ES2595382T3

ES2595382T3 - Dispositivo de limitación de sobretensión para redes de corriente continua

Info

Publication number: ES2595382T3
Application number: ES11701817.6T
Authority: ES
Inventors: Reinhard Vogel; Michael MÖRSCH
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: KR20130009969A; AU2011214562A1; DE102010001924A1; BR112012020480A2; EP2537219A1; KR101864184B1; AU2011214562B2; EP2537219B1; DE102010001924B4; WO2011098359A1

Abstract

Dispositivo de limitación de sobretensión (10) para redes de corriente continua (1), con un varistor (11), en donde el varistor (11) se encuentra conectado en serie a un circuito en paralelo (12) compuesta por un interruptor, preferentemente electrónico, (13) y un componente electrónico (14) con una característica de limitación de tensión, preferentemente una característica de diodo Z, o múltiples componentes electrónicos conectados en serie (14) con, en cada caso, una característica de limitación de tensión, preferentemente una característica de diodo Z, caracterizado por un dispositivo de control (19), que se encuentra dispuesto de manera tal, que cierra el interruptor (13) cuando la corriente que atraviesa el/los componente/s electrónico/s (14) con la característica de limitación de tensión sobrepasa un valor predeterminado.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de limitacion de sobretension para redes de corriente continua

La presente invention hace referencia a un dispositivo de limitacion de sobretension para redes de corriente continua conforme al concepto generico de la revindication 1.

Para el almacenamiento de energla en redes de corriente continua (CC) se implementan, preferentemente, baterlas o acumuladores (denominados en lo sucesivo, por cuestiones de simplicidad, como “baterlas”. Para la protection de baterlas de este tipo y para la proteccion de consumidores individuales se utilizan, por un lado, dispositivos de proteccion que hacen posible una supresion selectiva de un cortocircuito. Para lograr esto, se asignan a la baterla elementos de proteccion que, en el caso de un cortocircuito responden de manera retardada, como por ejemplo disyuntores electromecanicos retardados con reconocimiento de sobretension y un periodo de retardo de, por ejemplo, > 100 ms. A cada uno de los consumidores, en cambio, se le asignan elementos de proteccion que trabajan sin retardo o, al menos, presentan un retardo menor, por ejemplo disyuntores electromecanicos sin retardo con un tiempo total de retardo de aprox. 30 ms o fusibles con un periodo de retardo dependiente de la corriente de cortocircuito de < 1...40 ms, de manera que se puede lograr la selectividad de la supresion de cortocircuito.

En redes de corriente continua de alta tension, como las que se utilizan, por ejemplo, en submarinos y en las que el almacenamiento de energla se realiza en baterlas de alto rendimiento, la constante temporal aplicable en caso de cortocircuito con la que aumenta la corriente es tan pequena, por ejemplo < 1...3 ms, que incluso con la utilization de elementos de proteccion sin retardo la corriente de cortocircuito alcanza casi o completamente el valor de la corriente de cortocircuito estacionaria. Ademas, debido a la muy baja resistencia ohmica interna de las baterlas, los cables de potencia, las barras de distribution, etc. la corriente de cortocircuito accionada por la baterla es muy grande y puede ascender a varios 10 kA.

En el caso de un cortocircuito en una salida de un consumidor, el elemento de proteccion sin retardo se desconecta en el caso de esta gran corriente e impide mayores danos debido a sobrecargas en la salida del consumidor afectada.

Debido a la energla almacenada en las inductancias parasitas de la baterla, de los tramos de cables, etc., la corriente de cortocircuito alimentada por el acumulador de energla o la fuente de tension, sin embargo, sigue fluyendo hasta que esta energla se degrada o se haya traspasado a acumuladores de energla capacitivos. La degradation de la energla almacenada en las inductancias parasitas se realiza solo en una pequena parte en el arco voltaico de los contactos que se abren o fusibles de los elementos de proteccion de los consumidores. La energla que no se degrada en el arco voltaico fluye a traves de la red hacia los otros consumidores conectados y puede causar sobretensiones considerables, de manera que se pueden danar, especialmente, consumidores sensibles a la tension. Tales consumidores sensibles a la tension son, especialmente convertidores electronicos de potencia y reguladores con condensadores electrollticos del lado de la corriente continua, que, por regla general, por cuestiones de gastos, espacio y disponibilidad no pueden ser dimensionados para sobretensiones considerables. A menudo, en el caso de estos convertidores el valor de tension maximo admitido con sobretension solo se encuentra aprox. 33 % por encima del valor en estado de red de alimentation sin fallas. De este modo, existen grandes exigencias de una limitacion efectiva, rapida y con tolerancia estrecha de las sobretensiones que se presentan.

