ES2970128T3 - Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido - Google Patents

Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido Download PDF

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Abstract

Un aparato disyuntor de estado sólido incluye un interruptor de estado sólido (230), un sensor de corriente (210) y un circuito de control (240). El circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente: (i) usando modulación de ancho de pulso para generar un conjunto de pulsos de control; y (ii) usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, y así limitar una cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a una carga. La cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga puede ser, por ejemplo, un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido
Antecedentes
Esta descripción se refiere a métodos y sistemas para controlar disyuntores de estado sólido.
Disyuntores están diseñados para proporcionar protección para los sistemas de distribución de energía. Los disyuntores protegen dispositivos eléctricos y conductores conectados contra sobrecargas de corriente y cortocircuitos, protegiendo de este modo a las personas y equipos en el campo.
Cuando se produce una falla en un sistema de distribución de energía de baja tensión, la corriente de falla fluirá desde una fuente (tal como un transformador) a través del sistema a la fuente de la falla. Un disyuntor de estado sólido de baja tensión, que en sistemas de corriente alterna (CA) se clasifica típicamente a aproximadamente 600 Voltios de CA (VAC), 480 vAc o 240 VAC, puede interrumpir una falla muy rápidamente en decenas o cientos de microsegundos. Este tiempo de reacción rápido reduce significativamente la corriente de falla que fluye a través del sistema y, por lo tanto, protege el sistema. Sin embargo, esto puede presentar un desafío porque el disyuntor de estado sólido debe ser capaz de distinguir rápidamente una falla de una sobrecarga temporal (o incluso de una corriente nominal alta).
Esta descripción describe sistemas que abordan al menos algunos de los problemas técnicos descritos anteriormente y/u otros problemas.
El documento US-2014/184185 A1 describe un controlador para una carga eléctrica que incluye un dispositivo de alimentación que tiene un terminal de control y un terminal de salida para una corriente de salida, y un módulo de control. El módulo de control está configurado para accionar el dispositivo de alimentación en un modo de autorecuperación cambiando entre la activación y desactivación en la aparición de una condición de sobrecorriente, en donde la corriente de salida alcanza una corriente umbral. El módulo de control también está configurado para evaluar un primer intervalo de tiempo entre un tiempo en donde se produce la condición de sobrecorriente, y un primer momento, y generar una señal límite cuando el intervalo de tiempo es igual a un umbral de tiempo. El dispositivo de alimentación se acciona en una condición de desconexión al menos en función de la señal límite.
El documento US-2016/359311 A1 revela métodos para limitar una corriente en un circuito eléctrico que tiene cables de transmisión para la transmisión de energía, incluida la determinación de si existe una condición operativa inesperada a lo largo de los cables de transmisión y la limitación de la corriente para evitar (daños causados por) la condición operativa inesperada. El método puede incluir además deshabilitar el circuito eléctrico si la condición de funcionamiento inesperada persiste. Además, un sistema incluye una fuente de alimentación, un controlador de potencia de estado sólido (SSPC -Solid State Power Controller)configurado para operar en un primer estado conductor y un segundo estado no conductor, y un controlador.
Resumen
La invención se define por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones ventajosas. En varias realizaciones, un aparato disyuntor de estado sólido incluye un interruptor de estado sólido, un sensor de corriente y un circuito de control. El circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido mediante, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente: (i) determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito, (ii) usar modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control; y (iii) usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en un patrón que corresponde a los pulsos de control y, por lo tanto, limitar una cantidad de corriente de paso que puede pasar el interruptor de estado sólido a una carga. La cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga puede ser, por ejemplo, un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
En otras realizaciones, el circuito de control puede programarse para determinar una frecuencia para los pulsos de control en base al tiempo de disparo del interruptor de estado sólido. Adicionalmente o en otras realizaciones, una frecuencia para los pulsos de control puede programarse en el circuito de control, y el circuito de control puede programarse para determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función de un nivel de la corriente de paso que el sensor de corriente está detectando.
En varias realizaciones, el circuito de control puede incluir un microprocesador que está configurado para generar el conjunto de pulsos de control, un circuito de accionamiento de puerta que está configurado para recibir los pulsos de control del microprocesador y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse según el patrón, y un circuito de activación de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta. El circuito de activación de hardware puede configurarse para recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente, y también para enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido.
