MX2012005659A

MX2012005659A - Dispositivo y metodo para interrumpir la corriente de una linea de transmision o distribucion de energia y disposicion que limita la corriente.

Info

Publication number: MX2012005659A
Application number: MX2012005659A
Authority: MX
Inventors: Juergen Haefner; Bjoern Jacobson
Original assignee: Abb Technology Ag
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2012-06-19
Also published as: KR101521000B1; SA110310844B1; ES2621777T3; CN102687221A; TN2012000201A1; BR112012011543B8; ZA201203379B; EP2502248A1; AU2009355281B2; US20120299393A1; RU2510092C2; DK2502248T3; CN102687221B; RU2012125050A; BR112012011543A2; NZ599794A; CA2780946A1; US8717716B2; WO2011057675A1; BR112012011543B1

Abstract

Un dispositivo (13) para interrumpir una corriente eléctrica que fluye a través de una línea de transmisión o distribución de energía (14) que comprende una conexión en paralelo de un interruptor principal (8) y un resistor no lineal (11), donde el interruptor principal (8) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de una primera dirección de corriente. El dispositivo (13) comprende adicionalmente una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad (10) que comprende por lo menos un conmutador mecánico y de un interruptor auxiliar (9), el interruptor auxiliar tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal (8) y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente. La conexión en serie se conecta en paralelo a la conexión en paralelo. En un método para utilizar el dispositivo (13) primero se abre el interruptor auxiliar (9), conmutando por consiguiente la corriente al interruptor principal (8), después se abre el conmutador de alta velocidad (10) y después se abre el interruptor principal (8) conmutando por consiguiente la corriente al resistor no lineal (11). El dispositivo (13) se puede utilizar adicionalmente en una disposición que limita la corriente.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA INTERRUMPIR LA CORRIENTE DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN 0 DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA Y DISPOSICIÓN QUE LIMITA LA CORRIENTE Campo de la invención.

La invención se relaciona con un dispositivo para interrumpir una corriente eléctrica que fluye a través de una línea de transmisión o distribución de energía que comprende una conexión en paralelo de un interruptor principal y un resistor no lineal, el interruptor principal comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de una primera dirección de corriente. Adicionalmente , la invención se relaciona con un método para utilizar el dispositivo, cuando se conecta el dispositivo en serie con la línea de transmisión o distribución de energía. Incluso, la invención se relaciona con una disposición que limita la corriente que comprende por lo menos dos de los dispositivos mencionados anteriormente .

Antecedentes de la invención.

Originalmente, se realiza la invención con respecto al campo de los interruptores de CC de alta tensión, es decir de los dispositivos de conmutación que sean capaces de interrumpir una corriente que fluye a través de una línea de transmisión de energía, donde la línea tiene un nivel de tensión por encima de 50 kV. Sin embargo, la invención también se puede aplicar a interruptores para distribución de energía CC de tensión media, es decir para un rango de tensión de CC entre aproximadamente 1 kV y 50 kV, y algunas realizaciones de la invención son aún aplicables a interruptores para transmisión y distribución de energía de CA en cualquier nivel de tensión, como se describe adelante.

En la patente EP 0867998 Bl, se sugiere utilizar una conexión en paralelo de por lo menos un conmutador semiconductor de energía y un descargador de sobretensiones para interrumpir la corriente a través de una red de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC).La idea subyacente es que esto proporciona un interruptor de CC de estado sólido que reacciona mucho más rápido con una señal de desenganche que con un interruptor de CC mecánico comúnmente conocido y que por lo tanto reduce el riesgo del desarrollo de altas corrientes perjudiciales en la red HVDC en caso de una falla.

En la práctica, los interruptores de CC de estado sólido, es decir los interruptores capaces de interrumpir una corriente continua y que comprenden por lo menos un conmutador semiconductor de energía, sin embargo, no se utilizan para sistemas de transmisión de energía HVDC, debido a las pérdidas de alta corriente de tales interruptores . Esto se debe de una parte al hecho de que la alta tensión de operación y de otra parte la comparativamente baja tensión nominal de un conmutador semiconductor de energía sencillo actualmente disponible en el mercado, hace necesario que se construya el interruptor de CC de estado sólido de un número considerable de series conectadas a conmutadores semiconductores de energía. Este número puede alcanzar fácilmente varios cientos en el caso de un nivel de tensión HVDC de varios cientos de kV. Durante la operación normal del sistema de transmisión de energía HVDC, el interruptor de CC y por lo tanto todos sus conmutadores semiconductores de energía se deben encender, exponiendo los conmutadores semiconductores de energía al esfuerzo de corriente continua. La cantidad de pérdidas del régimen permanente resultante entre 0,2 y 0,3 % de la energía se transfieren a través del interruptor de CC. En caso de un interruptor de CC de estado sólido adecuado para una tensión de línea de 640 kV y una corriente nominal normal de 2kA, estas pérdidas de régimen permanente igual a 3 MW que es a lo sumo aproximadamente la mitad de las pérdidas de un convertidor de energía HVDC conocido para 640kV. Las pérdidas resultan en costes significativos durante la vida útil del interruptor de estado sólido, especialmente en el caso donde muchos interruptores de estado sólido se van a utilizar por ejemplo en las aplicaciones de red de distribución de CC futuras con subestaciones de CC.

En la patente EP 1377995 Bl, se presenta un conmutador mecánico que es entre otros adecuado para ser utilizado en paralelo a un interruptor de estado sólido con el fin de reducir las pérdidas de régimen permanente del interruptor. El conmutador mecánico tiene una pluralidad de puntos de ruptura dispuestos en serie entre sí que se operan de forma simultánea y, se comparan con otros conmutadores mecánicos, a alta velocidad, es decir en el rango de tiempo de aproximadamente 1 ms . Cuando el interruptor de estado sólido está en el estado cerrado, el conmutador mecánico también se cierra y se conduce la corriente, aunque los elementos semiconductores de energía del interruptor están libres de corriente y por lo tanto libres de pérdida. Si se va a realizar una operación de ruptura, primero se abre el conmutador mecánico de tal manera que la corriente se conmuta hacia el interruptor y después se abre el interruptor .

