ES2853932T3 - Componente eléctrico - Google Patents

Abstract

Componente eléctrico (1) con un conductor (3) que presenta varias secciones conductoras (3a, 3b, 3c), en donde - las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) están en cortocircuito eléctrico (36), y - el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente cuando la temperatura del componente (1) supera un valor límite, caracterizado por que - entre las secciones conductoras (3a, 3b, 3c), está dispuesto un material propelente (32) que aumenta su volumen cuando la temperatura del componente (1) supera el valor límite.

Description

DESCRIPCIÓN

Componente eléctrico

La invención se refiere a un componente eléctrico y a un procedimiento para aumentar la inductancia de un componente eléctrico.

Se pueden acumular grandes cantidades de energía en circuitos eléctricos. Como acumuladores de energía se pueden utilizar, por ejemplo, condensadores, pero también baterías u otros acumuladores de energía. En caso de falla, estas grandes cantidades de energía acumuladas pueden causar problemas considerables, en particular si las cantidades de energía se liberan de forma descontrolada y repentina. Entonces, los componentes eléctricos de los circuitos eléctricos a menudo no pueden absorber las cantidades de energía liberadas o suprimirlas de manera controlada (por ejemplo, convertirlas en calor). Esto puede provocar que el circuito eléctrico resulte dañado o se destruya por completo en caso de falla, por ejemplo, por una explosión. Tal destrucción también puede dar como resultado daños en otros equipos (por ejemplo, en viviendas, elementos cercanos o edificios). Una razón de esto es, por ejemplo, que debido a las grandes cantidades de energía pueden producirse arcos eléctricos o grandes fuerzas de corriente magnética. En caso de falla, también puede producirse una contaminación grave.

El documento JP2007-288824 divulga un componente con un conductor que presenta varios devanados que están en cortocircuito eléctrico en el estado normal. El cortocircuito se elimina al menos parcialmente cuando la corriente en el componente supera un valor límite. La invención se basa en el objetivo de especificar un componente eléctrico y un procedimiento con los que se pueda proteger un circuito eléctrico frente a daños o destrucción en caso de falla.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante un componente y mediante un procedimiento según las reivindicaciones independientes. Configuraciones ventajosas del componente y del procedimiento se especifican en las reivindicaciones dependientes.

Se divulga un componente eléctrico con un conductor que presenta varias secciones conductoras, en donde las secciones conductoras están en cortocircuito eléctrico y el cortocircuito se elimina al menos parcialmente (automáticamente) cuando la temperatura del componente supera un valor límite (específico del componente).

En este componente es particularmente ventajoso que (mientras la temperatura se sitúe por debajo del valor límite) las secciones conductoras estén en cortocircuito eléctrico. Como resultado, las secciones conductoras solo tienen una baja resistencia óhmica (que depende del material conductor utilizado) así como una baja inductancia. En términos generales, las secciones conductoras presentan solo una baja impedancia en el estado de cortocircuito. Como resultado, un circuito eléctrico en el que se instala este componente solo se ve afectado en muy pequeña medida a temperaturas por debajo del valor límite. Sin embargo, el cortocircuito se elimina ventajosamente al menos parcialmente (automáticamente) cuando la temperatura del componente supera el valor límite. Esto cambia las propiedades del componente (por ejemplo, la impedancia puede aumentar, en particular la resistencia óhmica y/o la inductancia del componente puede aumentar), de modo que el componente puede usarse entonces para proteger el circuito eléctrico.

Si la temperatura del componente se sitúa por debajo del valor límite, entonces la temperatura se encuentra en el intervalo de temperatura nominal y el componente está en funcionamiento nominal. En este funcionamiento nominal, las secciones conductoras están en cortocircuito eléctrico. Debido al cortocircuito, las secciones conductoras no son eléctricamente efectivas. En caso de falla, la temperatura del componente supera el valor límite (debido a las grandes corrientes de falla que ocurren y fluyen a través del componente). Entonces, el cortocircuito se elimina al menos parcialmente. Por tanto, el componente presenta propiedades diferentes a temperaturas por debajo del valor límite que a temperaturas por encima del valor límite. Estas diferentes propiedades se utilizan para proteger circuitos eléctricos o electrónicos.

En otras palabras, el componente presenta un medio de eliminación de cortocircuito que elimina al menos parcialmente el cortocircuito cuando la temperatura del componente supera el valor límite (específico del componente). Las secciones conductoras presentan un cortocircuito eléctrico y el medio de eliminación de cortocircuito puede eliminar al menos parcialmente el cortocircuito cuando la temperatura del componente supera el valor límite. En particular, el conductor puede ser un conductor alargado. El conductor puede presentar al menos un metal, en particular cobre y/o aluminio.

El componente se puede implementar de tal manera que el cortocircuito se elimine al menos parcialmente cuando la temperatura del componente supera el valor límite debido a una corriente eléctrica que fluye a través del componente. A este respecto, el componente está diseñado de tal manera que cuando una corriente eléctrica inadmisiblemente grande fluye a través del componente, la temperatura del componente supera el valor límite. El valor límite es específico del componente y depende, en particular, del material conductor utilizado así como de la resistencia óhmica del conductor en estado de cortocircuito. Cuanto mayor sea esta resistencia óhmica del conductor cuando las secciones conductoras están en cortocircuito, mayor será el aumento de temperatura debido a la corriente eléctrica que fluye a través del componente.

El componente también puede estar diseñado de manera que el componente presente una primera conexión eléctrica y una segunda conexión eléctrica, estando la primera conexión eléctrica conectada (eléctricamente) a un primer extremo del conductor y estando la segunda conexión eléctrica conectada (eléctricamente) a un segundo extremo del conductor. La corriente que fluye en un circuito eléctrico se puede alimentar al componente por medio de la primera conexión eléctrica y de la segunda conexión eléctrica. Cuando las secciones conductoras están en cortocircuito eléctrico, esencialmente solo la resistencia óhmica de una parte del material del conductor es efectiva entre la primera conexión y la segunda conexión. Cuando las secciones conductoras están en cortocircuito eléctrico, no hay inductancia efectiva o solo hay una inductancia efectiva despreciable entre la primera conexión y la segunda conexión.