El aparato disyuntor puede incorporarse en diversos elementos de equipo, tales como un transformador que tiene una trayectoria conductora que conduce desde el transformador a una salida de carga, en la que el interruptor de estado sólido del disyuntor está colocado en la trayectoria conductora.
En varias realizaciones, un método para controlar un sistema de disyuntor de estado sólido para limitar la corriente a una salida de carga en condiciones de sobrecorriente incluye: (i) operar un circuito que tiene una trayectoria conductora entre una fuente de alimentación y una salida de carga y que también tiene un interruptor de estado sólido en la trayectoria conductora; (ii) mediante un sensor de corriente, monitorizar un nivel de corriente a través de la trayectoria conductora y enviar una señal al circuito de control que indica que existe una condición de sobrecorriente; (iii) por un circuito de control, al recibir la señal del sensor de corriente, determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de circuito sólido y el factor de potencia de circuito, y usar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control a la frecuencia; y (iv) por el circuito de control, usar el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en un patrón que corresponde a los pulsos de control, en donde la apertura y el cierre del interruptor de estado sólido limita un nivel de tiempo a través de la corriente que pasa el interruptor de estado sólido a la salida de carga.
Opcionalmente, el método puede incluir, mediante el circuito de control, el uso del conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse a una frecuencia especificada, en donde la frecuencia especificada controla el nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga. Alternativamente o además, el método puede incluir determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia especificada para los pulsos de control. Alternativamente o además, el método puede incluir determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función del nivel de la corriente que el sensor de corriente está detectando.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques de componentes de un ejemplo de un sistema que incluye un disyuntor de estado sólido, tal como puede existir en la técnica anterior.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de componentes de un ejemplo de un sistema que incluye un disyuntor de estado sólido, con componentes adicionales según las presentes realizaciones.
Las Figuras 3A y 3B ilustran un primer método para controlar un disyuntor de estado sólido.
Las Figuras 4A y 4B ilustran una aplicación ejemplar del método ilustrado en las Figuras 3A y 3B a un motor de inducción con un iniciador de línea directa.
Las Figuras 5A y 5B ilustran un segundo método para controlar un disyuntor de estado sólido.
Descripción detallada
Tal como se usa en este documento, las formas singulares “ uno” , “ una” , y “ el/la” incluyen referencias plurales, salvo que el contexto determine claramente lo contrario. A menos que se defina de cualquier otra manera, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria, tienen los mismos significados que comúnmente entiende el experto en la técnica. Como se usa en este documento, el término “ que comprende” significa “ que incluye, aunque no de forma limitativa” .
En este documento, los términos “ memoria” y “ dispositivo de memoria” se refieren cada uno a un dispositivo no transitorio en donde se almacenan datos legibles por ordenador, instrucciones de programación o ambas. Excepto cuando se indique específicamente lo contrario, los términos “ memoria” y “ dispositivo de memoria” pretenden incluir realizaciones de un solo dispositivo, realizaciones en las que múltiples dispositivos de memoria juntos almacenan un conjunto de datos o instrucciones, así como uno o más sectores individuales dentro de dichos dispositivos.
En este documento, los términos “ procesador” y “ dispositivo de procesamiento” se refieren a un componente de hardware de un dispositivo electrónico (tal como un controlador) que está configurado para ejecutar instrucciones de programación. Excepto cuando se indique específicamente lo contrario, el término singular “ procesador” o “ dispositivo de procesamiento” pretende incluir tanto realizaciones de dispositivo de procesamiento único como realizaciones en las que múltiples dispositivos de procesamiento juntos realizan un proceso.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema que incluye un interruptor130de estado sólido.En el sistema, la energía se suministra desde una fuente de alimentación10tal como un transformador trifásico a una carga20El interruptor130de estado sólido se coloca entre la potencia y la carga para desconectar la trayectoria conductora a la carga cuando el sistema detecta un evento de sobrecorriente o falla. El interruptor130de estado sólido puede ser un relé de estado sólido convencional o puede ser un diseño personalizado, y puede ser bidireccional o no. Como se muestra, el interruptor130de estado sólido se puede hacer de una matriz de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), aunque en algunas realizaciones se pueden usar otros componentes de conmutación, tales como transistores de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) o transistores de unión biopolar (BIT). El sistema100también incluye un sensor de corriente110y filtro de entrada145que se colocan entre la fuente de alimentación10y el interruptor130de estado sólido,junto con un circuito de control140.El sistema también puede incluir un interruptor de aislamiento120que puede abrirse manualmente, o en respuesta a un comando del circuito de control140,para garantizar que el sistema esté completamente desactivado para su mantenimiento.