De la WO 2006/003191 A1 ya se conoce la posibilidad de limitar las sobretensiones ocasionadas en redes de alimentacion electrica de CC por alimentacion transversal de energla de consumidores, por ejemplo alimentacion transversal de energla de motores o generadores CC en el caso de escasa carga de la red de alimentacion, y para ello, en el caso de una tension de red demasiado alta, un circuito de reconocimiento de tension acciona un IGBT que, a su vez, toma energla de la red a traves de una resistencia ohmica.

Con el mismo principio de funcionamiento trabajan los, as! llamados “chopper de frenado”, que son usuales en practicamente todos los convertidores de impulsos con alimentacion de diodos del lado de la red, ya que la energla de frenado de la maquina electrica no puede ser realimentada a la red, sino que es transformada en calor en el convertidor indirecto de CC, en la resistencia ohmica all! dispuesta, y en caso de necesidad conectada adicionalmente.

Esta disposition es adecuada especialmente para aquellos casos de sobretension ocasionados por una alimentacion transversal de energla en comparacion prolongada, pero, desde el punto de vista de la cantidad de corriente, limitada a algunos cientos de amperes, como puede suele suceder en el caso de la alimentacion transversal de energla en maquinas electricas. Para la degradacion de energla de impulsos de sobretension breves, en el rango de milisegundos, que resultan de corrientes muy altas en el rango de algunos 10 kA, sin embargo, debido a la limitada capacidad de carga de corriente de conmutadores semiconductores de potencia IGBTs o tambien IGCTs deben ser conectados en paralelo multiples conmutaciones de este tipo, lo que requiere un gran esfuerzo tecnico.

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Otra posibilidad de solucion usual para la limitacion de sobretensiones consiste en la utilizacion de resistencias dependientes de la tension para la proteccion contra sobretension, as! llamados “varistores”. Junto con conexiones para convertidores son utilizadas, preferentemente, para la limitacion de tensiones por rayos o tensiones de activacion. Sin embargo, de esta manera no se puede alcanzar una limitacion de sobretension en aprox. 1,33 veces el valor de la tension de funcionamiento nominal permanente, ya que la curva caracterlstica de limitacion de tales elementos constructivos no es lo suficientemente elevada.

Para los casos de limitacion de tension en los que la tension maxima admitida solo se encuentra un poco por encima del valor de la tension de funcionamiento nominal permanente, se recomienda la implementacion de diodos zener (diodos z), que poseen una curva caracterlstica de limitacion muy elevada. Sin embargo, tales componentes solo se encuentran disponibles en el rango de potencias pequenas (hasta algunos vatios) y de este modo no pueden ser implementados en el campo de redes de CC de alta tension para la limitacion de impulsos de sobretension de gran energla.

De la FR 2 801 441 A1 se conoce un dispositivo para la limitacion de sobretension, en donde el diodo zener se encuentra conectado en serie a un circuito en paralelo compuesto por un interruptor y un componente electronico con una caracterlstica de limitacion de tension.

Tambien de la US 5 038 245 A y la US 6 226 166 B1 se conoce un dispositivo de limitacion de tension de este tipo.

En suma se puede concluir, que hasta el momento no se conoce una solucion satisfactoria y sencilla en cuanto a la tecnica para limitar sobretensiones en redes de CC de alta tension, resultantes de la desconexion de corrientes de cortocircuito en el rango kA, a un nivel de tension que se encuentre solo un poco por encima de la tension de funcionamiento nominal.

Es por ello tarea de la presente invention, indicar un dispositivo de limitacion de sobretension para redes de corriente continua, que posibilite la dispersion de, comparativamente, cantidades de energla grandes con altas corrientes propulsoras y, comparativamente, de diferencias reducidas entre tension maxima admisible y tension de funcionamiento normal de la red, para garantizar as! la proteccion de consumidores, especialmente de consumidores sensibles a la tension, como por ejemplo conexiones de convertidores electronicos de potencia.