El componente también puede estar configurado de modo que las secciones conductoras sean en cada caso vueltas de un devanado (en particular, en espiral). Por tanto, el conductor presenta un devanado (en espiral). Si las vueltas están en cortocircuito eléctrico, las vueltas no son eléctricamente efectivas.

A este respecto, el componente también puede estar diseñado de tal manera que la inductancia del componente aumente cuando el cortocircuito se haya eliminado al menos parcialmente. Debido al cortocircuito eliminado al menos parcialmente, las vueltas son eléctricamente efectivas, de modo que aumenta la inductancia del componente. La inductancia aumentada se puede utilizar para proteger el circuito en el que está instalado el componente. En particular, esta inductancia aumentada ralentiza un incremento del flujo de corriente a través del componente.

El componente puede estar diseñado de tal manera que las secciones conductoras estén en cortocircuito eléctrico por que las secciones conductoras no están aisladas y las secciones conductoras están en contacto entre sí. En particular, las secciones conductoras en cada caso adyacentes están en contacto entre sí (a lo largo de su extensión). Además, el componente puede presentar un dispositivo de sujeción que presiona las secciones conductoras (adyacentes) unas contra otras. Esto da como resultado una resistencia óhmica muy baja entre la primera conexión eléctrica y la segunda conexión eléctrica a temperaturas por debajo del valor límite.

El componente está diseñado de tal modo que entre las secciones conductoras (en contacto entre sí) está dispuesto un material propelente que aumenta su volumen cuando la temperatura del componente supera el valor límite. Debido a ello, las secciones conductoras, en particular las vueltas, se separan/alejan unas de otras, como resultado de lo cual el cortocircuito se elimina al menos parcialmente. En otras palabras, el componente presenta el material propelente como medio de eliminación de cortocircuito.

El componente también puede estar diseñado de tal modo que las secciones conductoras presenten una primera entalladura para alojar el material propelente y/o una segunda entalladura para alojar el material propelente. Esta primera entalladura y/o esta segunda entalladura representa en cada caso un alojamiento para el material propelente.

A este respecto, el componente se puede implementar de tal manera que la primera entalladura esté dispuesta entre dos secciones conductoras adyacentes y/o la segunda entalladura esté dispuesta entre dos secciones conductoras adyacentes.

El componente también puede estar diseñado de tal modo que la primera entalladura esté dispuesta en un lado de las secciones conductoras y la segunda entalladura esté dispuesta en el lado opuesto de las secciones conductoras.

El componente también se puede implementar de manera que la primera entalladura y/o la segunda entalladura sea una entalladura que se extiende (al menos por secciones) a lo largo de las secciones conductoras.

El componente también puede estar diseñado de tal modo que la primera entalladura y/o la segunda entalladura sea una ranura que discurre (al menos por secciones) a lo largo de las secciones conductoras.

El componente puede estar construido de tal manera que el material propelente presente un plástico, en particular un polímero, con un coeficiente de dilatación térmica positivo. Por tanto, este plástico es un plástico de expansión en volumen, en particular un polímero de expansión en volumen.

En un ejemplo de realización, que no forma parte de la invención, el componente también puede estar diseñado de tal manera que las secciones conductoras estén en cortocircuito eléctrico, por que las secciones conductoras no están aisladas y por que hay dispuesto un plástico eléctricamente conductor entre las secciones conductoras. En este caso, el plástico conductor de electricidad cortocircuita las secciones conductoras individuales, de modo que solo es efectiva una baja impedancia eléctrica, en particular una baja resistencia óhmica del conductor.

El componente también puede estar diseñado de manera que el plástico aumente su resistencia óhmica cuando se supera el valor límite de la temperatura, en particular fundiéndose al menos parcialmente el plástico y/o volviéndose gaseoso. El cortocircuito se elimina al menos parcialmente mediante la masa fundida superficial resultante o la capa superficial de gas. En otras palabras, el componente presenta como medio de eliminación del cortocircuito el plástico que aumenta su resistencia óhmica cuando se supera el límite de temperatura, en particular al fundirse al menos parcialmente el plástico y/o volverse gaseoso.

También se divulga un circuito eléctrico con un componente del tipo especificado anteriormente.

Este circuito eléctrico puede estar diseñado de manera que el circuito presente un acumulador de energía y el componente esté dispuesto en una vía de circulación de corriente (pista de corriente) conectada eléctricamente al acumulador de energía.

También se divulga un procedimiento para aumentar la inductancia de un componente eléctrico, en donde el componente presenta un conductor que presenta una pluralidad de secciones conductoras, y en donde las secciones conductoras están en cortocircuito eléctrico cuando la temperatura del componente se sitúa por debajo de un valor límite (específico del componente), en donde con el procedimiento se elimina al menos parcialmente el cortocircuito cuando la temperatura del componente supera el valor límite.

El procedimiento también puede estar diseñado de tal manera que las secciones conductoras estén en cortocircuito eléctrico por que las secciones conductoras no están aisladas y las secciones conductoras están en contacto entre sí y, cuando se supera el límite de temperatura, un material propelente dispuesto entre las secciones conductoras (en contacto entre sí) aumenta su volumen. Debido a ello, las secciones conductoras se separan unas de otras (se alejan), como resultado de lo cual el cortocircuito se elimina al menos parcialmente. En particular, las secciones conductoras adyacentes están en contacto entre sí a lo largo de su extensión.

En un ejemplo de realización, que no forma parte de la invención, el procedimiento también puede implementarse de tal manera que las secciones conductoras estén en cortocircuito eléctrico, por que las secciones conductoras no están aisladas y por que hay dispuesto un material eléctricamente conductor, en particular plástico eléctricamente conductor, entre las secciones conductoras. El procedimiento también puede desarrollarse de tal manera que el material, en particular el plástico, aumente su resistencia óhmica cuando se separe el valor límite de temperatura. De este modo se elimina al menos parcialmente el cortocircuito. En particular, el material eléctricamente conductor está dispuesto entre las secciones conductoras adyacentes a lo largo de su extensión.

