ES2959012T3 - Método y aparato para la detección de un fallo de fusible - Google Patents
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Abstract
Un método para la detección de una falla de un fusible protector (5) usado para proteger una carga asociada (7) contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga, en donde el método comprende los pasos de: medir (SA) una corriente eléctrica, I, que fluye a través del fusible protector (5) hasta dicha carga (7) mediante un elemento sensor de corriente (2), determinando (SB) una energía térmica generada en el fusible protector (5) dependiendo de la corriente eléctrica medida, I, y detectando (Sc) automáticamente un fallo del fusible protector (5) si la energía térmica determinada excede un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible protector (5).). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para la detección de un fallo de fusible
La invención se refiere a un método y aparato para la detección de un fallo de un fusible de protección que se usa para proteger una carga asociada contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga.
Los fusibles se usan ampliamente como dispositivos de protección contra sobrecorriente que tienen un circuito que abre una parte fusible que se calienta y corta por el paso de una sobrecorriente eléctrica que fluye a través del fusible. Se pueden usar diferentes fusibles en los sistemas de distribución eléctrica. Existe una gran variedad de diferentes tipos de fusibles eléctricos.
Una sobrecorriente eléctrica comprende cualquier corriente eléctrica que sea mayor que la capacidad nominal de la carga en condiciones especificadas. A menos que se eliminen a tiempo, incluso las sobrecorrientes bajas pueden sobrecalentar los componentes de sistema de un sistema distribuido, lo que a su vez puede dañar el aislamiento, los conductores y otros equipos del sistema. Dichas sobrecorrientes pueden incluso fundir conductores y vaporizar el aislamiento proporcionado. Las corrientes eléctricas muy altas pueden producir fuerzas magnéticas e incluso pueden doblar y torcer las barras colectoras.
En general, hay dos tipos principales de condiciones de fallo por sobrecorriente, es decir, condición de fallo por sobrecarga y condición de fallo por cortocircuito. En una condición de fallo por cortocircuito, hay una sobrecorriente que fluye fuera de su ruta de corriente normal en el circuito eléctrico. Un fallo por cortocircuito puede ser causado, por ejemplo, por una rotura del aislamiento o una conexión eléctrica defectuosa. Cuando ocurre una fallo por cortocircuito, la corriente eléctrica puede eludir la carga normal y puede tomar una ruta más corta, de ahí el término cortocircuito. Una condición de fallo por sobrecarga se puede definir como una sobrecorriente eléctrica que está confinada a la ruta de corriente normal, que, sin embargo, si se permite que persista durante más tiempo en el circuito eléctrico, puede causar daños al equipo y/o al cableado conectado.
Se puede usar un fusible de protección para proteger diferentes tipos de cargas, incluyendo cargas inductivas, cargas capacitivas y cargas resistivas contra una sobrecarga y/o una condición de fallo por cortocircuito. Por ejemplo, se puede usar un fusible de protección para proteger un motor eléctrico conectado a un conmutador de protección de motor. El conmutador de protección de motor está adaptado para proteger un motor eléctrico contra sobrecarga y/o fallo de un conductor externo. La protección de motor se puede usar para evitar cualquier daño al motor eléctrico, tal como fallos internos en el motor eléctrico. Se puede proporcionar un conmutador de protección de motor trifásico en paralelo a fusibles de protección. En caso de que falle un fusible, el conmutador de protección de motor puede hacerse cargo durante algún tiempo del flujo de corriente eléctrica. Por consiguiente, en muchos casos de uso, es necesario detectar que los fusibles eléctricos de protección se han dañado o roto a causa de una sobrecorriente. Por lo tanto, en muchos casos de uso, se requiere una supervisión de fallos de fusibles para aumentar la fiabilidad operativa y la seguridad de funcionamiento del sistema distribuido. Se puede implementar una supervisión de fallos de fusibles para un fusible de protección para cargas críticas del sistema distribuido protegido por un fusible de protección asociado. Otros ejemplos incluyen sistemas de alimentación de emergencia o sistemas de carga de baterías. En muchos casos de uso, el fusible de protección está conectado en serie a un conmutador de protección adicional que puede incluir un conmutador de protección semiconductor o un conmutador de protección electromecánico.
Los métodos convencionales para la detección de un fallo de un fusible de protección se basan en una caída de tensión medida a lo largo del fusible de protección lo que, como consecuencia, requiere medir el potencial eléctrico en ambos lados del fusible de protección. Para derivar la diferencia de potencial en el fusible de protección, se requieren dos cables eléctricos y deben conectarse a ambos lados del fusible de protección. Esto aumenta los esfuerzos técnicos necesarios y la complejidad del circuito. También, los cables conectados a ambos lados del fusible de protección pueden interrumpirse en casos especiales, aumentando así la probabilidad de que no se detecte un fallo del fusible de protección. En este caso, se compromete la seguridad de funcionamiento del sistema distribuido. Los documentos CN105047501, ES2388163, CN104183439 y US 4858054 se refieren al diagnóstico de fusibles de protección.
Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método y un aparato para la detección de un fallo de un fusible de protección que aumente la fiabilidad de la detección de fallos sin aumentar significativamente la complejidad del circuito de detección.
Este objetivo se consigue de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención mediante un método para la detección de un fallo de un fusible de protección que comprende las características de la reivindicación 1.
La invención proporciona, de acuerdo con un primer aspecto, un método para la detección de un fallo de un fusible de protección usado para proteger una carga asociada contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga,
en donde el método comprende las etapas de:
medir una corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección hacia dicha carga por medio de un elemento sensor de corriente, determinar una energía térmica generada en el fusible de protección dependiendo de la corriente eléctrica medida y
detectar automáticamente un fallo del fusible de protección si la energía térmica determinada supera un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección.
Una ventaja del método de acuerdo con la presente invención es que funciona de forma fiable incluso en un entorno hostil. Otra ventaja del método de acuerdo con la presente invención es que el fallo de un fusible de protección puede detectarse muy rápidamente en un corto tiempo de detección de menos de un milisegundo.
En una posible realización del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se genera automáticamente una señal de detección de fallo de fusible si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección. La señal de detección de fallo de fusible generada indica un probable fallo del fusible de protección debido a una corriente de cortocircuito.
Esto tiene la ventaja de que la señal de detección de fallo de fusible se puede suministrar a un controlador local o remoto y se puede considerar para controlar las funciones del sistema distribuido, incluyendo la carga de protección.