El circuito de control140puede incluir un procesador, con programación almacenada como instrucciones de memoria y programación (o como firmware o en forma de un dispositivo lógico programable tal como una matriz de puertas programables en campo). La programación está configurada para hacer que el circuito de control140emita señales para hacer que otros componentes del sistema se activen en respuesta a ciertas acciones. Por ejemplo, el circuito de control140puede recibir señales del sensor de corriente110que refleja el nivel de corriente detectado, y el circuito de control140puede hacer que el interruptor130de estado sólido se abra en respuesta a la detección de una condición de sobrecorriente. Los sistemas tales como los de la Figura 1 pueden existir en la técnica anterior.
La Figura 2 proporciona detalles adicionales de un sistema disyuntor de circuito ilustrativo200con un interruptor230de estado sólido según las presentes realizaciones. El interruptor230de estado sólido se coloca a lo largo de una trayectoria conductora entre la entrada de la línea de alimentación205y la carga202.En este ejemplo, el interruptor230de estado sólido es un interruptor de estado sólido bidireccional trifásico. La entrada de la línea de alimentación205puede conectarse a una fuente de alimentación. Una fuente de alimentación de convertidor CA/CC201recolecta la alimentación de la línea de alimentación y alimenta los componentes electrónicos del circuito, incluyendo un microprocesador240y un circuito235de accionamiento de puerta,que se describirá a continuación.
Un sensor de corriente210detecta el nivel de corriente que se desplaza a lo largo de la trayectoria conductora y proporciona señales de salida al circuito de control240,El circuito de control240incluye un procesador e instrucciones de programación para tomar medidas en respuesta a la recepción de señales de sobrecorriente desde el sensor de corriente210,Dichas acciones pueden incluir ordenarle al interruptor230de estado sólido a que se abra. El circuito de control240puede enviar dicha señal de comando a un circuito de control de puerta235, que amplifica la señal de comando en una entrada de control de alta corriente que es suficiente para controlar las puertas de los transistores en los disyuntores de estado sólido.
El sistema también puede incluir un interruptor de aislamiento220que se puede abrir para desenergizar el circuito y proporcionar aislamiento galvánico para mantenimiento. Un inductor241puede colocarse en la trayectoria conductora cerca del interruptor230de estado sólido para servir como un limitador de velocidad de cambio de corriente (dI/dt) y proporcionar protección adicional contra fallas repentinas. Un bucle de bloqueo de fase (PLL -Phase-Locked Loop)215puede conectarse a la trayectoria conductora para ayudar al sistema a medir la frecuencia de potencia mediante detección de cruce cero. El PLL215puede proporcionar la información de cruce cero al circuito de control240que puede usar esa información para medir la frecuencia de la tensión de línea y el ángulo de fase.
El sistema puede incluir un circuito245de activación de hardware,que es un circuito analógico que recibe como entrada una señal de corriente del sensor de corriente210,y que usa comparadores para comparar la señal de corriente con un umbral predefinido. Si el nivel de señal actual es mayor que el umbral predefinido, el circuito245de activación de hardware enviará una señal de activación al circuito235de accionamiento de puerta para abrir el disyuntor de estado sólido (interruptor230). Esto reduce o minimiza el retardo de tiempo causado por el circuito del microprocesador.