El procedimiento también puede estar diseñado de tal manera que el material (en particular el plástico) aumente su resistencia óhmica cuando se supere el valor límite de la temperatura, al fundirse el material (en particular el plástico) al menos parcialmente y/o al volverse gaseoso. Esto crea una masa fundida superficial o una capa de gas superficial.

El procedimiento también puede desarrollarse de tal modo que las secciones conductoras sean en cada caso vueltas de un devanado (en particular, en espiral). Si las secciones conductoras (es decir, las vueltas) están en cortocircuito eléctrico, las vueltas no son eléctricamente efectivas. En otras palabras, el conductor puede presentar las vueltas, formando las vueltas el devanado.

El procedimiento también puede implementarse de tal manera que la inductancia del componente aumente cuando el cortocircuito se elimine al menos parcialmente. Debido al cortocircuito eliminado al menos parcialmente, las vueltas se vuelven eléctricamente efectivas, con lo cual aumenta la inductancia del componente.

A continuación, la invención se explicará con más detalle con referencia a ejemplos de realización. A este respecto, en

la Figura 1 está representado un ejemplo de realización de un conductor con un dispositivo de sujeción, en la Figura 2 el conductor de la Figura 1 con conexiones eléctricas visibles, en

la Figura 3 el conductor a una temperatura por debajo del valor límite, en

la Figura 4 el conductor a una temperatura por encima del valor límite, en

la Figura 5 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 3, en

la Figura 6 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 4, en

la Figura 7 otro ejemplo de realización de un conductor a una temperatura por debajo del valor límite, en la Figura 8 el conductor de acuerdo con la figura 7 a una temperatura por encima del valor límite, en

la Figura 9 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 7, en

la Figura 10 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 8, en

la Figura 11 otro ejemplo de realización de un conductor, que no forma parte de la invención, a una temperatura la Figura 12 por debajo del valor límite, en

el conductor de acuerdo con la figura 11 a una temperatura por encima del valor límite, en la Figura 13 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 11, en

la Figura 14 una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 12, en

la Figura 15 una sección ampliada de la figura 13, en

la Figura 16 una sección ampliada de la figura 14, en

la Figura 17 un circuito eléctrico a modo de ejemplo en forma de medio puente con el componente, en la Figura 18 otro circuito eléctrico a modo de ejemplo en forma de puente completo con el componente, en la Figura 19 otro circuito eléctrico a modo de ejemplo en forma de un submódulo de doble abrazadera con dos componentes y en

la Figura 20 el circuito de acuerdo con la figura 19 con una posición de instalación modificada de los dos componentes.

En la figura 1 se indica una representación esquemática de un componente 1 con un conductor eléctrico 3. El conductor eléctrico 3 tiene la forma de un devanado 3 en espiral. Este devanado 3 presenta varias secciones conductoras, cada una de las cuales está diseñada como vueltas del devanado 3. Estas secciones conductoras/vueltas se aprietan entre sí mediante un dispositivo de sujeción 5, que solo está representado esquemáticamente, es decir, el dispositivo de sujeción 5 aprieta las secciones conductoras individuales del conductor 3 unas contra otras. Las flechas 7 muestran simbólicamente las fuerzas que se aplican sobre el conductor por medio del dispositivo de sujeción y que aprietan las secciones conductoras/vueltas unas contra otras. El dispositivo de sujeción 5 se encarga de que las secciones conductoras/vueltas estén bajo un pretensado mecánico definido y estén en cortocircuito eléctrico de forma segura durante el funcionamiento nominal. Debido al pretensado, las vueltas están en contacto entre sí sin entrehierro y hacen contacto de manera fiable entre sí.

El dispositivo de sujeción presenta dos placas de presión 5, entre las cuales se sujetan las secciones conductoras. Esto da como resultado un conjunto de apriete. La corriente eléctrica se puede introducir adicionalmente en el componente por medio de las placas de presión. Sin embargo, como alternativa, también se pueden usar barras colectoras separadas para introducir corriente. En las figuras 2 a 16, el dispositivo de sujeción 5 se ha omitido en cada caso para mayor claridad. No obstante, estos dispositivos de sujeción también se utilizan en cada caso en los ejemplos de realización de las figuras 2 a 16.

En la figura 2 está representado el conductor 3 de la figura 1 sin el dispositivo de sujeción 5. Puede verse claramente que un primer extremo 22 del conductor 3 está conectado eléctricamente a una primera conexión eléctrica 24 del componente. Asimismo, un segundo extremo 26 del conductor 3 está conectado eléctricamente a una segunda conexión eléctrica 28 del componente. El componente 1 puede conectarse a vías de circulación de corriente/pistas de corriente de un circuito eléctrico por medio de la primera conexión eléctrica 24 y de la segunda conexión eléctrica 28. El componente 1 sirve entonces para proteger el circuito eléctrico en caso de falla. La primera conexión eléctrica 24 y la segunda conexión eléctrica 28 están configuradas en cada caso como conexión de tornillo.

Además, puede verse claramente en la figura 2 que el conductor eléctrico 3 presenta una serie de secciones conductoras 3a a 3k. Estas secciones conductoras 3a a 3k están representadas en el ejemplo de realización como vueltas 3a a 3k de un devanado 29 en espiral. En el ejemplo de realización, el conductor 3 presenta por tanto diez secciones conductoras en forma de diez devanados 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i y 3k. También se puede ver en la figura 2 que el conductor 3 presenta una primera entalladura 30. Esta primera entalladura 30 está configurada como ranura 30 en el ejemplo de realización. La primera entalladura 30 sirve para alojar un material propelente. Aunque la primera entalladura 30 solo se puede ver en la primera sección conductora 3a, las otras secciones conductoras 3b a 3k también presentan tal entalladura. Por tanto, la primera entalladura 30 está dispuesta en cada caso entre secciones conductoras adyacentes. En el ejemplo de realización, esta primera entalladura 30 discurre a lo largo de las secciones conductoras y forma una entalladura en espiral a lo largo del conductor en espiral.