En una posible realización adicional del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la energía térmica se calcula como un valor en amperios al cuadrado por segundo y se compara con el valor umbral predeterminado.
Esto tiene la ventaja de que se puede derivar un valor en amperios al cuadrado por segundo como valor umbral a partir de una hoja de datos del fusible de protección.
En una posible realización adicional del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se detecta un fallo del fusible de protección, si como condición adicional una señal de estado de conmutación recibida indica que la carga asociada no ha sido desconectada externamente por un conmutador de protección.
Esto tiene la ventaja de que, en un escenario donde un conmutador de protección conectado en serie con el fusible de protección ha sido disparado por una señal de control externa que conduce a una detención del flujo de una corriente eléctrica a través del fusible de protección, no provoca la generación de una señal de detección de fallo de fusible que podría interpretarse erróneamente como un fallo del fusible de protección.
En una posible realización adicional del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, si la energía térmica determinada no supera el valor umbral predeterminado pero la amplitud de la corriente eléctrica medida es mayor que una corriente nominal predeterminada, se determina una entrada de energía en dicho fusible de protección causada por una corriente eléctrica que fluye.
En una posible realización adicional del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, si la entrada de energía determinada en el fusible de protección por la corriente eléctrica supera un valor umbral predeterminado, automáticamente se genera una señal de advertencia de fallo por sobrecarga que indica un fallo inminente del fusible de protección debido a una corriente de sobrecarga.
Esto proporciona la importante ventaja de que se detecta un fallo inminente del fusible de protección antes de que suceda realmente. Esto permite, por ejemplo, realizar un mantenimiento preventivo del sistema distribuido que comprende el fusible de protección. Por ejemplo, si el fusible de protección se ha dañado debido a una corriente de sobrecarga, se puede prever un posible fallo del fusible de protección y se pueden iniciar las contramedidas correspondientes antes de que el fusible de protección falle por completo.
En una posible realización adicional del método de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la entrada de energía en el fusible de protección se determina calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección como una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección y el calor disipado por el fusible de protección.
La invención proporciona, de acuerdo con un aspecto adicional, un aparato de detección de fallos de fusibles que comprende las características de la reivindicación 8.
La invención proporciona, de acuerdo con el segundo aspecto, un aparato de detección de fallos de fusibles previsto para la detección de un fallo de un fusible de protección usado para proteger una carga asociada contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga, en donde el aparato de detección de fallos de fusibles comprende:
un elemento sensor de corriente adaptado para medir una corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección hacia dicha carga, una unidad de determinación adaptada para determinar una energía térmica generada en el fusible de protección dependiendo de la corriente eléctrica medida por dicho elemento sensor de corriente, y
una unidad de detección de fallos adaptada para detectar automáticamente un fallo del fusible de protección si la energía térmica determinada supera un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica medida por dicho elemento sensor de corriente ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección.
En una posible realización del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de detección de fallos está adaptada para generar automáticamente una señal de detección de fallo de fusible que indica un probable fallo del fusible de protección debido a una corriente de cortocircuito si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección.
En una posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de determinación está adaptada para calcular un valor en amperios al cuadrado por segundo que representa la energía térmica generada en el fusible de protección en respuesta a la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente.
En una posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de detección de fallos está adaptada para comparar el valor en amperios al cuadrado por segundo calculado con un valor en amperios al cuadrado por segundo predeterminado para generar la señal de detección de fallo de fusible, si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección y si una señal de estado de conmutación recibida indica que la carga asociada no ha sido desconectada externamente por un conmutador de protección.
En una posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de determinación está adaptada además para determinar una entrada de energía en dicho fusible de protección causada por la corriente eléctrica que fluye, si la energía térmica determinada no supera el valor umbral predeterminado pero la amplitud de la corriente eléctrica medida es mayor que una corriente nominal predeterminada.
En todavía otra posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de detección de fallos está adaptada para generar una señal de advertencia de fallo por sobrecarga, si la entrada de energía determinada en el fusible de protección por la corriente eléctrica supera un valor umbral predeterminado, en donde la señal de advertencia de fallo por sobrecarga generada indica un fallo inminente del fusible de protección debido a una corriente de sobrecarga.
En todavía otra posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de determinación está adaptada para determinar la entrada de energía en el fusible de protección calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección como una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección y el calor disipado por el fusible de protección.
En una posible realización del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, el componente sensor de corriente está adaptado para medir una corriente eléctrica de CC.
En todavía una posible realización alternativa adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, el componente sensor de corriente está adaptado para medir una corriente eléctrica de CA.
En todavía otra posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, el elemento sensor de corriente está conectado en serie al fusible de protección dentro de la ruta de suministro de corriente de la carga o está unido a la ruta de suministro de corriente de la carga.
En una posible implementación, el elemento sensor de corriente unido a la ruta de suministro de corriente de la carga también se puede mover a lo largo del cable o una barra de la ruta de suministro de corriente.
En todavía otra posible realización adicional del aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, la unidad de detección de fallos comprende una interfaz para recibir una señal de estado de conmutación desde un conmutador de protección que está conectado en serie con el fusible de protección a lo largo de la ruta de suministro de corriente de la carga.
La invención proporciona, de acuerdo con un aspecto adicional, un dispositivo adaptador que comprende un aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención.
En lo sucesivo, se describen en más detalle posibles realizaciones de los diferentes aspectos de la presente invención con referencia a las figuras adjuntas.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques para ilustrar una posible realización ilustrativa de un aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con un aspecto de la presente invención;
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de las etapas principales de una posible realización ilustrativa de un método para la detección de un fallo de un fusible de protección de acuerdo con otro aspecto de la presente invención;
La Figura 3 muestra un diagrama de flujo adicional para ilustrar una posible realización ilustrativa de un método para la detección de un fallo de un fusible de protección de acuerdo con otro aspecto de la presente invención;
Las Figuras 4A, 4B ilustran diagramas de señal para ilustrar el funcionamiento de un fusible de protección en una condición de cortocircuito;
La Figura 5 ilustra un diagrama simple para ilustrar las definiciones de un valor en amperios al cuadrado por segundo usado para determinar una energía térmica dentro del fusible de protección mediante el método y el aparato de acuerdo con la presente invención;
La Figura 6 muestra un diagrama para ilustrar un comportamiento de funcionamiento de un fusible de protección usado para proporcionar protección contra sobrecarga y/o contra sobrecorriente.