Esta tarea es resuelta por un dispositivo de limitacion de sobretension conforme a la revindication 1. Los disenos ventajosos son objeto de las reivindicaciones secundarias.

Un dispositivo de limitacion de sobretension conforme a la invencion comprende un varistor, que se encuentra conectado en serie a un circuito en paralelo compuesto por un interruptor, preferentemente electronico, y un componente electronico con una caracterlstica de limitacion de tension, preferentemente una caracterlstica de diodo Z, o multiples componentes electronicos conectados en serie con, en cada caso, una caracterlstica de limitacion de tension, preferentemente una caracterlstica de diodo Z, y en donde el dispositivo de limitacion de sobretension presenta un dispositivo de control, que se encuentra dispuesto de manera tal, que cierra el interruptor cuando la corriente que atraviesa el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension sobrepasa un valor predeterminado. Bajo componente electronico con una caracterlstica de diodo Z se entiende un componente, que en vista de su curva caracterlstica de tension de corriente, posee la misma caracterlstica que un diodo Z.

A traves de la conexion en serie del varistor con el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension es posible elevar mas la curva caracterlstica de la limitacion de tension de la solucion conforme a la invencion frente a la utilizacion solo del varistor en el rango de corrientes de derivation bajas. Con ayuda del interruptor, que en estado cerrado, es decir, en el caso de paso de corriente, puentea el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension es posible desconectar o conectar especlficamente el incremento de la pendiente de la curva caracterlstica de limitacion de tension de la solucion conforme a la invencion respecto de la utilizacion solo del varistor.

El cierre del interruptor se realiza mediante un dispositivo de control, que cierra el interruptor, es decir, conmuta a paso de corriente, cuando la tension a limitar y/o la corriente generada por la conexion en serie de varistor y el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension sobrepasa un valor predeterminado, ya que la corriente que atraviesa ambos componentes conectados en serie es determinada por la suma de las resistencias dependientes de la tension de estos dos componentes y por la tension que existe en esta conexion en serie.

La apertura del interruptor puede realizarse, por ejemplo, porque el interruptor se encuentra disenado de manera tal, que se abre automaticamente o porque el dispositivo de control o, por ejemplo en el caso de un interruptor de tiristor, se encuentra dispuesto un dispositivo de supresion para la corriente del interruptor de manera tal, que abre el interruptor cuando la tension a limitar no alcanza un valor predeterminado.

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El valor de tension y/o corriente en el que se abre el interruptor preferentemente se escoge de manera tal, que se pueda excluir una nueva respuesta del dispositivo de limitacion de sobretension luego de conmutar a la, entonces nuevamente presente, conexion en serie compuesta del varistor y el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension.

Con el cierre del interruptor resulta una modificacion de las propiedades de limitacion de tension de circuito de forma tal, que una sobretension de respuesta del dispositivo de limitacion de sobretension se reduce en un valor igual a la tension del diodo Z y de este modo se puede alcanzar el valor de limitacion de tension del varistor o de los varistores.

De esta manera es posible un incremento de la pendiente de la curva caracterlstica de limitacion de tension respecto a la utilizacion solo de un varistor en el rango de corrientes de derivacion bajas, de forma que con el circuito conforme a la invencion se puede realizar una limitacion de sobretension a un valor tal, que solo se encuentre un poco por encima de la tension de funcionamiento nominal permanente, por ejemplo en un valor aprox. 1,33 veces mayor que la tension de funcionamiento nominal permanente,.

Debido al trayecto de la resistencia, fuertemente no lineal y dependiente de la tension, del varistor, la corriente de derivacion que atraviesa el varistor y el interruptor electronico puede incrementar muy rapidamente a un gran valor de corriente y, de este modo, puede ser degradado un impulso de sobretension rico en energla. Despues de la degradacion del impulso de sobretension y de una reduccion de la corriente de derivacion que atraviesa el varistor, la corriente puede ser conducida desde el interruptor nuevamente al/a los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension, con lo cual, se ajusta nuevamente de forma automatica la sobretension de respuesta, definida por la conexion en serie del varistor con el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension, y, de este modo, el estado de salida del dispositivo de limitacion de sobretension.