Breve descripción de la invención.

Esta disposición tiene dos desventajas principales. Por un lado, el conmutador mecánico interrumpe activamente la corriente con el fin de conmutar al interruptor de estado sólido. Esto resulta en arcos que ocurren en los puntos de ruptura del conmutador y llevan a un desgaste temprano de los contactos correspondientes requiriendo por lo tanto el mantenimiento del conmutador después de un acople de solo las operaciones de interrupción. Por otro lado, cabe notar que el conmutador mecánico está destinado para un rango de tensión de 12-36 kV. De acuerdo con lo anterior, para aplicaciones de alta tensión de varios cientos de kV, será necesario una conexión en serie de múltiples conmutadores mecánicos. Con el fin de asegurar que la tensión se distribuya uniformemente a través de los conmutadores conectados en serie, especialmente para el caso en el que las velocidades de operación difieren ligeramente entre los conmutadores, se requieren capacitores conectados en paralelo. Esto incrementa los costes del equipo de forma considerable.

Es un objeto de la presente invención encontrar una solución alternativa para un interruptor HVDC con lo que se reducen las pérdidas de régimen permanente de los conmutadores semiconductores de energía, mientras que al mismo tiempo se evitan las desventajas descritas anteriormente en relación con la patente EP 1377995 Bl .

Este objeto se alcanza mediante un dispositivo y un método de acuerdo con las reivindicaciones independientes.

De acuerdo con la invención, el dispositivo para interrumpir una corriente eléctrica que fluye a través de una línea de transmisión o distribución de energía, también denominado dispositivo de ruptura, comprende - a parte de la conexión en paralelo conocida de un interruptor principal y un resistor no lineal, con el interruptor principal comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de una primera dirección de corriente - , una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad comprende por lo menos un conmutador mecánico y un interruptor auxiliar, donde la conexión en serie se conecta en paralelo a la conexión en paralelo. El interruptor auxiliar tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente. El término resistencia de encendido se refiere a la resistencia de una corriente que fluye a través de un conmutador semiconductor de energía que se enciende. En otras palabras, el interruptor auxiliar tiene una más baja caída de tensión de conducción que el interruptor principal.

Se sugiere que el dispositivo de acuerdo con la invención se va a utilizar en la siguiente forma: el dispositivo que se va a conectar en serie a una ruta de corriente pasa a una línea de transmisión o distribución de energía, preferiblemente una línea de transmisión de energía HVDC, y, bajo operación normal, se cierran el interruptor auxiliar y el conmutador de alta velocidad del dispositivo, lo que significa para el interruptor auxiliar que se tienen que encender los conmutadores semiconductores de energía respectivos. El interruptor principal se cierra, es decir se encienden sus conmutadores semiconductores, en un punto apropiado en el tiempo antes que se abra de nuevo el interruptor auxiliar. Si después se recibe una señal que abre el interruptor auxiliar, el interruptor auxiliar se abre conmutando por lo tanto la corriente al interruptor principal, luego se abre el conmutador de alta velocidad y por lo menos el interruptor principal se abre si se recibe una señal que abre el interruptor principal. Como resultado, la corriente se conmuta desde el interruptor principal hasta el resistor no lineal, donde se reduce el nivel de corriente y se limita la tensión. Como queda claro a partir de este método, se necesita que el conmutador de alta velocidad desacople el interruptor auxiliar de la línea con el fin de evitar que se aplique la tensión completa al interruptor auxiliar.

El dispositivo y el método propuesto para su uso de acuerdo con la invención tienen entre otras las siguientes ventajas, en particular para aplicaciones de CC de alta tensión : • Se reducen las pérdidas de régimen permanente, debido a que durante la operación normal la corriente ya no fluye a través del interruptor principal sino en su lugar a través del conmutador de alta velocidad, que es un conmutador mecánico con casi ninguna pérdida en absoluto, y a través del interruptor auxiliar que tiene una más baja resistencia de encendido y por lo tanto una más baja caída de tensión de conducción que el interruptor principal. Debido a que desaparecen las pérdidas de régimen permanente en el interruptor principal, el interruptor principal ya no es más propenso a sobrecarga térmica de tal manera que ya no se requiere un enfriamiento activo del interruptor principal. Para el interruptor auxiliar, se prefiere que la caída de tensión de conducción y por lo tanto las pérdidas sean mucho más pequeñas comparadas con el interruptor principal que no requiere enfriamiento activo allí.

• Para conmutar la corriente al interruptor principal, ya no es un conmutador mecánico el que tiene que interrumpir primero la corriente, sino es en su lugar el interruptor auxiliar de estado sólido. De acuerdo con lo anterior, los problemas con el desgaste de los contactos mecánicos debido a los arcos ya no están presentes lo que reduce el esfuerzo de mantenimiento e incrementa la conflabilidad y la vida útil del dispositivo de ruptura total. De acuerdo con lo anterior, es suficiente si el conmutador de alta velocidad es solo un desconectador de rápida operación.

• Debido a que el interruptor principal se somete a la tensión completa durante un periodo limitado de tiempo solo después de la conmutación al resistor no lineal, será posible agregar conmutadores semiconductores de energía adicionales en la conexión en serie del interruptor principal para asegurar la distribución de tensión confiable sin agregar a las pérdidas generales.

• El diseño del interruptor principal se simplifica adicionalmente con respecto a la reacción a una falla en uno de sus conmutadores semiconductores de energía. En algunos conmutadores semiconductores de energía conocidos se ha previsto que un conmutador inoperable automáticamente esté en cortacircuito con el fin de permitir a otro, conmutador semiconductor de energía redundante hacerse cargo de la operación. Sin embargo, este modo de falla de cortocircuito puede en la práctica ser un modo inestable, la estabilidad del cual se puede asegurar solo durante un periodo de tiempo limitado. Con el dispositivo propuesto, donde el interruptor principal y/o auxiliar puede comprender conmutadores semiconductores de energía redundantes, esto ya no presenta un problema para el interruptor principal ya que el interruptor principal está en operación completa solo durante un muy corto periodo de tiempo de tal manera que no se requiere el modo de falla de cortocircuito óptimo.