Como se puede ver a partir del diagrama de bloques esquemático de la Figura 1, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 de acuerdo con la presente invención puede comprender tres componentes principales. En la realización ilustrada, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 comprende un elemento sensor de corriente 2, una unidad de determinación 3 y una unidad de detección de fallos 4. El aparato de detección de fallos de fusibles 1 está conectado en serie con el fusible de protección 5 como se ilustra en la Figura 1. En una posible realización, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 se puede conectar en serie en una ruta de suministro de corriente entre una fuente eléctrica 6 y una carga eléctrica 7 como se muestra en la Figura 1. En una posible realización, la ruta de suministro de corriente también puede incluir un conmutador de protección opcional 8 como también se ilustra en el diagrama de bloques de la Figura 1. La carga eléctrica 7 puede comprender una carga resistiva, una carga capacitiva o una carga inductiva.
El elemento sensor de corriente 2 puede, en una posible realización, conectarse en serie con el fusible de protección 5 dentro de la ruta de suministro de corriente de la carga 7. La ruta de suministro de corriente se puede adaptar para transportar una corriente de suministro de CC o una corriente de suministro de CA. En una posible realización, el elemento sensor de corriente 2 también se puede conectar a la ruta de suministro de corriente de la carga 7. En esta realización, el elemento sensor de corriente 2 puede, por ejemplo, engancharse en un cable eléctrico que transporta la corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección 5 y a través del conmutador de protección 8 hacia la carga 7. La corriente eléctrica causa un campo magnético que puede ser detectado por el elemento sensor de corriente 2 unido al cable de transporte de corriente o a la barra colectora de transporte de corriente. Esta realización tiene la ventaja adicional de que el elemento sensor de corriente 2 se puede mover a lo largo de la ruta de suministro de corriente entre la fuente 6 y la carga 7. Por consiguiente, el elemento sensor de corriente 2 unido a la ruta de suministro de corriente también se puede fijar manualmente en diferentes ubicaciones en el cable de transporte de corriente entre la fuente 6 y la carga 7. Esto proporciona más flexibilidad cuando se amplía un sistema de distribución de alimentación existente añadiendo un aparato de detección de fallos de fusibles 1 de acuerdo con la presente invención al sistema respectivo. En otras palabras, esta realización no requiere interrumpir un cable de transporte de corriente existente entre el fusible de protección 5 y la carga eléctrica 7.
En la realización ilustrada en la Figura 1, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 se proporciona detrás del fusible de protección 5, es decir, en el lado de salida del fusible de protección 5 en su lado orientado hacia la carga. En una realización alternativa, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 de acuerdo con la presente invención también se puede ubicar en el lado del fusible de protección 5 orientado hacia la fuente eléctrica 6.
En una posible realización, el componente sensor de corriente 2 ilustrado en la figura 1 puede adaptarse para medir una corriente eléctrica de CC proporcionada por la fuente eléctrica 6 y suministrada a la carga eléctrica 7 a través de la ruta de suministro de corriente. En una realización alternativa, el elemento sensor de corriente 2 está adaptado para medir una corriente eléctrica de CA que fluye desde una fuente de corriente eléctrica de CA 6 a través de la ruta de suministro de corriente hacia la carga eléctrica 7.
El elemento sensor de corriente 2 puede comprender, en una posible implementación, una resistencia de derivación que está conectada en serie al fusible de protección 5 dentro de la ruta de suministro de corriente de la carga 7. La tensión a lo largo de la resistencia de derivación es directamente proporcional a la corriente eléctrica que fluye a través de la resistencia de derivación.
En una realización alternativa, el elemento sensor de corriente 2 puede comprender una bobina, en particular una bobina de Rogowski, que está adaptada para medir corrientes eléctricas alternas o pulsos de corriente de alta velocidad. La bobina de Rogowski puede responder a corrientes eléctricas que cambian rápidamente en varios nanosegundos debido a su baja inductancia.
El elemento sensor de corriente 2 también puede comprender otros tipos de elementos sensores de corriente, en particular, sensores de corriente de efecto Hall o sensores GMR de magnetorresistencia gigante. Un sensor de efecto Hall está adaptado para medir la magnitud de un campo magnético que puede ser causado por la corriente eléctrica que fluye a lo largo de la ruta de suministro de corriente. En consecuencia, en una posible realización, la unión de un elemento sensor de corriente 2 a la ruta de suministro de corriente no requiere una conexión galvánica. En una realización de este tipo, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 está aislado galvánicamente de la ruta de suministro de corriente entre la fuente 6 y la carga 7. Esto aumenta la fiabilidad operativa del aparato de detección de fallos de fusibles 1 en caso de que se produzcan altas sobrecorrientes de cortocircuito. También, se puede facilitar una extensión de un sistema de distribución de energía existente ya que el elemento sensor de corriente 2 solo se conecta mecánicamente a la ruta de suministro de corriente para medir el campo magnético sin requerir la interrupción de la ruta de suministro de corriente cuando se monta el aparato de detección de fallos de fusibles 1 en el cable de transporte de corriente entre el fusible de protección 5 y la carga 7.
Como se puede ver a partir del diagrama de bloques de la Figura 1, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 no requiere una derivación del potencial eléctrico en ambos lados del fusible de protección 5. El aparato de detección de fallos de fusibles 1 de acuerdo con la presente invención se proporciona en el lado aguas arriba del fusible de protección 5 orientado hacia la fuente eléctrica 6 o en el lado aguas abajo del fusible de protección 5 orientado hacia la carga eléctrica 7.
El elemento sensor de corriente 2 mide la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 y notifica la corriente eléctrica medida I a la unidad de determinación 3 del aparato de detección de fallos de fusibles 1 como se ilustra en la Figura 1. La unidad de determinación 3 está adaptada para determinar una energía térmica generada en el fusible de protección 5 dependiendo de la corriente eléctrica I medida por el elemento sensor de corriente 2. En una posible realización, la unidad de determinación 3 está adaptada para calcular un valor en amperios al cuadrado por segundo que representa la energía térmica generada en el fusible de protección 5 en respuesta a la corriente eléctrica I medida por el elemento sensor de corriente 2.