Asl, la invencion combina las propiedades de varistores para la limitacion de impulsos de tension con gran contenido de energla en el rango kJ, de las propiedades de componentes electronicos con una caracterlstica de limitacion de tension, como por ejemplo de diodos Z para la limitacion de tension elevada en el rango de corrientes pequenas y potencias en el rango de algunos vatios, y la capacidad de conmutacion y de conduccion de corriente de interruptores, especialmente interruptores electronicos, como por ejemplo tiristores, en el rango de algunos 10 kA hasta 100 kA.

Preferentemente, debido a la conexion en serie del varistor con el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension se encuentra definida una sobretension de respuesta para una limitacion de sobretension, que es menor o igual a una sobretension maxima permitida de la red de corriente continua.

En ese caso, el varistor mismo puede presentar una tension de funcionamiento nominal permanente que es menor a la tension nominal de la red de corriente continua.

Preferentemente, el varistor presenta una tension de limitacion que, en el caso de la corriente de derivacion esperable, es menor o igual a una sobretension maxima permitida de la red de corriente continua.

Conforme a un diseno especialmente ventajoso de la presente invencion, la cantidad de los componentes electronicos con la caracterlstica de limitacion de tension conectados en serie se encuentra elegida de manera tal, que la suma de la tensiones de funcionamiento nominales permanentes de los componentes electronicos con la caracterlstica de limitacion de tension y la tension de funcionamiento nominal permanente del varistor sea, en lo posible, igual a la tension nominal de la red de corriente continua.

En ese caso, la activacion del interruptor puede realizarse de manera especialmente sencilla y rapida a traves de una resistencia electrica conectada en serie con el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension, que se encuentra dimensionada de manera tal, que al alcanzar una sobretension de respuesta del dispositivo de limitacion de sobretension fluya a traves de la resistencia una corriente tan grande, que en la resistencia recaiga una tension suficiente para conmutar el interruptor al estado conectado, especialmente para encender un tiristor.

Es especialmente ventajoso, si el interruptor se encuentra conformado como tiristor. Entonces, la corriente de fluye en el caso de una sobretension a traves del/ de los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension puede ser utilizado para encender el tiristor. Esto puede realizarse por ejemplo, como se ha descrito anteriormente, con ayuda de la reduccion de tension en una resistencia electrica conectada en serie al/a los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension.

Debido a que despues del encendido, y de este modo, de la conexion a paso de corriente, el tiristor puentea el/los componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de tension, luego del encendido del tiristor ya no puede fluir una corriente de encendido, de manera que despues de la degradacion de un impulso de sobretension y

de una reduccion de la corriente de derivacion que atraviesa el varistor bajo corriente de mantenimiento del tiristor, este puede retornar automaticamente al estado de bloqueo, en donde el/los componente/s con la caracterlstica de limitacion de tension conectado al tiristor limitan la tension de bloqueo que regresa al valor de la tension de limitacion.

5 En el caso de un interruptor de tiristor, para la supresion o el apoyo a la supresion del interruptor de tiristor puede existir un dispositivo de supresion adecuado.

De manera alternativa, en lugar de estar disenado como interruptor de tiristor, e interruptor tambien puede estar disenado como un componente electronico de potencia que puede ser desconectado.

Conforme a un diseno constructivo sencillo el/os componente/s electronico/s con la caracterlstica de limitacion de 10 tension se encuentran conformados, en cada caso, como un diodo Z o un varistor.

En lugar de un varistor, el dispositivo de limitacion de sobretension tambien puede presentar multiples varistores conectados entre si en paralelo. Preferentemente, la cantidad de varistores se encuentra adecuado a una capacidad de desviacion de energla.

La invencion, as! como otros disenos ventajosos de la misma, se explican a continuation en detalle y con ayuda de 15 ejemplos de ejecucion conforme a las caracterlsticas de las reivindicaciones secundarias. Estas muestran:

FIG 1 una red de corriente continua con un dispositivo de limitacion de sobretension conforme a la invencion,

FIG 2 una curva caracterlstica de tension de corriente del dispositivo de limitacion de sobretension de la FIG 1 y

FIG 3 una ampliation ejemplar del dispositivo de limitacion de sobretension representado en la FIG 1.