• El esfuerzo de corriente y tensión sobre el interruptor principal y por lo tanto sobre sus conmutadores semiconductores de energía se disminuyen considerablemente, reduciendo por lo tanto el índice de falla de los conmutadores semiconductores de energía e incrementado la conflabilidad del interruptor principal.

• En caso de mayores tensiones, donde el conmutador de alta velocidad comprende no solo uno sino varios conmutadores mecánicos conectados en serie, la cuestión de una distribución uniforme de tensión a través de los conmutadores conectados en serie ya no es más un problema cuando se abre el conmutador de alta velocidad en una situación de no corriente y no tensión. Así, se deben necesitar capacitores conectados no paralelos ya que reducen considerablemente los costes.

En una realización preferida del dispositivo, el interruptor principal tiene una mayor capacidad de bloqueo de tensión nominal que el interruptor auxiliar. Esto se puede lograr por ejemplo al proporcionar como por lo menos un conmutador semiconductor de energía del interruptor principal, un conmutador que tenga una capacidad de bloqueo de tensión de varios cientos de kV, mientras que la capacidad de bloqueo de tensión de por lo menos un conmutador semiconductor de energía del interruptor auxiliar se encuentra en unos solos pocos kV. Otra posibilidad para alcanzar esto es utilizar diferentes tipos de conmutadores semiconductores de energía, como por ejemplo por lo menos un IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) para el interruptor principal y por lo menos un MOSFET (Transistor de Efecto de Campo Metal-Óxido-Semiconductor) para el interruptor auxiliar, ya que es una característica inherente de un MOSFET que tiene una capacidad de ruptura de tensión más pequeña que un IGBT; Otros tipos de conmutadores semiconductores de energía que se pueden utilizar son IGCT (Tiristor Controlado por Puerta Integrada) o GTO (tiristor apagado por compuerta) . Cabe notar que todos estos tipos mencionados pertenecen al grupo de conmutadores semiconductores de energía con capacidad de encendido y apagado .

En un desarrollo específico de esta realización, el interruptor principal comprende por lo menos dos conmutadores semiconductores de energía conectados en serie de la primera dirección de corriente, el interruptor auxiliar comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente que tiene la misma capacidad de bloqueo de tensión como los conmutadores semiconductores de energía del interruptor principal, y el interruptor principal siempre comprende un mayor número de conmutadores semiconductores de energía que el interruptor auxiliar.

Esta realización es especialmente adecuada para aplicaciones de mayor tensión, donde el nivel de tensión requiere que se construya el interruptor principal de una conexión en serie de conmutadores semiconductores de energía. Para el interruptor auxiliar, se utiliza el mismo tipo de conmutador semiconductor de energía, pero debido a que el interruptor auxiliar no tiene que resistir la tensión completa, solo se requieren unos pocos conmutadores semiconductores de energía conectados en serie, aproximadamente entre 1 y máximo 10. Para aplicaciones de alta tensión de varios cientos de kV, donde el interruptor principal comprende una conexión en serie de hasta varios cientos de conmutadores semiconductores de energía, la diferencia en la resistencia de encendido entre el interruptor principal y el interruptor auxiliar llega a ser considerable, debido a que para el interruptor auxiliar aún se necesitan solo uno o unos pocos conmutadores semiconductores de energía. Las pérdidas de régimen permanente para el interruptor auxiliar se estiman en este caso ascienden a poco como menos de 0.002% de la energía transferida a través del dispositivo, comparado con el 0.2 a 0.3% mencionado anteriormente del interruptor principal. El problema de diseño descrito anteriormente con respecto a conmutadores semiconductores de energía redundantes y la reacción hacia una falla en uno de los conmutadores semiconductores de energía, está en el dispositivo de acuerdo con la invención solo de importancia para el interruptor auxiliar donde bajo condiciones de operación normal la corriente fluye a través de forma permanente. Pero debido a que solo se necesitan unos pocos conmutadores semiconductores de energía para el interruptor auxiliar, se puede mantener bajos los costes para una solución de redundancia confiable, por ejemplo al conectar uno o dos conmutadores semiconductores de energía redundantes en serie con por lo menos un conmutador semiconductor de energía .

En una realización preferida del método para utilizar el dispositivo, la señal que abre el interruptor auxiliar se genera y envía antes de la generación y envío de una señal que abre el interruptor principal. La generación y envío de la señal que abre el interruptor auxiliar y de la señal que abre el interruptor principal se puede realizar por uno o varios medios de detección y/o protección que monitorean el estado de la energía y la línea de transmisión y/o de otros dispositivos eléctricos tales como convertidores de energía, transformadores, otros dispositivos de ruptura o líneas adicionales y que en caso de una falla envían las señales de abertura por cable o inalámbricas al dispositivo, en la realización alternativa, se pueden generar una o ambas señales de abertura internamente en el dispositivo dependiendo de los resultados de las señales de detección y/o protección recibidas desde los medios de detección y/o protección externos, lo que significa que las señales de abertura no necesariamente pueden ser enviadas y recibidas físicamente a través de un bus de comunicación de datos dentro del el dispositivo sino que también pueden simplemente ser representadas como variables en una memoria interna. En este último caso, el proceso para leer cualquiera de estas variables desde la memoria se debe entender como la recepción de la señal de abertura correspondiente.