El componente se puede fijar mecánicamente, por ejemplo, a la primera conexión 24 o a la segunda conexión 28. Alternativamente, el componente también se puede sujetar al dispositivo de sujeción 5.

En la figura 3, el conductor 3 de la figura 2 está representado sin la primera conexión eléctrica 24 y sin la segunda conexión eléctrica 28. A diferencia de la representación de la figura 2, en la representación de la figura 3 la primera entalladura 30 está provista de un material propelente 32. El material propelente 32 llena la primera entalladura 30 y, por lo tanto, forma (como la primera entalladura 30) un cordón en forma de espiral de material propelente, que está dispuesto en particular entre las secciones conductoras 3a, 3b, etc. adyacentes. En la representación de la figura 3, el material propelente 32 sobresale por encima de la superficie límite frontal de las secciones conductoras porque el conductor 3 presenta una entalladura a ambos lados, cf. las figuras 5 y 6.

En la figura 3, el conductor 3 está representado en funcionamiento normal/funcionamiento nominal, es decir, la corriente que fluye a través del conductor 3 es menor que la corriente máxima admisible (corriente nominal). Por tanto, el conductor 3 solo se calienta ligeramente como resultado de esta corriente nominal, de modo que la temperatura del conductor se sitúa por debajo de un valor límite específico del componente. (El límite de temperatura específico del componente puede ser, por ejemplo, 100 °C o 120 °C; el valor límite puede tener diferentes valores en función de la temperatura de funcionamiento nominal del circuito). El material propelente 32 se encuentra en su forma inicial mostrada en la figura 3, es decir, el material no ha aumentado su volumen; el material no está expandido (no está dilatado). Cada una de las secciones conductoras 3a a 3k individuales toca la sección conductora adyacente (fuera de la primera entalladura 30); las secciones conductoras individuales se aprietan unas contra otras mediante el dispositivo de sujeción 5 (no representado). Debido a ello, las secciones conductoras 3a, 3b, etc. individuales están en cortocircuito eléctrico, es decir, estas secciones conductoras no son completamente efectivas eléctricamente. Por ejemplo, el primer extremo 22 del conductor 3 (que también representa un primer extremo de la primera sección conductora 3a) toca el segundo extremo 34 de la primera sección conductora 3a. Como resultado, la primera sección conductora 3a está en cortocircuito eléctrico: hay un cortocircuito 36. La corriente eléctrica fluye desde el primer extremo 22 directamente y en línea recta hasta el segundo extremo 34; no fluye a lo largo de la primera sección conductora 3a envuelta. Esto también se aplica de la misma manera a las otras secciones conductoras 3b, 3c, 3d, etc. La corriente que fluye desde la primera conexión eléctrica 24 hacia la segunda conexión eléctrica 28 fluye así esencialmente en línea recta por el camino más corto desde la primera conexión 24 hasta la segunda conexión 28. En particular, la corriente no fluye en forma de espiral a lo largo del devanado 29 en espiral, de modo que el componente 1 no presenta nada de inductancia o solo una inductancia despreciable.

En el ejemplo de realización, el material propelente 32 es un plástico, en particular un polímero, con un coeficiente de dilatación térmica positivo. Esto significa que el material propelente aumenta su volumen cuando se calienta por encima del valor límite. En el caso del componente 1, se utiliza preferentemente un plástico con un elevado coeficiente de dilatación térmica positivo, por ejemplo un polietileno. Por tanto, el material propelente puede ser un plástico de expansión en volumen. El material propelente 32 aumenta su volumen (en relación con su forma inicial o el volumen inicial) significativamente tan pronto como la temperatura del componente supera el valor límite. En otras palabras, el material propelente 32 se dilata mucho cuando se supera el valor límite de temperatura.

En la figura 4, el conductor 3 está representado en caso de sobrecorriente (es decir, una corriente mayor que la corriente nominal). Debido a la sobrecorriente, el conductor 3 se ha calentado mucho, de modo que el volumen del material propelente 32 ha aumentado significativamente: hay un material propelente 32' agrandado en volumen (material propelente 32' expandido, material propelente 32' dilatado, material propelente 32' hinchado). El volumen del material propelente 32 se ha dilatado; el material propelente 32' se ha, por así decirlo, esponjado. Como resultado de este aumento de volumen, el material propelente 32' separa las secciones conductoras 3a, 3b, etc. individuales y llena los espacios resultantes entre las secciones conductoras individuales. En el estado ampliado en volumen, el material propelente 32' forma una banda aislante que discurre entre las secciones conductoras individuales y las aísla eléctricamente entre sí. El material propelente 32 es eléctricamente no conductor tanto en el estado no ampliado en volumen de la figura 3 como en el estado ampliado en volumen de la figura 4, es decir, es un aislante eléctrico.

En la práctica, el aumento en volumen del material propelente 32 a menudo no tendrá lugar de forma tan uniforme y homogénea como se muestra en la figura 4. Esto significa que, en la práctica, el material propelente 32 dilatado será posiblemente algo más grueso en un punto que en otro, de modo que el conductor 3 ya no tenga una forma espiral uniforme (como la representada en la figura 4). La representación de los ejemplos de realización está destinada en este caso únicamente a ilustrar el principio; esto también se aplica a las otras figuras.

La figura 5 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 3 con el material propelente no dilatado.

La figura 6 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 4 con el material propelente dilatado (es decir, en caso de falla).

En particular, en la figura 6 se puede ver claramente que las secciones conductoras 3a, 3b, etc. individuales presentan la primera entalladura 30 y una segunda entalladura 62. A este respecto, la primera entalladura 30 está dispuesta en un lado de las secciones conductoras y la segunda entalladura 62 está dispuesta en el lado opuesto de las secciones conductoras. Cada sección conductora presenta así dos entalladuras: la primera entalladura 30 en un lado y la segunda entalladura 62 en el otro lado. Como resultado, hay mucho espacio disponible en la primera entalladura 30 y en la segunda entalladura 62 para el material propelente 32 en el estado no dilatado. Tanto la primera entalladura 30 como la segunda entalladura 62 están dispuestas en cada caso entre dos secciones conductoras adyacentes. La primera entalladura 30 y la segunda entalladura 62 opuesta a la misma también pueden denominarse doble entalladura o doble ranura.