El aparato de detección de fallos de fusibles 1 comprende además una unidad de detección de fallos 4 adaptada para detectar automáticamente un fallo del fusible de protección 5, si la energía térmica determinada supera un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente 2 ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5.
La unidad de detección de fallos 4 está adaptada para generar en una posible realización automáticamente una señal de detección de fallo de fusible FFDS que indica un probable fallo del fusible de protección 5 debido a una corriente de cortocircuito, si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica I medida por el elemento sensor de corriente 2 ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5. En una posible realización, la unidad de detección de fallos 4 está adaptada para comparar el valor en amperios al cuadrado por segundo calculado con un valor en amperios al cuadrado por segundo predeterminado para generar la señal de detección de fallo de fusible FFDS, si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica I medida por el elemento sensor de corriente 2 ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5.
La clasificación I2t está relacionada con la cantidad de energía que deja pasar un elemento fusible cuando corrige el fallo eléctrico. Este término se usa normalmente en condiciones de cortocircuito y los valores se pueden usar para realizar la coordinación en redes eléctricas. Los parámetros I2t se pueden proporcionar mediante gráficos en las hojas de datos del fabricante para diferentes tipos de fusibles. Para la coordinación del funcionamiento de fusibles con dispositivos aguas arriba o aguas abajo, se especifican tanto el I2t de fusión como el I2t de corrección. El I2t de fusión es proporcional a la cantidad de energía requerida para comenzar a fundir el elemento fusible. El I2t de corrección es proporcional a la energía total que deja pasar el fusible al corregir un fallo. La energía depende principalmente de la corriente y el tiempo de los fusibles, así como del nivel de fallo disponible y la tensión del sistema. Dado que la clasificación I2t del fusible es proporcional a la energía que deja pasar, es una medida del daño térmico por el calor y las fuerzas magnéticas que producirá un fallo.
En una posible realización, la unidad de detección de fallos 4 genera la señal de detección de fallo de fusible FFDS solamente, si se cumple una condición adicional, es decir, si una señal de estado de conmutación SWSS recibida indica que la carga asociada 7 no ha sido desconectada externamente por un conmutador de protección asociado 8 provisto dentro de la ruta de suministro de corriente. En esta realización, la unidad de detección de fallos 4 puede comprender una interfaz para recibir una señal de estado de conmutación SWSS desde el conmutador de protección 8 que está conectado en serie con el fusible de protección 5 a lo largo de la ruta de suministro de corriente de la carga 7. El conmutador de protección 8 puede comprender un conmutador de protección electromecánico y/o un conmutador de protección semiconductor.
En una posible realización, la unidad de detección de fallos 4 está adaptada además para generar una señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS si la entrada de energía determinada en el fusible de protección 5 por la corriente eléctrica que fluye a lo largo de la ruta de suministro de corriente supera un valor umbral predeterminado. La señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS generada puede indicar un inminente, es decir, un futuro, fallo del fusible de protección 5 debido a una corriente de sobrecarga. En una posible realización, la unidad de determinación 3 puede determinar una entrada de energía en el fusible de protección 5 calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección 5 como una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 y el calor disipado por el fusible de protección 5. Por consiguiente, si la energía térmica determinada no supera el valor umbral predeterminado pero la corriente de la corriente eléctrica medida I es mayor que una corriente eléctrica nominal predeterminada, se puede determinar una entrada de energía en el fusible de protección 5 causada por la corriente eléctrica I que fluye. Si esta entrada de energía supera un valor umbral predefinido, la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS puede ser generada por la unidad de detección de fallos 4 y emitida a través de una interfaz del aparato de detección de fallos de fusibles 1. En la realización ilustrada de la Figura 1, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 comprende una interfaz de datos que se proporciona para emitir la señal de detección de fallo de fusible FFDS generada y la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS. La señal de detección de fallo de fusible FFDS indica un fallo del fusible de protección 5 debido a una corriente de cortocircuito. En este escenario, el fusible de protección 5 ya se ha roto o fundido debido a la sobrecorriente de cortocircuito muy alta. Por el contrario, la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS indica un posible fallo futuro del fusible de protección 5 debido a una corriente de sobrecarga que fluye a lo largo de la ruta de suministro de corriente.
Tanto la señal de detección de fallo de fusible FFDS como la señal de advertencia de sobrecarga OFWS se pueden suministrar a un controlador local o remoto para activar contramedidas automáticamente. En caso de que el controlador local o remoto reciba una señal de detección de fallo de fusible FFDS, el fusible de protección 5 que se ha roto debido a la corriente de cortocircuito tiene que ser reemplazado. En caso de que el controlador remoto o local reciba la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS, el fusible de protección 5 todavía está operativo pero podría dañarse por la corriente de sobrecarga que fluye, lo que requerirá que un operador de mantenimiento lo reemplace en un futuro próximo. La señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS proporciona una advertencia sobre un posible fallo de función futuro del fusible de protección 5 y, en una posible realización, puede desencadenar automáticamente una operación de mantenimiento preventivo del sistema distribuido.
En la realización ilustrada, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 puede comprender una interfaz de control para recibir una señal de estado de conmutación SWSS desde el conmutador de protección 8 que puede conectarse en serie al fusible de protección 5 dentro de la ruta de suministro de corriente. El conmutador de protección 8 puede ser un elemento separado, en particular, un dispositivo semiconductor tal como un transistor bipolar de puerta aislada IGBT, un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor MOSFET u otros dispositivos de conmutación de semiconductores, como un transistor de unión bipolar BJT o un transistor de efecto de campo de puerta de unión JFET. Otras realizaciones posibles comprenden un tiristor o un tiristor conmutado por puerta integrada IGCT. Tan pronto como el conmutador de protección 8 haya desconectado la carga eléctrica 7, la señal de estado de conmutación SWSS se puede establecer en un nivel lógico alto que indica que la carga asociada 7 ha sido desconectada por el conmutador de protección 8. Siempre que la señal de estado de conmutación SWSS sea lógicamente baja e indique que la carga asociada no ha sido desconectada externamente por el conmutador de protección 8, la unidad de detección de fallos 4 puede generar automáticamente la señal de detección de fallo de fusible FFDS, si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y la unidad de detección de fallos 4 detecta que la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente 2 ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5. En esta realización, la unidad de detección de fallos 4 puede supervisar la amplitud del flujo eléctrico medido por el elemento sensor de corriente 2. Si la amplitud de la corriente eléctrica cae a cero durante un breve tiempo predefinido, la unidad de detección de fallos 4 puede determinar que la corriente eléctrica I ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5. En consecuencia, en una realización preferida, la unidad de detección de fallos 4 genera la señal de detección de fallo de fusible FFDS sólo si se cumplen tres condiciones. Una primera condición es que el valor en amperios al cuadrado por segundo calculado haya excedido un valor en amperios al cuadrado por segundo predeterminado. Una segunda condición es que la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 y medida por el elemento sensor de corriente 2 ha dejado de fluir. Una tercera condición es que la señal de estado de conmutación SWSS recibida indique que el conmutador de protección 8 no ha realizado ninguna desconexión, por ejemplo, la señal de estado de conmutación SWSS recibida es lógicamente baja.