La ventaja con la generación y envío de la señal que abre el interruptor auxiliar antes de la señal que abre el interruptor principal es que esta función se puede utilizar para mejorar la velocidad de respuesta del dispositivo para una decisión de ruptura corriente al abrir el interruptor auxiliar antes de que se haga finalmente la decisión de ruptura. En la práctica, los medios de protección que tienen que procesar señales de estado y detección de diferentes fuentes con el fin de decidir si de hecho se produce una falla que requiera la ruptura de la corriente en la línea, necesita hasta varios milisegundos antes que se tome la decisión de ruptura y sen envíe la señal que abre el interruptor principal. Los interruptores conocidos reaccionarían después del momento en que se recibe esta señal que abre el interruptor principal, es decir sería posible que también la señal que abre el interruptor auxiliar se envíe solo después de que se toma la decisión de ruptura. Con el método de acuerdo con esta realización, el interruptor auxiliar y también el conmutador de · alta velocidad preferiblemente ya estarán abiertos antes de que se tome la decisión de ruptura, de tal manera que el tiempo de reacción para la decisión de ruptura se reduce a solo el muy corto tiempo de abertura del interruptor principal de solo un par de microsegundos debido a que la corriente ya está conmutada anteriormente al interruptor principal. De acuerdo con lo anterior, se puede realizar una acción de ruptura de corriente muy rápida que toma solo un par de microsegundos sin tener las desventajas de las soluciones basadas en el interruptor de estado sólido conocido.

Por ejemplo, como en una de las realizaciones del método, el interruptor auxiliar se puede abrir inmediatamente después que se excede un primer límite de corriente en la línea de transmisión o distribución de energía. Para los interruptores de corriente conocidos, la señal de abertura correspondiente no se genera directamente después que se excede un límite de corriente sino solo después de procesamiento y evaluación adicional de las mediciones. Como se describió anteriormente, este procesamiento adicional toma varios milisegundos . En oposición a que, en esta realización la señal que abre el interruptor auxiliar se genera, envía y eventualmenté se recibe inmediatamente después que se excede el primer límite de corriente; y debido a que el interruptor auxiliar es capaz de abrirse dentro de un par de microsegundos, la corriente se conmuta al interruptor principal ya varios microsegundos después del exceso del límite. Como una consecuencia, el único factor que limita el tiempo antes de que en realidad se pueda abrir el interruptor principal es el tiempo de apertura del conmutador de alta velocidad, que para los conmutadores disponibles en la actualidad es de aproximadamente 1 ms . Sin embargo ya que, como se describió anteriormente, la generación de la señal que abre el interruptor principal tiene por lo menos 1 ms en sí misma, el dispositivo de acuerdo con la invención reacciona en aproximadamente el mismo corto periodo de tiempo a una señal que abre el interruptor principal como el interruptor de CC de estado sólido autónomo conocido, evitando al mismo tiempo sus problemas .

El primer límite de corriente por ejemplo se puede definir ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de la línea de transmisión o distribución de energía o ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de una estación convertidora conectada a la línea. Durante la apertura del interruptor auxiliar y la conmutación de la corriente hacia el interruptor principal, puede ya ocurrir una cierta reducción del nivel de corriente debido a cambios en las condiciones del ambiente si el aumento de corriente es solo temporal y no provocado por una falla. Si posteriormente no se genera la señal que abre el interruptor principal debido a una relajación de la situación de búsqueda crítica anterior, esta realización sería como una ventaja adicional que ha ayudado a proteger la línea de transmisión o distribución de energía contra el esfuerzo térmico.

En 'una realización adicional del método, el conmutador de alta velocidad se abre cuando ha transcurrido un primer periodo de tiempo desde la abertura del interruptor auxiliar. Se elige preferiblemente este tiempo lo suficientemente largo para que el interruptor auxiliar tenga el suficiente tiempo para abrirse completamente y los suficientemente corto para no desperdiciar ningún tiempo, es decir si se sabe que el interruptor auxiliar necesita aproximadamente 10 microsegundos para abrir, el primer periodo de tiempo se podría elegir como 20 microsegundos.

En una primera realización alternativa, el conmutador de alta velocidad se abre cuando la corriente excede- un segundo límite de corriente. El segundo límite de corriente se encuentra ventajosamente por encima del primer límite de corriente debido a que en una situación de falla, la corriente en la línea se eleva de forma constante hasta que el interruptor principal finalmente se abre y desacopla la línea de la falla.

En una segunda realización alternativa, el conmutador de alta velocidad se abre cuando se recibe una señal que indica que la corriente se ha conmutado exitosamente al interruptor principal .

Como se mencionó anteriormente, la señal que abre el interruptor principal puede en algunos casos no ser generada y por lo tanto no recibida, aún cuando el interruptor auxiliar y el conmutador de alta velocidad están ya abiertos. Esto se puede deber por ejemplo a un incremento de corriente transitoria que es provocado por una perturbación a corto plazo pero que no tiene consecuencias serias. En tales casos se sugiere en una realización del método que se verifique si no se recibe la señal que abre el interruptor principal dentro de un segundo periodo de tiempo desde la abertura del interruptor auxiliar. Después del lapso del segundo periodo de tiempo, el conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar se cierran de nuevo de tal manera que se puede continuar la operación normal .

La no recepción de la señal que abre el interruptor principal también se puede deber a una falla que se desarrolla lentamente que no se reconoce como tal de forma inmediata. Por lo tanto, se sugiere en un desarrollo adicional de la realización anterior que en el caso en que después del cierre del conmutador de alta velocidad y del interruptor auxiliar aún se reciba o se reciba de nuevo la señal que abre el interruptor auxiliar, se abre de nuevo, primero el interruptor auxiliar, después se abre el conmutador de alta velocidad y después se abre el interruptor principal si se recibe la señal que abre el interruptor principal. Las etapas de abertura y cierre del interruptor auxiliar y el conmutador de alta velocidad se pueden realizar de forma repetida hasta que finalmente se recibe la señal que abre el interruptor principal o, en la alternativa, no se recibe señal que abre el interruptor auxiliar adicional.