Como se indica en la sección de antecedentes de este documento, un problema con disyuntores de circuito de estado sólido es que pueden no ser capaces de distinguir una corriente de sobrecarga o una corriente nominal alta o un breve pico en la corriente debido una condición de falla en solo unos pocos microsegundos o decenas de microsegundos. En los enfoques tradicionales, el disyuntor de estado sólido necesita disparar casi instantáneamente en respuesta a la detección de corriente que excede un umbral de modo que el interruptor electrónico de potencia no se dañará por la alta corriente. Esto puede provocar el disparo del disyuntor en situaciones donde puede no ser necesario hacerlo. En tales situaciones, puede ser deseable mantener el circuito funcionando durante un período de tiempo antes de activar completamente el disyuntor de circuito de estado sólido para abrirse y permanecer abierto.
Las Figuras 3A y 3B ilustran un primer método mediante el cual un sistema de disyuntor de circuito tal como el descrito anteriormente puede mitigar la corriente de falla y otras condiciones de sobrecorriente y permitir que el circuito continúe funcionando durante un período de tiempo en una condición de corriente reducida antes (o en lugar de) activar el interruptor de estado sólido. Como se ilustra en la Figura 3A, cuando el sistema detecta una condición de sobrecorriente (perspectiva>lumbral)al recibir una señal de la condición del sensor de corriente, el procesador usa modulación de ancho de pulso (PWM -Pulse Width Modulation)para generar un impulso de control a una frecuenciafpwMque limitará la corriente a través del interruptor de estado sólido. En lugar de simplemente activar el disyuntor de circuito para abrirse y permanecer abierto, los pulsos de control activarán el disyuntor del interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse a una frecuencia que controlará efectivamente la corriente de manera que el<disyuntor del circuito no permita que la corriente exceda un nivel de umbral lumbral. Como se ilustra en la Figura>3<b>,<el>circuito de control puede programarse para determinar dinámicamente un tiempo de disparo para el disyuntor de estado sólido como una función inversa del nivel de corriente umbrallumbral.(Los valores numéricos mostrados en la Figura 3B siguen un ejemplo que se discutirá en el contexto de las Figuras 4A y 4B.) Alternativamente, el tiempo de disparotdisparodel disyuntor puede determinarse en función de la frecuencia de los pulsos PWMfpwM(es decir, cuanto menor es la frecuencia de los pulsos PWM, mayor es el tiempo de disparo). De estas formas, en lugar de pasar la corriente de potencial completaIperspectvaa través de la carga, el disyuntor de estado sólido limitaría su corriente de paso a un nivel umbral máximolumbral.
Las Figuras 4A y 4B ilustran una aplicación ejemplar del método de las Figuras 3A y 3B en la que se arranca un motor de inducción usando un arranque directo en línea (DOL -Direct On Llne).En este ejemplo, el motor tiene una potencia nominal de 75 kVA y funciona a 1800 rotaciones por minuto (rpm). Como se ilustra en la Figura 4A, en la operación típica cuando el motor comienza a extraer una corriente pico de aproximadamente 1200 amperios (A), y luego se asienta en su funcionamiento normal con un valor nominal 67A<rms>después de aproximadamente 0,24 segundos. Cuando se aplica el método de las Figuras 3A y 3B, la Figura 4B ilustra que el método limita la corriente de irrupción a aproximadamente 600A. En el funcionamiento normal, la corriente caerá a su valor nominal de 67A<rms>después de aproximadamente 1,3 segundos cuando el motor alcanza aproximadamente 1800 rpm. Sin embargo, con este método, si hay un evento de cortocircuito, la corriente permanecerá en un máximo de 600A después del período de arranque de 1,3 segundos. Además, con referencia de nuevo a la Figura 3B, el tiempo de disparoTdisparoes una función inversa del umbral de corrienteI umbral.Si el umbral de corrienteIumbrales 600A como se analiza en el ejemplo anterior, el tiempo de disparoTdisparoes de 1,36 segundos. Sin embargo, si el umbral de corrienteIumbrales mayor, el tiempo de disparoTdisparoserá más rápido. Por ejemplo, en el ejemplo que se muestra en la Figura 3B, siIumbrales 800A, entoncesTdisparoserá 0,66 segundos; siIumbrales 100A, entoncesTdisparoserá de 0,46 segundos.