En una posible implementación del aparato de detección de fallos de fusibles 1, el elemento sensor de corriente 2, la unidad de determinación 3 y la unidad de detección de fallos 4 pueden estar integrados en una carcasa de un dispositivo correspondiente. En una realización alternativa, las diferentes unidades del aparato de detección de fallos de fusibles 1, en particular la unidad de determinación 3 y la unidad de detección de fallos 4, pueden distribuirse en diferentes ubicaciones dentro del sistema de distribución de energía. En todavía otra posible realización adicional, la carcasa del aparato de detección de fallos de fusibles 1 también puede incluir el conmutador de protección 8 como se ilustra en el diagrama de bloques de la figura 1.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo para ilustrar una posible realización ilustrativa de un método para la detección de un fallo de un fusible de protección tal como el fusible de protección 5 ilustrado en el diagrama de bloques de la figura 1. En la realización ilustrada, el método comprende tres etapas principales S<a>, S<b>, S<c>.
En una primera etapa S<a>, una corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección 5 hacia la carga 7 se detecta por medio de un elemento sensor de corriente 2. El elemento sensor de corriente 2 puede integrarse en la carcasa de un aparato de detección de fallos de fusibles 1 como se ilustra en el diagrama de bloques de la figura 1. El elemento sensor de corriente 2 también puede comprender un elemento separado conectado a la unidad de determinación 3 y la unidad de detección de fallos 4 a una línea de señal de sensor. La corriente eléctrica medida I puede comprender una corriente de CC y/o una corriente de CA.
En una etapa adicional S<b>, se determina una energía térmica generada en el fusible de protección 5 dependiendo de la corriente eléctrica medida. En una posible realización, la energía térmica puede calcularse como un valor en amperios al cuadrado por segundo y a continuación compararse con un valor umbral predefinido.
En una etapa adicional S<c>, un fallo del fusible de protección 5 se detecta automáticamente, si la energía térmica determinada en la etapa Sb recibe el valor umbral predefinido y si como segunda condición, la corriente eléctrica I medida por el elemento sensor de corriente 2 en la etapa Sa ha dejado de fluir a través del fusible de protección 5. Si se detecta dicho fallo, se puede generar una señal de detección de fallo de fusible FFDS que indica un probable fallo del fusible de protección 5 debido a una corriente de cortocircuito.
La Figura 3 muestra un diagrama de flujo de una posible realización del método de un fallo de un fusible de protección 5.
El proceso comienza en la etapa S0. En una etapa adicional S1, se determina si se puede detectar un flujo de corriente. Se detecta un flujo de corriente si la amplitud de la corriente que fluye I medida por el componente sensor de corriente 2 supera un valor umbral predefinido durante un lapso de tiempo mínimo predeterminado. Si se ha detectado un flujo de corriente en la etapa S1, se puede calcular un valor en amperios al cuadrado por segundo de la corriente eléctrica I medida y se puede comparar en la etapa S2 con un valor umbral predefinido en amperios al cuadrado por segundo. Este valor umbral predefinido en amperios al cuadrado por segundo comprende un parámetro que se puede configurar durante la inicialización en una memoria de configuración de la unidad de determinación 3. En una posible implementación, el valor umbral en amperios al cuadrado por segundo almacenado en la memoria de configuración también puede ser ajustado por un usuario u operador por medio de una interfaz de usuario o ajustado por un controlador externo a través de una interfaz de datos del aparato de detección de fallos de fusibles 1. Un parámetro adicional que se puede configurar en el registro de configuración o en la memoria de configuración puede comprender la corriente eléctrica nominal visible para la carga 7. La comparación del valor en amperios al cuadrado por segundo calculado y el valor umbral en amperios al cuadrado por segundo predefinido se puede realizar en una posible implementación mediante un comparador de la unidad de detección de fallos 4. En una posible implementación, el valor en amperios al cuadrado por segundo se puede calcular basándose en la corriente medida en una posible realización, durante cada diez milisegundos. Este período de tiempo puede variar dependiendo del caso de uso. En una posible realización, el período de tiempo para el cálculo del valor en amperios al cuadrado por segundo es ajustable. Si el valor en amperios al cuadrado por segundo no supera el valor umbral predefinido, se realiza una comparación adicional en la etapa S3 como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 3. Se determina en la etapa S3 si la corriente eléctrica medida supera una corriente eléctrica nominal predefinida que se puede leer desde la memoria de configuración del aparato de detección de fallos de fusibles 1. Si este no es el caso, el fusible de protección 5 todavía está en el intervalo de funcionamiento normal y no se ha producido ninguna situación crítica. Por el contrario, si la corriente eléctrica medida supera la corriente nominal predefinida, en la etapa S4 se puede calcular o determinar una entrada de energía en el fusible de protección 5 causada por la corriente eléctrica I que fluye. En una posible realización, la unidad de determinación 3 determina en la etapa S4 una entrada de energía en el fusible de protección 5 calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección 5. El equilibrio de transferencia de calor comprende una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 y el calor disipado por el fusible de protección 5. Si la entrada de energía en el fusible de protección 5 por la corriente eléctrica I supera un valor umbral predefinido, la unidad de detección de fallos 4 puede generar, en una realización preferida, en la etapa S4 una señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS que indica un posible fallo inminente del fusible de protección 5 debido a una corriente de sobrecarga.
Por consiguiente, la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS se genera en una situación en la que la energía térmica representada por el valor en amperios al cuadrado por segundo calculado no supera un umbral predefinido pero la corriente eléctrica que fluye a través del fusible de protección 5 es superior a una corriente eléctrica nominal predefinida, es decir, en una situación de corriente de sobrecarga. En una realización preferida, la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS se genera automáticamente, si el equilibrio de transferencia de calor calculado indica una entrada de energía crítica en el fusible de protección 5 que probablemente dañe el fusible de protección 5.