La FIG 1 muestra una red de corriente continua 1, por ejemplo una red de corriente continua de alta tension de un 20 submarino, con una baterla 2, y dos consumidores 3, 4 conectados en paralelo a la baterla. En el caso del consumidor 4 se trata de un consumidor sensible a la tension, como por ejemplo convertidores electronicos de potencia y reguladores con condensadores electrollticos del lado de la corriente continua. Para la protection de la baterla 2, as! como de cada uno de los consumidores 3, 4 la red de corriente continua 1 presenta dispositivos de proteccion 5, 6 que hacen posible una supresion selectiva de un cortocircuito. Asl, por ejemplo, en serie con la 25 baterla 2 se encuentra conectado un elemento de proteccion 5 que responde en el caso de un cortocircuito. A modo de ejemplo, en el caso del elemento de proteccion 5 se trata de un disyuntor electromecanico retardado con un reconocimiento de sobretension y un periodo de retardo de, por ejemplo, > 100 ms. A cada uno de los consumidores 3, 4, en cambio, se encuentran asignados elementos de proteccion 6 que trabajan sin retardo o, al menos, presentan un retardo claramente menor que los elementos de proteccion 5. A modo de ejemplo, en el caso de los elementos 30 de proteccion 6 se trata de disyuntores electromecanicos sin retardo con un tiempo total de retardo de aprox. 30 ms (como se encuentra representado) o de fusibles con un periodo de retardo dependiente de la corriente de cortocircuito de < 1 a 10 ms, de manera que se puede lograr la selectividad de la supresion de cortocircuito.

La constante de tiempo en caso de cortocircuito con la que se incrementa la corriente es tan baja, por ejemplo < 1...3 ms, de manera que aun si se utilizan elementos de proteccion sin retardo la corriente de cortocircuito alcanza casi o 35 completamente el valor de la corriente de cortocircuito estacionaria. Ademas, debido a la muy baja resistencia interna ohmica de las baterlas, del cable de potencia, barras de distribution, etc. esta corriente de cortocircuito accionada por la baterla es muy grande y puede ascender a varios 10 kA. En el caso de un cortocircuito en una salida de consumidor, aqul por ejemplo en el caso de un cortocircuito en el consumidor 3, el elemento de proteccion sin retardo asignado 6 se desconecta con esta corriente tan grande e impide otros danos por sobretension en la 40 salida de consumidor afectada.

Debido a la energla almacenada en las inductancias parasitas de la baterla, los trayectos de cables, etc. (aqul representado de manera simplificada por una inductancia L), sin embargo, la corriente de cortocircuito alimentada por la baterla 2 sigue fluyendo hasta que esa energla ha sido degradada o, por ejemplo, traspasada a acumuladores de energla capacitivos. La degradation de la energla almacenada en las inductancias parasitas se 45 realiza solo en una pequena parte en el arco voltaico de los contactos que se abren o fusibles del elemento de proteccion del consumidor 5. La energla de la corriente de cortocircuito que no se degrada en el arco voltaico fluye a traves de la red 1 a los otros consumidores conectados y puede conducir all! a sobretensiones considerables, de manera que, especialmente el consumidor sensible a la tension 4, que generalmente no se encuentra dimensionado para sobretensiones considerables debido a cuestiones de costos, lugar y disponibilidad puede sufrir danos.

50 Por ello, en paralelo a la baterla 2 y los consumidores 3, 4 se encuentra conectado un dispositivo de limitacion de sobretension 10. El dispositivo de limitacion de sobretension 10 comprende multiples varistores 11 conectados entre si en paralelo, que se encuentran conectados en serie a una conexion en paralelo 12 compuesta por un interruptor

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electronico 13 y uno o multiples diodos Z 14 conectados en serie con una resistencia 15. En lugar de diodos Z tambien se pueden implementar varistores.

El interruptor electronico 13 se encuentra conformado como un tiristor, cuya puerta se encuentra conectada a traves de un conductor 16 con un empalme de conductor 18 entre la conexion en serie de los diodos Z 14 y la resistencia 15.

A traves de la conexion en serie de los varistores 11 y los diodos Z 14 se encuentra definida una sobretension de respuesta para una limitacion de sobretension, que es menor o igual a una sobretension maxima admitida Umax de la red de corriente continua 1. En ese caso, los varistores 11 presentan una tension de funcionamiento nominal permanente UNV, que es menor a una tension de funcionamiento nominal permanente (por ejemplo UN = 750V) de la red de corriente continua 1. Ademas, los varistores 11 presentan una tension de limitacion UB, que en una corriente de funcionamiento esperable es menor o igual a la sobretension maxima admitida Umax de la red de corriente continua 1. La sobretension maxima admitida Umax de la red 1 se encuentra solo un poco por encima de la tension de funcionamiento nominal permanente UN de la red 1, por ejemplo solo un 30% por encima.