En la figura 7 está representado un conductor 3 que (a diferencia de las figuras 3 a 6) solo presenta una primera entalladura 30, pero no una segunda entalladura 62. Esto puede verse en la figura 7 por el hecho de que el material propelente 32 no sobresale más allá de la superficie de la primera sección conductora 3a.

En la figura 8, el conductor de la figura 7 está representado en caso de falla (es decir, a temperaturas superiores al valor límite). Puede verse claramente que el material propelente 32 se ha dilatado y separado las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. individuales (es decir, las vueltas 3a, 3b, 3c, etc. del devanado 29 en espiral). La figura 9 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura la figura 7 en funcionamiento nominal.

La figura 10 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 8 en caso de falla. Puede verse claramente en la figura 10 que cada sección conductora 3a, 3b, 3c, etc. presenta solo la primera entalladura 30, pero no la segunda entalladura 62. Por lo tanto, este componente solo tiene una única ranura (entalladura simple, ranura simple) 30.

En las figuras 11 a 16 se muestra de manera fragmentaria otro ejemplo de realización del componente, que no forma parte de la invención.

En la Figura 11 (de manera similar a la figura 3) se muestra el conductor 3, que presenta diez secciones conductoras 3a a 3k. Sin embargo, a diferencia de la figura 3, las secciones conductoras de la figura 11 no presentan entalladuras. En lugar de ello, entre las secciones conductoras 3a a 3k se encuentra un material 110 eléctricamente conductor, en particular un plástico 110 eléctricamente conductor, que conecta las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. individuales entre sí de una manera eléctricamente conductora. Las secciones conductoras individuales están en cortocircuito eléctrico por medio de este material 110 de alta conductividad eléctrica.

El material 110 de alta conductividad eléctrica puede ser un plástico eléctricamente conductor, por ejemplo. Este plástico puede ser, por ejemplo, un plástico que presente grafito, un plástico que presente polvo metálico o un plástico que presente material de nanotubos de carbono. Este material puede ser, por ejemplo, un plástico de alta conductividad eléctrica, en particular un polímero de alta conductividad eléctrica, tal y como se conoce por la solicitud de patente DE 4330607 A1. Un ejemplo de un polímero de este tipo es el polietileno mezclado con grafito.

Las secciones conductoras 3a a 3k individuales se presionan unas contra otras mediante el dispositivo de sujeción 5 (no representado). Debido al material conductor 110 dispuesto entre las secciones conductoras, las secciones conductoras 3a, 3b, etc. individuales están en cortocircuito eléctrico, es decir, estas secciones conductoras no son completamente efectivas eléctricamente. Por ejemplo, el primer extremo 22 del conductor 3 (que también es el primer extremo de la primera sección conductora 3a) está conectado eléctricamente al segundo extremo 34 de la primera sección conductora 3a por medio del material conductor 110. Como resultado, la primera sección conductora 3a está en cortocircuito eléctrico: hay un cortocircuito 36. La corriente eléctrica fluye desde el primer extremo 22 directamente y en línea recta hasta el segundo extremo 34; no fluye a lo largo de la primera sección conductora 3a envuelta. Esto también se aplica de la misma manera a las otras secciones conductoras 3b, 3c, 3d, etc.

La figura 11 muestra el componente en funcionamiento nominal, es decir, a corriente nominal (que es menor que la corriente máxima admisible). Durante el funcionamiento nominal, la corriente eléctrica fluye esencialmente en línea recta por el camino más corto desde la primera conexión 24 hasta la segunda conexión 28 (no mostrada en la figura 11, cf. la figura 1). En particular, la corriente no fluye en forma de espiral a lo largo del devanado 29 en espiral, de modo que el componente 1 no presenta nada de inductancia o solo una inductancia despreciable. Por tanto, las vueltas 3a, 3b, 3c, etc. individuales del devanado 29 en espiral no son completamente efectivas eléctricamente.

En la figura 12 está representado el conductor de acuerdo con la figura 11 en caso de falla, es decir, en caso de sobrecorriente y, por tanto, a una temperatura superior al valor límite específico del componente (exceso de temperatura). El material 110 eléctricamente conductor no se ha dilatado significativamente con este exceso de temperatura, por lo que la disposición según la figura 12 presenta aproximadamente el mismo volumen que la disposición según la figura 11. Sin embargo, debido al exceso de temperatura, el material 110 eléctricamente conductor ha aumentado su resistencia óhmica; está presente un material de alta impedancia. La resistencia óhmica aumenta porque el material 110 eléctricamente conductor se funde parcialmente y/o incluso se vuelve parcialmente gaseoso debido a las altas temperaturas. En particular, los procesos de fusión y evaporación tienen lugar en la superficie del material eléctricamente conductor y, por tanto, en la interfaz entre el material eléctricamente conductor y el conductor. El material 110 parcialmente fundido y/o gaseoso se indica en la figura 12 con líneas más gruesas que en la figura 11.

Debido a la creación de masa fundida en la superficie o incluso al desarrollo de gas en la superficie, la resistencia óhmica del material eléctricamente conductor aumenta considerablemente a altas temperaturas. Como resultado, el cortocircuito eléctrico entre las secciones conductoras individuales (y por lo tanto también el cortocircuito eléctrico 36 mencionado a modo de ejemplo) se elimina al menos parcialmente, de modo que la corriente eléctrica ya no fluye en línea recta entre las dos conexiones eléctricas 24 y 28. En su lugar, la corriente eléctrica fluye en una trayectoria en espiral desde la primera conexión 24 a través del primer extremo 22, a través del devanado 29 en espiral, a través del segundo extremo 26 hasta la segunda conexión 28. Las secciones conductoras o vueltas 3a, 3b, 3c, etc. se vuelven, por tanto, eléctricamente efectivas en mayor medida y la inductancia del componente aumenta significativamente.

La figura 13 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 11; la figura 14 muestra una representación en sección del conductor de acuerdo con la figura 12.

