde.
7. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho shunt de derivación tiene un 50 umbral de corriente en el intervalo de aproximadamente 10A a aproximadamente 15A amperios.
8. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho primer electrodo está eléctricamente conectado con una primera línea de dicho circuito eléctrico, y dicho segundo electrodo está eléctricamente conectado con una segunda línea de dicho circuito eléctrico.

55
9. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho conjunto de sobrecarga incluye un pasador (140) para conectar eléctricamente el primer elemento térmico con el segundo elemento térmico, en el que dicho pasador está solicitado para alejarse del segundo elemento térmico por un elemento de solicitación (152).

60 10. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 9, en el que dicho elemento de solicitación es un muelle.
11. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 9, en el que dicho conjunto de sobrecarga incluye

una copa metálica (122) dimensionada para recibir el pasador y elemento de solicitación, en el que en particular 65 dicho copa metálica está eléctricamente conectada con el primer elemento térmico.

9

E10786840

14-08-2014
12.

Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho shunt de derivación es un cable arrollado (232).
13.

Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho shunt de derivación es un

5 fusible de cartucho (236) montado en un soporte de cartucho que conecta eléctricamente el fusible de cartucho a los electrodos primero y segundo.
14. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho primer elemento térmico

incluye al menos un agujero (166a) para formar un circuito abierto. 10
15.

Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho segundo elemento térmico incluye al menos un agujero (186a) para formar un circuito abierto.
16.

Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de protección de

15 circuito también comprende unos medios de extinción de arco (242, 244), en el que en particular dichos medios de extinción de arco envuelve a dichos elementos térmicos primero y segundo y/o dichos medios de extinción de arco envuelve a dicho shunt de derivación.
17. Un dispositivo de protección de circuito según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo también comprende 20 un elemento indicador (141) para proporcionar una indicación visual de una condición de sobrecarga.

10