El modo de funcionamiento del dispositivo de limitacion de sobretension 10 se explica en detalla con ayuda de la FIG 2, que muestra una curva caracterlstica de tension de corriente K del dispositivo de limitacion de sobretension 10. En ese caso, la corriente I se encuentra representada de manera logarltmica. La curva caracterlstica K se compone de una primera seccion K1, conformado por la suma de las curvas caracterlsticas de los varistores 11 y de los diodos Z 14. A este se conecta una segunda seccion K2, conformada unicamente por la curva caracterlstica de los varistores 11.

Cuando la tension nominal UN se encuentra en el dispositivo de limitacion de sobretension 10, se ajusta un punto de trabajo A con una corriente IA de, por ejemplo, 1mA en la curva caracterlstica K1. La corriente IA fluye a traves de los varistores 11 y los diodos Z 14, as! como la resistencia 15.

En el caso de un incremento de la tension U existente en el dispositivo de limitacion de sobretension 10, el punto de trabajo se desplaza a lo largo de la curva caracterlstica K1 en direction a tensiones y corrientes de derivation mas altas, hasta que se alcanza, en un punto B, una sobretension de respuesta definida por la conexion en serie de los varistores 11 y de los diodos Z 14. En ese caso fluye una corriente tan grande IB (por ejemplo IB = 0,5 A) a traves de la resistencia 15, que la tension existente en la resistencia 15 y, de este modo, en la puerta del tiristor 13 enciende el tiristor 13 y lo conmuta a paso de corriente. Entonces, el tiristor 13 toma la corriente que fluye por los varistores 11. La resistencia 15 y el conductor 16 sirven como un dispositivo de control 19 para una conmutacion del tiristor 13 a paso de corriente. De manera alternativa o complementaria al accionamiento del interruptor electronico 13 por medio de la corriente que atraviesa los diodos Z 14 y el dispositivo de control 19, tambien se puede realizar un accionamiento del interruptor electronico 13 mediante un dispositivo de control 20, con el que se realiza una valoracion directa de la tension U, existente y a limitar, en la disposicion de conexion conforme a la invencion de la red de corriente continua 1.

En el momento de la reception de corriente por parte del tiristor 13 y su puenteo de los diodos Z 14, la sobretension de respuesta del dispositivo de limitacion de sobretension 10 se reduce en un valor igual a la tension de los diodos Z 14 y tiene lugar un salto desde el punto de funcionamiento B de la curva caracterlstica K1 a otro punto de funcionamiento C en la curva caracterlstica K2 El punto de funcionamiento C se encuentra en el rango de la limitacion de sobretension de los varistores 11.

Debido al trayecto de la resistencia, fuertemente no lineal y dependiente de la tension, de los varistores 11, la corriente de derivacion que atraviesa los varistores 11 y el tiristor 13 se incrementa muy rapidamente a un gran valor de corriente ID (por ejemplo ID = 1000 A) en el punto de funcionamiento DE y se degrada el impulso de sobretension rico en energla. La cantidad de varistores 11 se encuentra adecuado a una capacidad de derivacion de energla deseada.

Como el tiristor 13 puentea los diodos Z 14, despues de un encendido del tiristor 13 ya no puede fluir corriente de encendido a traves del empalme de conexion 16. Despues de la degradation del impulso de sobretension y una reduction de la corriente de derivacion que atraviesa los varistores 11 por debajo de la corriente de mantenimiento del tiristor 13, esta regresa automaticamente a su estado de bloqueo. En ese caso, el punto de funcionamiento se desplaza sobre la curva caracterlstica K2 en direccion a tensiones que se reducen y las corrientes de derivacion, hasta el punto de funcionamiento E, en el que el tiristor se vuelve a bloquear y los diodos Z 14 conectados en paralelo al tiristor 13 toman la corriente del tiristor 13. Esto genera un salto desde el punto E al punto F sobre la curva caracterlstica K1 y se vuelve a ajustar la sobretension de respuesta definida por la conexion en serie de los varistores 11 y los diodos Z 14. Los diodos Z 14 limitan la tension de bloqueo recurrente del tiristor al valor de la tension de diodo Z. En el caso de un retorno de la tension U que existe en el dispositivo de limitacion de sobretension 10 a la tension nominal UN de la red de corriente continua 1, el punto de funcionamiento se desplaza desde el punto F y vuelva al punto A. De este modo, despues de la degradacion del impulso de sobretension se ha vuelto a ajustar, de manera automatica, el estado de partida del dispositivo de limitacion de sobretension 10.