De acuerdo con una realización especial, se realiza una denominada supervisión en línea del dispositivo. Bajo operación normal, el interruptor principal está en un estado de menos corriente lo que hace posible que estén presentes por lo menos un conmutador semiconductor de energía y cualesquier elementos semiconductores de energía adicionales, tales como diodos de rueda libre, que se pueden probar para su operabilidad . Se reconoce el hecho de que existe una condición de operación normal por lo menos a partir de la ausencia de una señal que abre el interruptor auxiliar y de una señal que abre el interruptor principal, pero, desde luego la información del sensor adicional se puede utilizar para determinar si el momento es adecuado para realizar tal supervisión en línea. Después de la prueba del interruptor principal, que es exitosa, se puede seleccionar el interruptor principal ya sea de forma inmediata o después del procesamiento adicional. El punto importante es que el interruptor principal se cierra a más tardar antes que el interruptor auxiliar esté a punto de ser abierto.

Adicionalmente a la prueba del interruptor principal, también se puede llevar el interruptor auxiliar bajo condiciones de operación normales a un estado de menos corriente con el fin de ser probado. El método de acuerdo con la realización para una supervisión en línea del interruptor auxiliar comprende las siguientes etapas: • abrir el interruptor auxiliar, conmutando por lo tanto la corriente al interruptor principal, • después abrir el conmutador de alta velocidad, probando de esta manera la operabilidad del conmutador de alta velocidad, • después probar la operabilidad de por lo menos un conmutador semiconductor de energía y, si está presente, de por lo menos un diodo de rueda libre del interruptor auxiliar, • después de probar con éxito, cerrar de nuevo el conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar.

Con la supervisión en línea descrita anteriormente, todos los elementos de conmutación del dispositivo de ruptura, es decir el interruptor principal, el interruptor auxiliar y el conmutador de alta velocidad, se pueden probar para su operabilidad sin perturbarla operación normal de la línea de transmisión de energía conectada. Tal una supervisión en línea no es posible con los interruptores utilizados comúnmente ya que no se puede hacer libres de corriente sin interrumpir la corriente. Esto significa que tampoco se puede asegurar la operabilidad de un interruptor utilizado comúnmente supervisión fuera de línea por razones prácticas solo se realiza ocasionalmente. Como resultado, si el último mantenimiento de tal interruptor se llevó a acabo hace algún tiempo, no es seguro si el interruptor sea actualmente capaz de trabajar como se espera hasta que el interruptor se coloque realmente en operación con el fin de interrumpir una corriente en una situación de falla. Esta situación insatisfactoria es mucho mejor por el dispositivo de ruptura descrito aquí ya que se puede probar de forma continua, y debido a que por consiguiente se puede asegurar su operabilidad con alta conflabilidad .

El dispositivo y el método descritos aquí se pueden utilizar de forma ventajosa en una disposición, tal como una subestación, que comprende por lo menos un dispositivo adicional del mismo tipo. Si este dispositivo adicional se conecta a la misma ruta de corriente como la línea de transmisión o distribución de energía, el dispositivo adicional se puede utilizar como un denominado interruptor de reserva, es decir como un dispositivo de ruptura que se abre en el caso que el dispositivo original no se abra. La invención proporciona la ventaja que el dispositivo adicional ya se puede activar por adelantado cuando el dispositivo original se fija en operación pero antes se detecta una falla del dispositivo original. En una realización especial del método se realizan las siguientes etapas adicionales después de la recepción de la señal que abre el interruptor auxiliar para el dispositivo original: primero se abre el interruptor auxiliar en el dispositivo adicional, después se abre el conmutador de alta velocidad en el dispositivo adicional, luego se verifica si en el dispositivo original la corriente se conmuta exitosamente al resistor no lineal y si no, en el dispositivo adicional se abre el interruptor principal. De otra forma, si en el dispositivo original la corriente se conmuta exitosamente al resistor no lineal, el conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar en el dispositivo adicional se cierran de nuevo. Esta forma de preactivar un dispositivo de ruptura de reserva tiene la ventaja de que se normaliza el periodo de tiempo antes de una falla por la subestación en caso que falle el dispositivo original de ruptura, se acorta a solo el tiempo necesario para que los medios de detección y/o protección generen la señal que abre el interruptor principal más el tiempo hasta que se reconoce finalmente que el dispositivo original de ruptura no se puede abrir. El interruptor principal del dispositivo de ruptura de reserva luego necesita solo su par de microsegundos para interrumpir la corriente, un periodo de tiempo que es insignificante comparado con el resto del tiempo. Debido al periodo de tiempo más corto, se interrumpe la corriente de falla más antes que con los dispositivos ^de ruptura utilizados comúnmente, es decir el nivel de corriente de falla que se alcanza finalmente es menor. Como resultado, el equipo adicional de la subestación tal como reactores y bancos de pararrayos se pueden dimensionar a una escala menor que lleva a la reducción de costes.

El dispositivo y el método descritos aquí también se pueden utilizar de forma ventajosa en una disposición que limita la corriente, donde la disposición que limita la corriente comprende por lo menos dos de los dispositivos conectados en serie entre si y en serie con una ruta de corriente a través de una línea de transmisión o distribución de energía. En el caso que una corriente en la ruta de corriente exceda un límite de sobrecorriente se opera un primer cierto número de por lo menos dos de los dispositivos de tal manera que la corriente se conmuta hacia los resistores no lineales respectivos, reduciendo de este modo la corriente. El término "operar" se utiliza con el fin de expresar que se utiliza uno de los métodos descritos anteriormente para abrir posteriormente primero el interruptor auxiliar, luego el conmutador de alta velocidad y por lo menos el interruptor principal correspondiente. El principio básico de tal disposición que limita la corriente se conoce a partir de la patente EP 0867998 Bl, pero la disposición allí utiliza los interruptores de CC de estado sólido autónomos descritos anteriormente, que tienen el problema de altas pérdidas. Este problema se supera cuando se utilizan los dispositivos de acuerdo con la presente invención.