Las figuras 15 y 16 muestran en cada caso un fragmento ampliado de las figuras 13 y 14 (la esquina inferior izquierda en cada caso). A este respecto, puede verse claramente en la figura 16 que el material 110 eléctricamente conductor (en particular el plástico eléctricamente conductor) se ha fundido en su superficie, de modo que es visible una capa 162 de material fundido. El material 110 puede incluso evaporarse parcialmente en la superficie; en este caso, la capa 162 representa una capa de vapor superficial o una capa gaseosa superficial del material.

En el caso del componente 1 de acuerdo con 2 a 10, se desarrolla el siguiente procedimiento: Las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. individuales se presionan unas contra otras mediante el dispositivo de sujeción 5 y, por lo tanto, están en cortocircuito eléctrico. Durante el funcionamiento nominal (es decir, a corriente nominal) el componente solo se calienta ligeramente debido a su baja resistencia óhmica. La temperatura del componente se sitúa por debajo del valor límite específico del componente. El material propelente 32 no aumenta su volumen, o lo aumenta solo de manera despreciable, y permanece dentro de las entalladuras 30 y/o 62 previstas. Las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. permanecen en su estado en cortocircuito eléctrico.

Si ocurre una falla, una corriente inadmisiblemente grande fluye a través del componente 1. Como resultado, el componente se calienta y la temperatura del componente supera el valor límite específico del componente. En el caso de fallas con corrientes de falla muy grandes, este calentamiento se produce muy rápidamente, por ejemplo, en unos pocos microsegundos o milisegundos. Por ejemplo, son concebibles casos en los que fluye una corriente de 1000 A a través del componente en funcionamiento nominal, pero una corriente de 1 millón de A en caso de falla. En este caso, la corriente admisible se supera en una potencia de diez, de modo que la temperatura del componente se incrementa de manera exageradamente rápida por encima del valor límite (y también se incrementa muy por encima del valor límite). Debido a este calentamiento repentino del componente, el material propelente 32 aumenta repentinamente su volumen y separa las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. Como resultado, el cortocircuito de las secciones conductoras se anula (total o parcialmente), por lo que las secciones conductoras se vuelven (total o parcialmente) eléctricamente efectivas. Esto aumenta significativamente la inductancia del componente y el componente contrarresta el aumento repentino de la corriente debido a la reactancia inductiva ahora aumentada. De esta manera, el componente limita la corriente en caso de falla.

En el caso del componente de acuerdo con las figuras 11 a 16, el procedimiento se desarrolla como sigue: En funcionamiento nominal, las secciones conductoras 3a, 3b, 3c, etc. están en cortocircuito eléctrico debido al material eléctricamente conductor, en particular debido al plástico eléctricamente conductor. En caso de falla, el (rápido y fuerte) aumento de temperatura hace que el material se funda (en particular en su superficie) e incluso se puede evaporar parcialmente. Esto reduce drásticamente la conductividad eléctrica del material, como resultado de lo cual se elimina total o parcialmente el cortocircuito de las secciones conductoras. El desarrollo posterior se corresponde con el desarrollo explicado anteriormente con respecto al componente de acuerdo con las figuras 2 a 10.

La figura 17 muestra un ejemplo de realización de un primer circuito eléctrico 170 que presenta un acumulador de energía 172 en forma de un condensador 172. El circuito también presenta un primer interruptor eléctrico 173 y un segundo interruptor eléctrico 174. El primer interruptor eléctrico 173 y el segundo interruptor eléctrico 174 están diseñados en cada caso como un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, transistor bipolar de puerta aislada) en el ejemplo de realización. Un primer diodo de rueda libre está conectado en antiparalelo al primer interruptor eléctrico 173; un segundo diodo de rueda libre está conectado en antiparalelo al segundo interruptor eléctrico 174. El primer interruptor eléctrico 173 y el segundo interruptor eléctrico 174 forman un medio puente eléctrico.

Cuando el primer interruptor eléctrico 173 está encendido y el segundo interruptor eléctrico 174 está apagado, la tensión del condensador o la tensión del acumulador de energía 172 se emite en los puntos de conexión 175 como tensión u. Por ejemplo, el condensador 172 puede estar cargado a tensiones de entre 2 kV y varios cientos de kV.

En el caso de un defecto, en particular una falla, del segundo interruptor eléctrico 174, el acumulador de energía 172 se descargaría repentinamente a través del primer interruptor eléctrico 173 y el segundo interruptor eléctrico 174, por lo que la energía eléctrica acumulada en el acumulador de energía 172 se convertiría explosivamente en energía térmica. Esto provocaría daños o la destrucción del primer circuito eléctrico 170. Para la protección contra tales daños/destrucción, un componente del tipo descrito por medio de las Figuras 1 a 16 está instalado en el primer circuito eléctrico 170. Este componente puede denominarse elemento de resistencia, elemento de resistencia con función de autoinducción, elemento fusible, elemento de protección o componente de protección. Este componente se denomina en lo sucesivo "componente de protección" o "componente" para abreviar.

El componente de protección puede instalarse como un componente de protección 176 en la vía de circulación de corriente/pista de corriente 177 que conduce a una conexión del acumulador de energía 172 o como un componente de protección 176' en la vía de circulación de corriente/pista de corriente 178 que conduce a una segunda conexión del acumulador de energía 172. Por tanto, solo es necesario instalar el componente de protección 176 o el componente de protección 176'. No es necesario instalar ambos componentes de protección 176 y 176'. En general, el componente de protección se instala en la vía de circulación de la corriente eléctrica (es decir, la conexión eléctrica) entre el acumulador de energía y el resto de componentes del circuito. En condiciones nominales (es decir, a corriente nominal y a la consiguiente temperatura del componente de protección por debajo del valor límite), el componente de protección 176 solo actúa como una resistencia óhmica muy baja y, por lo tanto, solo afecta de manera despreciable a la función del primer circuito eléctrico 170. En el caso de una falla (es decir, cuando ocurren grandes corrientes de falla y el componente de protección 176 se calienta como resultado de ello), el componente de protección 176 aumenta repentinamente su inductancia y, por lo tanto, contrarresta el rápido incremento de corriente. De este modo se ralentiza la descarga (no intencionada, debida a la falla) del acumulador de energía 172, de modo que se evita una conversión de energía explosiva. Como resultado, tanto el primer circuito 170 como los alrededores de este circuito (vivienda, habitaciones, edificio) quedan protegidos frente a daños y/o contaminación.