En la etapa S5, se determina si la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 y medida por el elemento sensor de corriente 2 se ha detenido o no. Si la corriente eléctrica I sigue fluyendo, el procedimiento regresa a la etapa S2 como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 3. Por el contrario, si la corriente eléctrica supervisada ha dejado de fluir, en la etapa S6 se decide si la interrupción de la corriente eléctrica I fue causada por un conmutador de protección externo tal como el conmutador de protección 8 ilustrado en el diagrama de bloques de la Figura 1. En una posible realización, la señal de estado de conmutación SWSS recibida se evalúa para decidir si se ha realizado una desconexión externa. Si la señal de estado de conmutación SWSS recibida indica una desconexión externa, el proceso regresa a la etapa S1 como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 3. Sin embargo, si la señal de estado de conmutación SWSS indica que no se ha realizado ninguna desconexión externa, se concluye en la etapa S7 que el fusible de protección 5 se ha roto debido a una alta corriente de cortocircuito. En este caso, la unidad de detección de fallos 4 puede además generar automáticamente en la etapa S7 una señal de detección de fallo de fusible FFDS que indica un probable fallo del fusible de protección 5 debido a una corriente de cortocircuito.
Como se puede ver a partir de la Figura 3, hay dos parámetros que se pueden establecer externamente, es decir, el valor umbral en amperios al cuadrado por segundo predeterminado I2tmáx y la corriente nominal I<r>. En una posible implementación, ambos parámetros se pueden establecer en una fase de inicialización. En una realización adicional, los parámetros también se pueden ajustar durante el funcionamiento del aparato de detección de fallos de fusibles 1 a través de una interfaz de usuario o de datos. La interfaz de datos puede conectar el aparato de detección de fallos de fusibles 1 con un controlador remoto o local que puede establecer los parámetros durante el funcionamiento del sistema de fuente de alimentación distribuida. También, la corriente nominal I<r>se puede adaptar, dependiendo de la carga 7 a proteger, por el fusible de protección 5. En una posible implementación, una corriente nominal admisible I<r>se puede leer desde una base de datos o desde una memoria local integrada en la carga 7 a proteger.
El fusible de protección 5 comprende elementos fusibles. Estos elementos fusibles dentro del fusible de protección 5 pueden fundirse para proteger la carga aguas abajo a la que está conectado el fusible de protección 5. El fusible de protección también puede denominarse dispositivo de sacrificio en el circuito. Los elementos fusibles dentro del fusible de protección 5 están especialmente diseñados para transportar una cantidad específica de corriente eléctrica continuamente sin abrirse. Esta se conoce como la corriente nominal I<r>del fusible de protección 5. Si la corriente eléctrica I fluye a través de estos puentes de elementos o restricciones del fusible eléctrico 5, se genera calor. Hasta que haya un equilibrio en la transferencia de calor, los elementos fusibles continúan transportando la corriente eléctrica según lo previsto. Se logra un equilibrio de la transferencia de calor donde el calor generado es igual al calor disipado.
Por el contrario, si hay un desequilibrio en la transferencia de calor debido a condiciones de sobrecorriente, tales como una sobrecarga o un cortocircuito, la cantidad de calor generado es mayor que el calor disipado. Esto a su vez provoca un aumento de temperatura en los elementos fusibles del fusible de protección 5 realizado por restricciones o puntos débiles. Si el aumento de temperatura alcanza el punto de fusión de los elementos fusibles (por ejemplo, 1085 °C para el cobre o 962 °C para la plata), los puentes de elementos dentro del fusible de protección 5 comienzan a fundirse y romperse, dando como resultado una interrupción de la corriente eléctrica I que fluye a través del fusible de protección 5 hacia la carga protegida 7. En el caso de una condición de cortocircuito, los elementos fusibles dentro del fusible de protección 5 comienzan a fundirse y a continuación separan en solo unos pocos milisegundos la carga protectora 7 de la fuente eléctrica 6. Durante este periodo de tiempo, se puede generar un arco eléctrico dentro del fusible 5 como también se ilustra en los diagramas de señales de las Figuras 4A, 4B.
La energía térmica generada durante la interrupción de una corriente de fallo por el fusible de protección 5 se puede expresar en julios y se denomina comúnmente amperios al cuadrado por segundo. La energía térmica es proporcional al cuadrado de la corriente eléctrica I durante el tiempo de funcionamiento t.
La energía térmica generada se puede representar como un valor de fusión en amperios al cuadrado por segundo, un valor de arco en amperios al cuadrado por segundo y un valor de corrección en amperios al cuadrado por segundo.
El valor de fusión en amperios al cuadrado por segundo I2t es la energía térmica que pasa por el fusible de protección 5 después de que se produzca una sobrecorriente hasta que el elemento fusible se funde.
El valor de arco en amperios al cuadrado por segundo es la energía térmica-que pasó por el fusible de protección 5 durante su tiempo de arco.
El valor de corrección en amperios al cuadrado por segundo es la suma del valor de fusión más de arco en amperios al cuadrado por segundo.
La Figura 5 ilustra el cálculo de un valor en amperios al cuadrado por segundo. Hay un tiempo de fusión y un tiempo de arco. El tiempo de fusión comprende un lapso de tiempo desde el inicio de la condición de sobrecorriente hasta el instante en que comienza el arco dentro del fusible de protección 5. Esto es seguido por el tiempo de arco, es decir, el lapso de tiempo entre la fusión de un enlace fusible hasta que se interrumpe la sobrecorriente eléctrica. Si se ha llegado a un punto de no retorno, el fusible de protección 5 se funde e interrumpe la ruta de suministro de corriente eléctrica.
La figura 6 ilustra el funcionamiento de un fusible de protección 5 usado para protección contra sobrecorriente de cortocircuito y protección contra corriente de sobrecarga.
Una sobrecorriente es cualquier corriente eléctrica que es más grande que lo que una carga, equipo o dispositivo conectado está clasificado para transportar en condiciones específicas. A menos que la sobrecorriente se elimine a tiempo, incluso sobrecorrientes moderadas pueden sobrecalentar rápidamente los componentes del sistema.