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Para la supresion automatica del tiristor 13 es necesario que la transicion del punto E de la curva caracterlstica K2 al punto F de la curva caracterlstica K1 se realice con una corriente que sea menor o igual a la corriente de mantenimiento del tiristor 13. Si debido a la eleccion necesaria de los componentes y los datos de los elementos de los componentes electronicos utilizados en la conexion 10, especialmente del tiristor 13, esto no esta dado o no se puede realizar, se requiere de una supresion o soporte de supresion del tiristor 13, como se encuentra indicado en una solucion de conexion tecnica ejemplar en la FIG 3.

La conexion representada ejemplarmente en la FIG 3 muestra una ampliacion de la conexion conforme a la invencion 10 con un dispositivo de supresion 30. El dispositivo de supresion 30 se describe solo en su principio y como ejemplo de una multiplicidad de soluciones tecnicas posibles para la supresion de una corriente de tiristor.

En ese caso, una resistencia 31 sirve como resistencia de carga para un condensador de supresion 32. Para suprimir el tiristor 13 se cierra un interruptor 33, de manera que la energla almacenada en el condensador de supresion 32 provoca un flujo de corriente ILOE en el tiristor 13, cuya direction de flujo es opuesta a la corriente IVAR, que en el momento de supresion deseado fluye a traves de los varistores 11 y el tiristor 13. El valor de la corriente de supresion ILOE preferentemente debe ser mayor o casi igual al valor de la corriente IVAR al momento de la supresion. El valor y la duration de la corriente de supresion necesaria ILOE pueden ser alcanzados por un dimensionamiento adecuado del condensador de supresion 32 y de una resistencia que limite la corriente 34.

El interruptor 33 se puede conformar, preferentemente, como interruptor electronico semiconductor. El accionamiento del interruptor 33 mediante una llnea de control 35 se puede realizar mediante la valoracion de la corriente IVAR que atraviesa el tiristor 13, de manera tal, que el interruptor 33 se cierre y, con eso, se suprima el tiristor cuando la corriente IVAR que atraviesa el tiristor no alcance un valor mlnimo predefinido. De manera alternativa o complementaria, el accionamiento del interruptor 33 por medio de una llnea de control 37 a traves de una valoracion directa de la tension existente en la disposition de conexion 10 conforme a la invencion, y que debe ser limitada, de la red de corriente continua 1 por medio del dispositivo de control 20 o a traves de una valoracion de la calda de tension que atraviesa el tiristor 13 mediante un dispositivo de control 36 y el correspondiente accionamiento del interruptor 33 mediante la llnea de control 40, para lo cual si no se alcanza una altura determinada de esta/s tension/es, se suprime el tiristor 13 mediante el cierre del interruptor 33. En lugar de un tiristor 13 tambien se puede utilizar otro interruptor electronico, como por ejemplo un IGBT. Especialmente se puede tatar tambien de una interruptor conectable y desconectable, cuyo estado de conexion sea controlado por un dispositivo de control que registra la corriente que fluye a traves de los diodos Z 14 y el interruptor electronico 13 y conmuta el interruptor a paso de corriente, cuando la corriente que fluye a traves de los diodos Z 14 sobrepasa un valor limite predeterminado, o conmuta a bloqueo de corriente, cuando la corriente del interruptor no alcanza un valor limite predeterminado.