En la figura 18 se muestra un segundo circuito eléctrico 180, que en el ejemplo de realización está diseñado como puente completo con acumulador de energía. Además del acumulador de energía 172, el primer interruptor eléctrico 173 y el segundo interruptor eléctrico 174, este circuito presenta un tercer interruptor eléctrico 182 y un cuarto interruptor eléctrico 183. Este circuito 180 también puede protegerse frente a daños/destrucción mediante un componente de protección 176 o un componente de protección 176' en caso de falla.

En la figura 19 se muestra un tercer circuito eléctrico 190, que en el ejemplo de realización forma un submódulo denominado de doble abrazadera. Un módulo de este tipo se conoce por la solicitud de patente DE 102009057288 A1 "Convertidor para altas tensiones". Este tercer circuito eléctrico presenta un primer acumulador de energía 192 y un segundo acumulador de energía eléctrica 193. El primer acumulador de energía eléctrica 192 suministra energía eléctrica a un primer medio puente (mostrado a la izquierda del primer acumulador de energía eléctrica 192); el segundo acumulador de energía eléctrica 193 suministra energía eléctrica a un segundo medio puente (mostrado a la derecha del segundo acumulador de energía 193). El primer acumulador de energía eléctrica 192 y el segundo acumulador de energía eléctrica 193 están conectados entre sí por medio de una rama de circuito adicional.

Este tercer circuito eléctrico 190 se puede proteger insertando dos componentes de protección en este circuito: O bien se insertan un primer componente de protección 194 y un segundo componente de protección 195 (en la rama del circuito superior) o bien se insertan un primer componente de protección 194' y un segundo componente de protección 195' (en la rama de circuito inferior).

De manera análoga al primer circuito eléctrico 170 de la figura 17, los componentes de protección 194 y 195 (o 194' y 195') están instalados entre el acumulador de energía eléctrica y el medio puente alimentado por el acumulador de energía.

En la figura 20 se muestra un cuarto circuito eléctrico 200, que está construido de manera similar al tercer circuito eléctrico 190. A diferencia del tercer circuito eléctrico 190, los componentes de protección están dispuestos en diagonal: O bien el cuarto circuito eléctrico 200 presenta un primer componente de protección 202 y un segundo componente de protección 203 o bien el cuarto circuito eléctrico 200 presenta un primer componente de protección 202' y un segundo componente de protección 203'.

Por lo tanto, solo se requiere un componente de protección por cada medio puente o por cada puente completo. En el caso del módulo de doble abrazadera se requiere un componente de protección para cada medio puente.

Se han descrito un componente eléctrico y un procedimiento con los que se puede contrarrestar eficazmente un rápido incremento de corriente. Por ejemplo, partes de circuito o circuitos pueden protegerse así frente a daños o destrucción. El componente se conecta en serie a la pista de salida (pista de corriente de salida/vía de circulación de corriente de salida).

Las fallas asociadas con un rápido incremento de la corriente pueden ocurrir, por ejemplo, en instalaciones de transmisión de corriente continua de alta tensión (instalaciones HVDc ). Por ejemplo, puede producirse un cortocircuito de puente en módulos de medio puente, módulos de puente completo o módulos de doble abrazadera. En el caso de un fallo de conmutación de un interruptor semiconductor, por ejemplo, puede producirse un cortocircuito completo en el puente, un detonador transversal o la llamada descarga disruptiva de piso. Para mantener a este respecto el daño lo más bajo posible y también para no contaminar los edificios (por ejemplo, la sala de convertidores) con suciedad, se puede utilizar el componente descrito. El componente incluso se puede utilizar para controlar de forma segura energías acumuladas que son tan grandes que no se pueden controlar mediante protección pasiva (como una celda de protección contra explosiones que rodea el interruptor semiconductor, por ejemplo). El componente descrito se puede utilizar además de otros elementos de protección conocidos como tales, por ejemplo, además de tiristores conectados en paralelo a la pista de corriente (los denominados tiristores de palanca), además de combinaciones resistencia-inductancia conectadas en serie o además de fusibles conectados en serie.

En otras palabras, el componente presenta una bobina enrollada que, en funcionamiento nominal, solo actúa como una resistencia óhmica mínima debido al tensado mecánico externo y debido a las secciones conductoras en cortocircuito eléctrico. El tamaño de esta resistencia óhmica mínima depende del material (resistencia del material) y las transiciones de contacto en las conexiones. En caso de falla (es decir, cuando ocurren corrientes de falla altas), surge una inductancia eléctrica en el componente, es decir, el componente actúa como una bobina de autoinducción en caso de falla. La magnitud de la inductancia que se hace efectiva en caso de falla se puede ajustar mediante la estructura mecánica del componente (por ejemplo, mediante el número de devanados, diámetro, etc.).

A diferencia de las bobinas de autoinducción normales, las secciones conductoras/vueltas individuales no están eléctricamente aisladas entre sí. Si, en caso de falla, se desarrollaran arcos entre vueltas adyacentes, se puede aumentar el número de vueltas y se puede contrarrestar así la formación de arcos (la denominada caída catódica y caída anódica de los arcos). Dado el caso, también se puede modificar el diseño mecánico del componente. En caso de falla, debido a la corriente de falla muy alta se produce una entrada muy alta de energía en forma de calor en el componente. Esta entrada de energía o esta energía térmica se utiliza como disparador/encendedor para una reacción consecuente. Debido al calentamiento muy rápido del componente, se puede desencadenar una reacción consecuente casi instantánea/ignición instantánea.