Una realización alternativa de una disposición que limita la corriente comprende • por lo menos dos conexiones paralelas de un interruptor principal y un resistor no lineal, donde las conexiones paralelas se conectan en serie entre si y donde los interruptores principales cada uno comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la misma dirección o direcciones de corriente, y • una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad y de un interruptor auxiliar, donde el conmutador de alta velocidad comprende por lo menos un conmutador mecánico y donde el interruptor auxiliar tiene una resistencia de encendido más pequeña que cualquiera de los interruptores principales y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la misma dirección o direcciones de corriente como por lo menos un conmutador semiconductor de energía de los interruptores principales. • en donde la conexión en serie se conecta en paralelo a por lo menos dos conexiones paralelas .

De acuerdo con lo anterior, la única diferencia con la disposición que limita la corriente descrita anteriormente radica en que la conexión en serie del conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar está presente solo una vez aquí, aunque está presente tantas veces como están los interruptores principales y resistores no lineales en la disposición descrita anteriormente.

La función de la disposición que limita la corriente con un conmutador de alta velocidad e interruptor auxiliar es la misma como aquella de la disposición con múltiples conmutadores de alta velocidad e interruptores auxiliares. De acuerdo con lo anterior, la disposición se adapta primero para abrir el interruptor auxiliar, luego abrir el conmutador de alta velocidad y después abrir un primer cierto número de los interruptores principales de tal manera que una corriente a través del conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar se conmuta primero hacia el primer cierto número de interruptores principales y luego hacia los resistores no lineales respectivos, donde se realiza esta conmutación en el caso que una corriente en la ruta de corriente de la línea de transmisión o distribución de energía, donde la disposición se conecta en serie con, exceda un límite de sobrecorriente.

Se determina el primer cierto número de acuerdo con una realización que depende de hasta qué punto se excede el límite de sobrecorriente, y se determina preferiblemente con el objetivo de reducir la corriente de tal manera que caiga por debajo del límite de sobrecorriente de nuevo y se mantenga sobre un nivel de corriente predefinido por lo menos durante un cierto periodo de tiempo.

Una ventaja de utilizar por lo menos dos de los dispositivos de ruptura descritos anteriormente o conexiones paralelas del interruptor principal y resistor no lineal, respectivamente, en una disposición que limita la corriente es la siguiente. El periodo de tiempo donde la corriente se mantiene en un nivel predefinido y de acuerdo con lo anterior no se incrementa adicionalmente es de hecho una ganancia para el algoritmo de los medios de detección y/o protección. El algoritmo obtiene este periodo de tiempo adicional que se va a utilizar para evaluar si una situación de falla está realmente presente o no. Como resultado, se puede prever la decisión final sobre si la corriente necesita ser interrumpida o no con mayor precisión y conflabilidad de tal manera que se eviten interrupciones de corriente innecesarias. Además, debido a que se limita el nivel de corriente, los interruptores principales de la disposición que limita la corriente y por lo tanto su conmutador o conmutadores semiconductores de energía necesitan ser clasificados solo para corrientes de ruptura menores, lo que reduce de forma considerable los costes .

En el caso que se tome finalmente una decisión para interrumpir la corriente en la ruta de corriente por el algoritmo de los medios de detección y/o protección, se utilizan ambas disposiciones que limitan la corriente como dispositivos de ruptura en si mismos. En ese caso, se operan todos los dispositivos de ruptura o conexiones paralelas que permanecen donde los interruptores principales respectivos todavía están cerrados, de tal manera que la corriente en la ruta de corriente se conmuta a todos resistores no lineales de la disposición que limita la corriente, por interrumpiendo consiguiente el flujo de corriente en la ruta de corriente .

Ambas disposiciones que limitan la corriente descritas anteriormente son capaces de limitar la corriente siempre que la energía térmica en sus resistores no lineales no se vuelve demasiado alta.

De acuerdo con una realización, se monitorea la energía térmica en los resistores no lineales que corresponden a los interruptores principales abiertos y en el caso que se exceda un primer límite de energía predefinido, los interruptores principales abiertos se cierran de nuevo y se opera un mismo primer cierto número de por lo menos dos dispositivos o de por lo menos dos conexiones paralelas, cuyos interruptores principales se cierran previamente y por consiguiente se abren sus interruptores principales correspondientes.

Esto se puede repetir hasta que la energía térmica en por lo menos uno de los resistores no lineales de la disposición que limita la corriente exceda un segundo límite de energía predefinido. Si esto sucede, la decisión para interrumpir completamente la corriente en la ruta de corriente se tiene que hacer en cualquier caso, independientemente de los resultados intermedios del algoritmo de los medios de detección y/o protección.

Al abrir y cerrar diferentes partes de los interruptores principales de la disposición que limita la corriente en una forma alterna, el aumento de la energía térmica en los resistores no lineales correspondientes y por consiguiente se distribuye su esfuerzo de corriente de manera más uniforme entre los resistores no lineales de tal manera que el esfuerzo de corriente para cada resistor no lineal individual se mantiene dentro de los límites tolerables durante un periodo de tiempo más largo. De acuerdo con lo anterior, la necesidad de interrumpir la corriente en la línea de transmisión debido a que se excede el segundo límite de energía surge más adelante, por consiguiente prolongando adicionalmente el tiempo disponible para el algoritmo de los medios de detección y/o protección .

En un desarrollo adicional de la realización, el esfuerzo de corriente de por lo menos uno hasta todos los resistores no lineales de la disposición que limita la corriente se determina y almacena en un dispositivo de memoria, por ejemplo en forma del producto del nivel de corriente que fluye a través del resistor no lineal multiplicado con el periodo de tiempo correspondiente, resumido para cada operación de abertura del interruptor principal correspondiente, o en forma de una curva de temperatura sobre tiempo. A partir del esfuerzo de corriente, se puede determinar la vida útil esperada para el resistor no lineal respectivo, y se puede utilizar esta información para adaptar la forma alterna para operar los interruptores principales de la disposición que limita la corriente con el fin de aumentar la vida útil esperada de por lo menos uno hasta todos los resistores no lineales.