Con la cantidad de diodos Z 14 conectados en serie se puede elegir una tension total deseada de los diodos Z y, de este modo, tambien la diferencia entre la tension de respuesta en el caso de una corriente baja (de la conexion en serie de diodos Z 14 y varistores 11) y la tension de limitation en el caso de una corriente alta (solo por los varistores 11). Mediante el diseno y el dimensionamiento adecuado de los elementos de conexion, la funcion de limitacion de tension del dispositivo de limitacion de sobretension 10 se puede adecuar en una amplio rango de energia, tension y corriente a una sobretension de respuesta deseada, una corriente que se debe derivar en el caso de limitacion de tension y a una tension de limitacion deseada en el caso de una corriente de derivation alta, en donde la limitacion de tension tambien es posible en el caso de, en comparacion, diferencias bajas entre la tension maxima admisible y la tension de funcionamiento normal de la red.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) para redes de corriente continua (1), con un varistor (11), en donde el varistor (11) se encuentra conectado en serie a un circuito en paralelo (12) compuesta por un interruptor, preferentemente electronico, (13) y un componente electronico (14) con una caracterlstica de limitacion de tension, preferentemente una caracterlstica de diodo Z, o multiples componentes electronicos conectados en serie (14) con, en cada caso, una caracterlstica de limitacion de tension, preferentemente una caracterlstica de diodo Z, caracterizado por un dispositivo de control (19), que se encuentra dispuesto de manera tal, que cierra el interruptor (13) cuando la corriente que atraviesa el/los componente/s electronico/s (14) con la caracterlstica de limitacion de tension sobrepasa un valor predeterminado.
2. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a la reivindicacion 1, caracterizado por un dispositivo de control (20), dispuesto de manera tal, que cierra el interruptor (13) cuando la tension a limitar sobrepasa un valor predeterminado.
3. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el interruptor (13) se encuentra conformado de manera tal, que se abre de manera automatica o que el dispositivo de control (19, 20) o un dispositivo de supresion (30) para la corriente del interruptor se encuentra dispuesto de manera tal, que abre el interruptor (13) cuando la tension a limitar no alcanza un valor predeterminado.
4. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el interruptor (13) se encuentra conformado de manera tal, que se abre de manera automatica o que el dispositivo de control (19, 20) o un dispositivo de supresion (30) para la corriente del interruptor se encuentra dispuesto de manera tal, que abre el interruptor (13) cuando la tension que atraviesa el interruptor (13) no alcanza un valor predeterminado.
5. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a traves de la conexion en serie del varistor (11) y el/los componente/s electronico/s (14) con caracterlstica de limitacion de tension se encuentra definida una sobretension de respuesta para una limitacion de sobretension que es menor o igual a una sobretension maxima permitida (Umax) de la red de corriente continua (1).
6. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el varistor (11) presenta una tension de funcionamiento nominal permanente (UNV) que es menor a la tension nominal (UN) de la red de corriente continua (1).
7. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el varistor (11) presenta una tension de limitacion (UB) que, en el caso de una tension de fuga esperable es menor o igual a una sobretension maxima permitida (Umax) de la red de corriente continua (1).
8. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cantidad de los componentes electronicos conectados (14) con la caracterlstica de limitacion de tension se encuentra escogida de manera tal, que la suma de las tensiones de funcionamiento permanente de los componentes electronicos (14) con la caracterlstica de limitacion de tension y la tension de funcionamiento permanente (UNV) del varistor (11) es igual a la tension nominal (UN) de la red de corriente continua (1).
9. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una resistencia electrica (15) conectada en serie al/a los componente/s electronico/s (14) con la caracterlstica de limitacion de tension, que se encuentra dimensionada de manera tal, que al alcanzar una sobretension de respuesta del dispositivo de limitacion de sobretension (10) fluye una corriente Tn grande a traves de la resistencia (15), que en la resistencia (15) recae una tension suficiente para conmutar el interruptor (13) al estado de conexion, especialmente para conectar un tiristor.
10. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el interruptor (13) se encuentra conformado como tiristor.
11. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a la reivindicacion 10, caracterizado por un dispositivo de supresion (30) para suprimir una corriente que atraviesa el tiristor.
12. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el/los componente/s electronico/s (14) con la caracterlstica de limitacion de tension se encuentra/n conformado/s, en cada caso, como un diodo Z o un varistor.
13. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en lugar de un varistor (11) presenta multiples varistores (11) conectados en paralelo.
14. Dispositivo de limitacion de sobretension (10) conforme a la reivindicacion 13, caracterizado porque la cantidad de varistores (11) se encuentra adaptada a una capacidad de disipacion de energla deseada.