Se han descrito dos variantes diferentes del componente. En la primera variante, se introduce material propelente (también llamado material de encendido) en una ranura entre las vueltas individuales, pudiendo estar dispuesta esta ranura a uno o a ambos lados de las secciones conductoras/vueltas. El material propelente tiene la propiedad de aumentar repentinamente su volumen cuando se introduce calor/energía por encima de un determinado valor límite. Como resultado, se supera la fuerza aplicada por un dispositivo de tensado o dispositivo de sujeción externo (por ejemplo, elementos de resorte u otras estructuras mecánicas), de modo que las vueltas individuales se alejan unas de otras. De este modo se forma una bobina de autoinducción. La inductancia de esta bobina de autoinducción contrarresta entonces la corriente de falla y atenúa la corriente de falla. El material propelente puede ser irreversible, es decir, conserva el volumen aumentado incluso después de que se haya enfriado nuevamente. El efecto de inductancia/autoinducción está presente entonces permanentemente y el componente debe reemplazarse después de la falla. El componente se puede cambiar con el circuito eléctrico completo o también se puede cambiar individualmente.

En la segunda variante del componente, las secciones conductoras/vueltas están en cortocircuito por medio de un material de alta conductividad eléctrica. Este material puede ser, por ejemplo, un plástico de alta conductividad eléctrica, en particular un polímero de alta conductividad eléctrica. En funcionamiento nominal, el componente presenta esencialmente solo una baja resistencia óhmica. En caso de falla con calentamiento intenso, el plástico se funde en su superficie, es decir, se vuelve líquido o se forma una mezcla de vapor líquido. Esto crea una capa líquida o similar a un vapor muy fina (por ejemplo, una capa de polímero) en la superficie del plástico, de modo que el plástico no conduce la electricidad tan bien. Esta capa líquida o similar a vapor aumenta en gran medida la proporción óhmica de la resistencia y, por tanto, forma un aislamiento entre las secciones conductoras individuales, de modo que la proporción inductiva del componente se vuelve efectiva, es decir, se forma un elemento de autoinducción.

Se han descrito un componente eléctrico y un procedimiento con los que se puede proteger un circuito eléctrico frente a daños o destrucción por descarga repentina de un acumulador de energía en caso de falla.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Componente eléctrico (1) con un conductor (3) que presenta varias secciones conductoras (3a, 3b, 3c), en donde - las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) están en cortocircuito eléctrico (36), y

- el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente cuando la temperatura del componente (1) supera un valor límite,

caracterizado por que

- entre las secciones conductoras (3a, 3b, 3c), está dispuesto un material propelente (32) que aumenta su volumen cuando la temperatura del componente (1) supera el valor límite.

2. Componente según la reivindicación 1,

caracterizado por que

- el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente cuando la temperatura del componente (1) supera el valor límite debido a una corriente eléctrica que fluye a través del componente.

3. Componente según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por que

- el componente (1) presenta una primera conexión eléctrica (24) y una segunda conexión eléctrica (28), la primera conexión eléctrica (24) está conectada a un primer extremo (22) del conductor y la segunda conexión eléctrica (28) está conectada a un segundo extremo (26) del conductor.

4. Componente según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

- las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) son en cada caso vueltas (3a, 3b, 3c) de un devanado (29).

5. Componente según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

- cuando el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente, aumenta la inductancia del componente (1).

6. Componente según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

- las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) están eléctricamente en cortocircuito por que las secciones conductoras no están aisladas y las secciones conductoras están en contacto entre sí (36).

7. Componente según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

- las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) presentan una primera entalladura (30) para alojar el material propelente (32) y/o una segunda entalladura (62) para alojar el material propelente (32).

8. Componente según la reivindicación 7,

caracterizado por que

- la primera entalladura (30) está dispuesta entre dos secciones conductoras (3a, 3b) adyacentes y/o la segunda entalladura (62) está dispuesta entre dos secciones conductoras (3b, 3c) adyacentes.

9. Componente según la reivindicación 7 u 8,

caracterizado por que

- la primera entalladura (30) está dispuesta en un lado de las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) y la segunda entalladura (62) está dispuesta en el lado opuesto de las secciones conductoras (3a, 3b, 3c).

10. Componente según una de las reivindicaciones 7 a 9,

caracterizado por que

- la primera entalladura (30) y/o la segunda entalladura (62) son una entalladura que discurre a lo largo de las secciones conductoras (3a, 3b, 3c).

11. Componente según una de las reivindicaciones 7 a 10,

caracterizado por que

- la primera entalladura (30) y/o la segunda entalladura (62) son una ranura (30, 62) que discurre a lo largo de las secciones conductoras (3a, 3b, 3c).

12. Componente según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

- el material propelente (32) presenta un plástico, en particular un polímero, con un coeficiente de dilatación térmica positivo.

13. Circuito eléctrico (170) con un componente (1) según una de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Circuito eléctrico según la reivindicación 13,

caracterizado por que

- el circuito presenta un acumulador de energía (172), y

- el componente (1) está dispuesto en una vía de circulación de corriente (177) conectada eléctricamente al acumulador de energía (172).

15. Procedimiento para aumentar la inductancia de un componente eléctrico (1), en donde el componente presenta un conductor (1) con varias secciones conductoras (3a, 3b, 3c), y en donde las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) están en cortocircuito eléctrico (36), cuando la temperatura del componente está por debajo de un valor límite, en donde, en el caso del procedimiento,

- el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente (32') cuando la temperatura del componente (1) supera el valor límite, caracterizado por que

- cuando se supera el valor límite de la temperatura, un material propelente (32) dispuesto entre las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) aumenta su volumen (32').

16. Procedimiento según la reivindicación 15,

caracterizado por que

- las secciones conductoras están eléctricamente en cortocircuito por que las secciones conductoras no están aisladas y las secciones conductoras están en contacto entre sí (36).

17. Procedimiento según la reivindicación 15 o 16,

caracterizado por que

- las secciones conductoras (3a, 3b, 3c) son en cada caso vueltas (3a, 3b, 3c) de un devanado (29).

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 17,

caracterizado por que

- cuando el cortocircuito (36) se elimina al menos parcialmente (32'), aumenta la inductancia del componente (1).