Las Figuras 5A y 5B ilustran un método alternativo mediante el cual un sistema tal como el descrito anteriormente mostrado puede mitigar la corriente de falla y otras condiciones de sobrecorriente. Como con la realización de la Figura 3A, en esta realización la Figura 5A ilustra que el procesador usa PWM para generar un impulso de control a una frecuencia predefinida que limitará la corriente a través del disyuntor de estado sólido. Los pulsos PWM activarán el interruptor de estado sólido para que se abra y cierre a una frecuencia definida que controlará efectivamente la corriente que deja pasar el disyuntor para que la corriente no exceda un nivel umbral l<umbral>que el interruptor de estado sólido puede soportar. Por ejemplo, el nivel umbralIumbralpuede ser un nivel de corriente que está dentro de la zona de funcionamiento segura de los componentes electrónicos de potencia del interruptor, tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) o transistores de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET). Durante el funcionamiento, en lugar de mantener la corriente continuaIde-pasoa un nivel máximo constante, la corriente continuaIde-pasovariará como la corriente de fallo en perspectivaIperspectivavaría, con un pico en el nivel umbral máximoIumbralcorrespondiente al nivel máximo de corriente de interrupción del disyuntor. El tiempo de disparotdisparodel disyuntor es una función de la curva de corriente de pasoIde-paso,con: (i) un primer período de retardo largo (recogida LD(Long Delay),asociado con un nivel bajo de falla), seguido de un retardo corto a medida que aumenta el nivel de falla, seguido de un disparo instantáneo cuando la corriente de paso alcanza el umbral máximoiumbral.
En cualquiera de las realizaciones enumeradas anteriormente, el sistema puede continuar operando el disyuntor de esta manera hasta un período máximo de tiempo, o para un número máximo de ciclos de corriente. Si la falla continúa más allá del tiempo o ciclos máximos, el controlador puede activar el disyuntor para abrirse y permanecer abierto hasta que se resuelva la falla.
Los métodos para operar un disyuntor de estado sólido descrito anteriormente, y circuitos programados para implementar dichos métodos, pueden añadirse a diversos artículos de equipos de alimentación, tales como transformadores, re-cerradores y otros productos. Además, los métodos y sistemas descritos anteriormente no se limitan a aplicaciones de baja tensión, sino que también podrían usarse en aplicaciones de media tensión que emplean disyuntores de estado sólido o híbridos, cerradores y similares.
Los expertos en la técnica pueden realizar diversas alternativas, modificaciones, variaciones o mejoras, y combinaciones, cada una de las cuales también está destinada a ser abarcada por las realizaciones descritas.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un aparato disyuntor de estado sólido que comprende:
    un interruptor de estado sólido (230);
    un sensor de corriente (210); y
    un circuito de control (235, 240, 245);
    caracterizado porqueel circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente:
    determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito,
    usar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control, y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, y así limitar una cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a una carga.
  2. 2. El aparato disyuntor de estado sólido de la reivindicación 1, en donde el circuito de control está programado para determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia para los pulsos de control.
  3. 3. El aparato disyuntor de la reivindicación 1, en donde el circuito de control comprende:
    un microprocesador (240) que está configurado para generar el conjunto de pulsos de control; un circuito (235) de accionamiento de puerta que está configurado para recibir los pulsos de control del microprocesador y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse según el patrón; y
    un circuito (245) de accionamiento de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta, y que está configurado para:
    recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente, y enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido.
  4. 4. El aparato disyuntor de la reivindicación 1, en donde la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga es un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
  5. 5. Un aparato transformador que comprende el aparato disyuntor de estado sólido de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo además el aparato transformador:
    un transformador; y
    una trayectoria conductora que conduce desde el transformador a una salida de carga;
    en donde:
    el interruptor de estado sólido está en la trayectoria conductora, y el sensor de corriente se coloca en la trayectoria conductora entre el transformador y el interruptor de estado sólido.