Otro límite superior, a parte del segundo límite de energía, que conduce a una decisión de ruptura de corriente definitiva es el caso cuando se incrementa la corriente, a pesar de que se activa la disposición que limita la corriente, y alcanza el nivel de corriente máximo con lo que se define que los interruptores principales de la disposición que limita la corriente sean capaces de interrumpir .

En una realización especial, la disposición que limita la corriente se utiliza para limitar la corriente de sobrecarga momentánea que puede surgir en la línea de transmisión o distribución de energía, hacia la ruta de corriente de la que la disposición que limita la corriente se conecta a, en el caso que esta línea esté en un primer estado desenergizado o esté en un primer estado precargado a un nivel de tensión diferente de por lo menos otra línea de transmisión o distribución de energía que está en un estado energizado y donde la línea se va a acoplar a por lo menos otra línea. En lo siguiente, la realización se explica por la línea desenergizada, pero es en la misma forma aplicable a una línea que se precarga a un nivel de tensión diferente.

La corriente de sobrecarga momentánea surge debido a la capacitancia agregada repentinamente a través de la línea desenergizada anteriormente y puede llegar a ser tan alta que conduciría a la desconexión inmediata de la línea desenergizada anteriormente de nuevo, en la práctica de hoy, se utiliza un así denominado resistor de pre- inserción se utiliza, que se conecta temporalmente en serie con la línea desenergizada anteriormente y que limita la corriente de sobrecarga momentánea.

De acuerdo con esta realización especial, . la disposición que limita la corriente asume la función del resistor de pre-inserción, reduciendo de este modo los costes. Antes del acoplamiento de la línea de transmisión o distribución de energía a por lo menos una de las líneas desenergizadas , la disposición que limita la corriente está en el estado abierto. El término "estado abierto" de un dispositivo de ruptura o disposición que limita la corriente discutido aquí significa que se abren todos los interruptores principales y auxiliares así como también todos los conmutadores de alta velocidad del dispositivo o disposición.

Durante el acoplamiento de la línea desenergizada a por lo menos una de las líneas desenergizadas , se cierra una parte de los interruptores principales de la disposición que limita la corriente y la otra parte de los interruptores principales así como también el conmutador o conmutadores de alta velocidad y el interruptor o interruptores auxiliares se mantienen abiertos. Después del acoplamiento exitoso, se cierra la otra parte de los interruptores principales, el conmutador o conmutadores de alta velocidad y el interruptor o interruptores auxiliares, conmutando por consiguiente la corriente en la disposición que limita la corriente hacia el conmutador o conmutadores de alta velocidad y hacia el interruptor o interruptores auxiliares. Después de conmutación exitosa se pueden abrir de nuevo los interruptores principales hasta antes de que se abra el interruptor o interruptores auxiliares la próxima vez. La parte de los interruptores principales que se debe cerrar primero se selecciona para que sean tantas como se necesiten para limitar la corriente de sobrecarga momentánea en una forma adecuada de tal manera que se evita una desconexión de la línea desenergizada anteriormente.

También se proponen realizaciones adicionales del dispositivo en si mismo. En una realización del dispositivo, el interruptor principal y/o el interruptor auxiliar comprenden por lo menos un conmutador semiconductor de energía conectado en paralelo con por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente. Esta realización es adecuada para aumentar la corriente nominal del interruptor respectivo, donde el interruptor principal se dimensiona con respecto al nivel de corriente de ruptura y el interruptor auxiliar se dimensiona con respecto al nivel de la transferencia de corriente continua. Una ventaja con esta realización es que es posible un aumento de la transferencia de corriente continua a solo menores costes, ya que el interruptor de corriente auxiliar contiene solo entre uno y unos pocos conmutadores semiconductores de energía, cuyo menor número se tendría que duplicar. Además, se tendría que ajustar el dimensionamiento del conmutador de alta velocidad. En la solución autónoma anterior de un dispositivo de ruptura con solo un interruptor principal de estado sólido, un aumento de la transferencia de corriente continua en un dispositivo interruptor es mucho más costoso debido que hasta varios cientos de conmutadores semiconductores de energía se deben de agregar en paralelo. Otra ventaja es que el diseño del interruptor principal se puede simplificar en comparación con la solución autónoma con respecto a compartir la corriente, ya la corriente fluye a través del interruptor principal solo durante un muy corto periodo de tiempo, entre la conmutación desde el interruptor auxiliar y la abertura del interruptor principal, de tal manera que solo ocurre brevemente una posible distribución de corriente no uniforme entre las ramificaciones paralelas.

En una realización adicional del dispositivo, el interruptor principal y el interruptor auxiliar comprenden por lo menos un conmutador semiconductor de energía conectado en paralelo a por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente y que es de una segunda dirección de corriente. Con esta realización, el dispositivo se convierte en un dispositivo bidireccional que es adecuado para ser utilizado para interrumpir una primera dirección de corriente y una segunda dirección de corriente opuesta. Los conmutadores semiconductores de energía conectados en paralelo entre si pueden ser conmutadores o conmutadores separados individuales integrados en el mismo conjunto semiconductor .

Como es conocido a partir de la técnica, los conmutadores semiconductores de energía se pueden suministrar cada uno con un diodo de rueda libre en conexión anti-paralela al conmutador correspondiente. En ese caso, se propone que una realización alternativa para un dispositivo bidireccional tenga en el interruptor principal y en el interruptor auxiliar por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la segunda dirección de corriente opuesta conectada en serie con por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente, donde ese por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la segunda dirección de corriente también se conecta en anti-paralelo con un diodo de rueda libre.

La invención y se realización se explicará ahora con referencia a los dibujos adjuntos en los que: Breve descripción de las figuras.