Una condición de fallo por sobrecarga comprende una sobrecorriente que está confinada a una ruta de corriente normal. Típicamente, sobrecorrientes inferiores al 600 % de la corriente eléctrica nominal I<r>de la carga protegida 7 o de la aplicación se denominan corrientes de fallo por sobrecarga. Las condiciones de sobrecarga a menudo surgen en aplicaciones o sistemas cuando persisten picos de corriente temporales en el sistema, por ejemplo, debido a una obstrucción mecánica o condiciones de equipo atascado.
Típicamente, sobrecorrientes superiores al 600 % de la corriente nominal I<r>del dispositivo o carga protegidos se denominan corrientes de fallo por cortocircuito. Una condición de cortocircuito puede surgir debido a una ocurrencia tal como accidentes, malas aplicaciones o averías en el aislamiento.
La Figura 6 ilustra un diagrama que muestra una curva característica de un fusible de protección 5. Hay tres zonas de funcionamiento principales del fusible de protección 5. Siempre que la corriente eléctrica medida I esté por debajo de la corriente nominal I<r>, hay un comportamiento de funcionamiento normal y el fusible de protección 5 no se ve afectado. Si la corriente eléctrica I supera la corriente nominal predefinida I<r>, en una posible realización, el plomo que se proporciona en las restricciones o puentes que están hechos de cobre puede difundirse en los elementos de puente reduciendo así la temperatura de fusión del puente de elemento fusible. La temperatura de fusión reducida puede ser, por ejemplo, de 170 °C. Por consiguiente, una corriente de sobrecarga que conduce a la difusión de una sustancia en los elementos de puente de conexión puede causar con el tiempo una reducción de la temperatura de fusión y finalmente la rotura del elemento de puente. En caso de un escenario de corriente de cortocircuito, las corrientes eléctricas muy altas conducen casi instantáneamente a una interrupción de los elementos de puente hechos de cobre porque la temperatura de fusión inicial de aproximadamente 1083 °C para el cobre se alcanza rápidamente.
La unidad de determinación 3 del aparato de detección de fallos de fusibles 1 puede determinar continuamente la energía térmica generada en el fusible de protección 5 dependiendo de la corriente eléctrica medida por el elemento sensor de corriente 2. Siempre que el fusible de protección 5 se encuentre en el intervalo de funcionamiento normal, no se genera ninguna señal de detección o advertencia. Un escenario de sobrecarga se puede detectar supervisando continuamente un equilibrio de transferencia de calor calculado.
El equilibrio de transferencia de calor indica la diferencia entre la entrada de calor y el calor disipado por el fusible de protección 5.
La entrada de calor se puede calcular como AQ<+>= R*I<2>*At.
El calor disipado se puede calcular como AQ<->= A(T<n>- T<0>) *At, en donde At es una unidad de tiempo incremental, T<0>es la temperatura ambiental de, por ejemplo, 35 °C,
T<n>es la temperatura extrapolada,
R es la resistencia en el elemento fusible y
I es la corriente eléctrica.
T<n+1>T<n>+ AT,
en donde AT es la diferencia de temperatura y se puede calcular de la siguiente manera:
AT = (AQ<+>- AQ-) * C * At,
en donde C es la capacidad calorífica.
El cálculo de la entrada de calor se puede realizar por separado para el conductor y los elementos fusibles restringidos del fusible de protección 5. El cálculo puede ser realizado por una unidad de cálculo, es decir, un procesador o microprocesador.
En una posible realización, el aparato de detección de fallos de fusibles 1, como se ilustra en la Figura 1, puede comprender además al menos un elemento sensor de temperatura adaptado para medir una temperatura momentánea T en el fusible de protección 5. La temperatura medida puede usarse para verificar la temperatura extrapolada calculada o con fines de calibración.
En una posible realización, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 se puede integrar en otros dispositivos. En una posible realización, el aparato de detección de fallos de fusibles 1 se puede integrar en un dispositivo adaptador. Este dispositivo adaptador se puede usar para conectar una carga eléctrica o un dispositivo de control de carga eléctrica a un cable o una barra colectora de un sistema de fuente de alimentación. Este dispositivo adaptador puede incluir también, en una posible realización, un conmutador de protección 8 y el fusible de protección 5.
En Una posible realización adicional, el aparato de protección contra fallos de fusibles 1 también puede comprender una interfaz de usuario con una unidad de visualización gráfica. En esta realización, la señal de detección de fallo de fusible FFDS y/o la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS se pueden mostrar a un operador del sistema de fuente de alimentación para ayudar al operador a realizar las contramedidas necesarias, si se le muestra la señal de detección de fallo de fusible FFDS o la señal de advertencia de fallo por sobrecarga OFWS. La unidad de visualización de la interfaz de usuario también puede mostrar los parámetros establecidos para el aparato de detección de fallos de fusibles 1, en particular la corriente nominal I<r>y el valor umbral en amperios al cuadrado por segundo predefinido. El método de acuerdo con la presente invención, como se ilustra en los diagramas de flujo ilustrativos de las Figuras. 2, 3 puede ser ejecutado, en una posible realización, por un procesador FPGA integrado en el aparato de detección de fallos de fusibles 1. El aparato de detección de fallos de fusibles 1 puede ser un aparato de mano móvil 1 con un elemento sensor de corriente 2 integrado que se puede enganchar en un cable o barra colectora de la ruta de suministro de energía de la carga 7.
Claims (18)
1. Un método para la detección de un fallo de un fusible de protección (5) usado para proteger una carga asociada (7) contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga, comprendiendo el método las etapas de:
- medir (S<a>) una corriente eléctrica, I, que fluye a través del fusible de protección (5) hacia dicha carga (7) por medio de un elemento sensor de corriente (2);
- determinar (S<b>) una energía térmica generada en el fusible de protección (5) dependiendo de la corriente eléctrica medida, I; en donde el método se caracteriza por
- detectar (S<c>) automáticamente un fallo del fusible de protección (5) si la energía térmica determinada supera un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección (5).
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección (5), se genera automáticamente una señal de detección de fallo de fusible (FFDS) que indica un posible fallo del fusible de protección (5) debido a una corriente de cortocircuito.
3. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde la energía térmica se calcula como un valor en amperios al cuadrado por segundo (I2t) y se compara con el valor umbral predeterminado.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se detecta un fallo del fusible de protección (5) si, como condición adicional, una señal de estado de conmutación (SWSS) recibida indica que la carga asociada (7) no ha sido desconectada externamente por un conmutador de protección (8).