  6. 6. Un método para controlar un sistema (200) disyuntor de estado sólido para limitar la corriente a una salida de carga en condiciones de sobrecorriente, comprendiendo el método:
    operar un circuito que tiene una trayectoria conductora entre una fuente de alimentación y una salida de carga y que también tiene un interruptor de estado sólido (230) en la trayectoria conductora; mediante un sensor de corriente (210), monitorear un nivel de corriente a través de la trayectoria conductora y enviar una señal al circuito de control que indica que existe una condición de sobrecorriente; el método escaracterizado:
    por un circuito de control (235, 240, 245), al recibir la señal del sensor de corriente,
    determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito, y
    usar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control a la frecuencia; y
    por el circuito de accionamiento de puerta, usando el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, en donde la apertura y el cierre del interruptor de estado sólido limitan un nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga.
  7. 7. El método de la reivindicación 6, que comprende además:
    por el circuito de control, usando el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar a la frecuencia, en donde la frecuencia controla el nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga.
  8. 8. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia para los pulsos de control.
  9. 9. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función de un nivel de la corriente de paso que el sensor de corriente está detectando.
  10. 10. El método de la reivindicación 6, en donde:
    el circuito de control comprende:
    un microprocesador (240),
    un circuito (235) de accionamiento de puerta que está conectado eléctricamente al microprocesador y al interruptor de estado sólido, y
    un circuito (245) de activación de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta; y
    en donde:
    la generación del conjunto de pulsos de control se realiza mediante el microprocesador; el uso del conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en el patrón se realiza mediante el circuito de accionamiento de puerta, y
    el método comprende además, mediante el circuito de activación de hardware, enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido en respuesta a recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente.
  11. 11. El método de la reivindicación 6, en donde la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga es un nivel de umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
  12. 12. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar dinámicamente la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la salida de carga como corriente de falla en perspectiva del interruptor de estado sólido.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11575248B2 (en) * 2019-12-31 2023-02-07 Abb Schweiz Ag Solid state prefabricated substation
US11394199B2 (en) * 2020-09-11 2022-07-19 Abb Schweiz Ag Intelligent current limiting for solid-state switching
US11509128B2 (en) 2020-09-14 2022-11-22 Abb Schweiz Ag Multi-port solid-state circuit breaker apparatuses, systems, and methods
CN115967064A (zh) * 2021-10-09 2023-04-14 施耐德电器工业公司 固态断路器及其控制方法
US11837865B2 (en) 2021-12-21 2023-12-05 Abb S.P.A. Hybrid circuit breakers

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356423B1 (en) * 2000-04-26 2002-03-12 Eaton Corporation Soild state protection circuit for electrical apparatus
JP3965037B2 (ja) 2001-10-12 2007-08-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 直流用真空遮断装置
US7369386B2 (en) * 2003-06-06 2008-05-06 Electronic Theatre Controls, Inc. Overcurrent protection for solid state switching system
US8755944B2 (en) * 2009-11-13 2014-06-17 Leviton Manufacturing Co., Inc. Electrical switching module
ITMI20130001A1 (it) * 2013-01-03 2014-07-04 St Microelectronics Srl SISTEMA ELETTRICO COMPRENDENTE UN APPARATO DI PILOTAGGIO DI UN CARICO CON AUTO-RIAVVIO E METODO DI FUNZIONAMENTO DELLÂeuro¿APPARATO
US10498130B2 (en) * 2014-02-18 2019-12-03 Ge Aviation Systems Limited Method for limiting current in a circuit
JP6223887B2 (ja) 2014-03-31 2017-11-01 株式会社東芝 直流遮断装置、直流遮断方法
US10276321B2 (en) * 2015-04-06 2019-04-30 Atom Power, Inc. Dynamic coordination of protection devices in electrical distribution systems
JP6591210B2 (ja) 2015-06-11 2019-10-16 株式会社東芝 直流遮断装置、直流遮断方法
US10541530B2 (en) * 2016-03-01 2020-01-21 Atom Power, Inc. Hybrid air-gap / solid-state circuit breaker
US9973085B2 (en) * 2016-07-25 2018-05-15 Stmicroelectronics S.R.L. Output voltage control in overcurrent conditions for switching converters
DE102016124638A1 (de) 2016-12-16 2018-06-21 Eaton Industries (Austria) Gmbh Überstrom- und Kurzschlussdetektor
US11038340B2 (en) * 2017-09-21 2021-06-15 Eaton Intelligent Power Limited Soft-starter AC-AC converter with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof

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