5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde si la energía térmica determinada no supera el valor umbral predeterminado pero la amplitud de la corriente eléctrica medida, I, es mayor que una corriente nominal predeterminada (I<r>), se determina una entrada de energía en dicho fusible de protección (5) causada por una corriente eléctrica que fluye, I.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde si la entrada de energía determinada en el fusible de protección (5) por la corriente eléctrica, I, supera un valor umbral predeterminado, automáticamente se genera una señal de advertencia de fallo por sobrecarga (OFWS) que indica un fallo inminente del fusible de protección (5) debido a una corriente de sobrecarga.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la entrada de energía en el fusible de protección (5) se determina calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección (5) como una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica, I, que fluye a través del fusible de protección (5) y el calor disipado por el fusible de protección (5).
8. Un aparato de detección de fallos de fusibles (1) provisto para la detección de un fallo de un fusible de protección (5) usado para proteger una carga asociada (7) contra sobrecorriente y/o contra sobrecarga, comprendiendo dicho aparato de detección de fallos de fusibles (1):
- un elemento sensor de corriente (2) adaptado para medir una corriente eléctrica, I, que fluye a través del fusible de protección (5) hacia dicha carga (7);
- una unidad de determinación (3) adaptada para determinar una energía térmica generada en el fusible de protección (5) dependiendo de la corriente eléctrica, I, medida por dicho elemento sensor de corriente (2); en donde el aparato de detección de fallos de fusibles se caracteriza por
- una unidad de detección de fallos (4) adaptada para detectar automáticamente un fallo del fusible de protección (5) si la energía térmica determinada supera un valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica, I, medida por dicho elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección (5).
9. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la unidad de detección de fallos (4) está adaptada para generar automáticamente una señal de detección de fallo de fusible (FFDS) que indica un probable fallo del fusible de protección (5) debido a una corriente de cortocircuito si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y si la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección (5).
10. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, en donde la unidad de determinación (3) está adaptada para calcular un valor en amperios al cuadrado por segundo (I2t) que representa la energía térmica generada en el fusible de protección (5) en respuesta a la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2).
11. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la unidad de detección de fallos (4) está adaptada para comparar el valor en amperios al cuadrado por segundo (I2t) calculado con un valor en amperios al cuadrado por segundo (I2t) predeterminado para generar la señal de detección de fallo de fusible (FFDS), si la energía térmica determinada ha superado el valor umbral predeterminado y la corriente eléctrica, I, medida por el elemento sensor de corriente (2) ha dejado de fluir a través de dicho fusible de protección (5) y si una señal de estado de conmutación (SWSS) recibida indica que la carga asociada (7) no ha sido desconectada externamente por un conmutador de protección (8).
12. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de determinación (3) está adaptada además para determinar una entrada de energía en dicho fusible de protección (5) causada por la corriente eléctrica que fluye, I, si la energía térmica determinada no supera el valor umbral predeterminado pero la amplitud de la corriente eléctrica medida, I, es mayor que una corriente nominal predeterminada (I<r>).
13. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de detección de fallos (4) está adaptada para generar una señal de advertencia de fallo por sobrecarga (OFWS), si la entrada de energía determinada en el fusible de protección (5) por la corriente eléctrica, I, supera un valor umbral predeterminado, en donde la señal de advertencia de fallo por sobrecarga (OFWS) generada indica un fallo inminente del fusible de protección (5) debido a una corriente de sobrecarga.
14. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 13, en donde la unidad de determinación (3) está adaptada para determinar la entrada de energía en el fusible de protección (5) calculando un equilibrio de transferencia de calor para el fusible de protección (5) como una diferencia entre el calor generado por la corriente eléctrica, I, que fluye a través del fusible de protección (5) y el calor disipado por el fusible de protección (5).
15. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 14, en donde el componente sensor de corriente (2) está adaptado para medir una corriente eléctrica de CC y/o una corriente eléctrica de CA.
16. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 15, en donde el elemento sensor de corriente (2) está conectado en serie al fusible de protección (5) dentro de una ruta de suministro de corriente de la carga (7) o está unido a la ruta de suministro de corriente de la carga (7).
17. El aparato de detección de fallos de fusibles de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 16, en donde la unidad de detección de fallos (4) comprende una interfaz para recibir una señal de estado de conmutación (SWSS) desde un conmutador de protección (8) que está conectado en serie con el fusible de protección (5) a lo largo de la ruta de suministro de corriente de la carga (7).
18. Un dispositivo adaptador que comprende un aparato de detección de fallos de fusibles (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 17.
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| US4858054A (en) * | 1985-05-07 | 1989-08-15 | Franklin Frederick F | Protective circuits and devices for the prevention of fires |
| US5781095A (en) * | 1997-04-25 | 1998-07-14 | Littelfuse, Inc. | Blown fuse indicator for electrical fuse |
| US8686596B2 (en) * | 2007-01-05 | 2014-04-01 | Roy Allen Huss | Fuse box system and method |
| US8269597B2 (en) * | 2007-10-29 | 2012-09-18 | Cooper Technologies Company | Fuse with fuse state indicator |
| US8762083B2 (en) * | 2008-07-28 | 2014-06-24 | Littelfuse, Inc. | Intelligent fuse holder and circuit protection methods |
| ES2388163B2 (es) * | 2010-11-26 | 2013-06-14 | Aplicaciones De Control Y Automatización, S.A. | Equipo y método de detección de fusión de fusibles en las salidas de baja tensión en centros de transformación urbanos. |
| CN104183439A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 苏州市南光电器有限公司 | 一种智能熔断器 |
| CN105047501A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-11-11 | 国网安徽省电力公司阜阳供电公司 | 一种智能熔断器 |
| US10348080B1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-09 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | System and method for monitoring fuses in a vehicle |
| CN108508321B (zh) * | 2018-04-02 | 2020-11-27 | 义乌市泽宣科技有限公司 | 一种智能预警保险丝 |
| US11289298B2 (en) * | 2018-05-31 | 2022-03-29 | Eaton Intelligent Power Limited | Monitoring systems and methods for estimating thermal-mechanical fatigue in an electrical fuse |
| US11143718B2 (en) * | 2018-05-31 | 2021-10-12 | Eaton Intelligent Power Limited | Monitoring systems and methods for estimating thermal-mechanical fatigue in an electrical fuse |
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