La Figura 1 muestra un primer ejemplo de un elemento base de un interruptor de estado sólido, La Figura 2 muestra un dispositivo de acuerdo con una realización de la invención, La Figura 3 muestra un segundo ejemplo de un elemento base de un interruptor de estado sólido, La Figura 4 muestra una realización del dispositivo en forma de un dispositivo bidireccional , La Figura 5 muestra un tercer ejemplo de un elemento base de un interruptor de estado sólido, La Figura 6 muestra una primera realización de una subestación que conecta un convertidor HVDC y cuatro líneas de transmisión de energía de CC, La Figura 7 muestra la interacción entre el dispositivo de la Figura 2 y los medios de control del dispositivo así como también medios de control de la subestación, La Figura 8 muestra la secuencia oportuna de las etapas de una realización del método de acuerdo con la invención, La Figura 9 muestra la secuencia oportuna para operar un dispositivo de ruptura y un dispositivo de ruptura de reserva, La Figura 10 muestra una primera realización de una disposición que limita la corriente, La Figura 11 muestra una segunda realización de una disposición que limita la corriente, La Figura 12 muestra una segunda realización de una subestación que conecta un convertidor HVDC y cuatro líneas de transmisión de energía de CC.

Descripción detallada de la invención La Figura 1 muestra un primer elemento base 6 para interruptores de estado sólido utilizado en las realizaciones de la invención, donde los interruptores de estado sólido son los interruptores principales y auxiliares explicados adicionalmente adelante. primer elemento base 6 comprende un conmutador semiconductor de energía 1 de una primera dirección de corriente 4 y un diodo de rueda libre 2 se conecta en anti-paralelo al conmutador semiconductor de energía 1.

El primer elemento base 6 se utiliza en una realización del dispositivo de acuerdo con la invención como se representa en la Figura 2. El dispositivo de ruptura 13 de la Figura 2 es adecuado para aplicaciones de alta tensión de 50 kV y más, es capaz de interrumpir corrientes de hasta aproximadamente 10 kA y se conecta en serie con una línea de transmisión de energía 14. La línea de transmisión de energía 14 es preferiblemente una línea de transmisión de energía HVDC. El dispositivo de ruptura 13 comprende un interruptor principal 8 que contiene una conexión en serie de varias decenas hasta varios cientos de elementos base 6, - que depende del nivel de tensión -, un resistor no lineal 11 conectado en paralelo al interruptor principal 8 y una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad 10 y un interruptor auxiliar 9 conectado en paralelo al interruptor principal 8 y el resistor no lineal 11. El interruptor auxiliar 9 contiene solo un elemento base 6. El conmutador de alta velocidad 11 se muestra como un conmutador mecánico, pero en este ejemplo consiste de una conexión en serie de por lo menos dos conmutadores mecánicos operados de forma simultánea. En serie con el dispositivo de ruptura 13, un reactor 12 se coloca para la limitación de índice de corriente. Como se puede entender a partir de la Figura 2, el dispositivo de ruptura 13 es capaz de interrumpir una corriente que fluye en la primera dirección de corriente 4 a través de solo la línea de transmisión de energía 14. De acuerdo con lo anterior, no es adecuado que se utilice como un interruptor de corriente alterna CA, pero se puede utilizar como un interruptor de corriente continua CC sobre un amplio rango de tensión, partiendo en aproximadamente 1 kV y variando hasta 1000 kV y más, es decir se puede utilizar en los campos de distribución de energía y transmisión de energía.

En la Figura 3 , se puede observar un segundo elemento base 7 para interruptores de estado sólido que comprende una conexión en paralelo del conmutador semiconductor de energía 1 de la primera dirección de corriente 4 y de un conmutador semiconductor de energía 3 de una segunda dirección de corriente opuesta 5.

El segundo elemento base 7 se utiliza en una realización del dispositivo de acuerdo con la invención como se muestra en la Figura 4. El dispositivo de ruptura 17 de la Figura 4 es un dispositivo bidireccional de ruptura ya que es capaz de interrumpir la corriente en la línea de transmisión de energía 14 en ambas, la primera dirección de corriente 4 y la segunda dirección de corriente 5. El dispositivo de ruptura bidireccional 16 es de otra forma similar en su diseño y función al dispositivo de ruptura 13, es decir es adecuado para el mismo rango de tensión y voltaje y contiene los mismos elementos con la única diferencia que el interruptor principal 15 y el interruptor auxiliar 16 comprenden segundos elementos base 7 en lugar de primeros elementos base 6. Además, debido que el dispositivo de ruptura 17 es un dispositivo bidireccional de ruptura, se puede utilizar como interruptor de corriente continua CC bidireccional, es decir como interruptor de CC para la primera la segunda direcciones de corriente 4 y 5, así como también el interruptor de corriente alterna CA.

A partir de la Figura 8, se puede entender cómo se puede operar el dispositivo de ruptura de acuerdo con la invención en caso de una falla. El método se explicará utilizando el dispositivo de ruptura unidireccional 13 como ejemplo pero en la misma forma aplicable a un dispositivo bidireccional de ruptura tal como dispositivo de ruptura 17. Sobre el eje x del sistema de coordenadas de la Figura 8 , se muestra el tiempo t en milisegundos , y sobre, el eje y, se representa la corriente I a través de la línea de transmisión de energía 14. Antes del instante de tiempo ti, se cierran los interruptores principales y auxiliares, 8 y 9, así como también el conmutador de alta velocidad 10, donde el interruptor auxiliar 9 y el conmutador de alta velocidad 10 se cierran todo el tiempo durante la operación normal de la línea de transmisión de energía 14, mientras que el interruptor principal 8 por ejemplo solo se puede cerrar después de que se ha realizado alguna supervisión en línea de su funcionalidad. La corriente nominal Inominai es la que fluye a través del conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 9 aunque el interruptor principal 8 esté libre de corriente. En el instante de tiempo ti, ocurre una falla de línea en la línea de transmisión de energía 14 que resulta en un incremento continuo de la I partiendo desde la corriente nominal Inominai¦ En el instante de tiempo t2 que en este ejemplo es aproximadamente 1 ms después del instante de tiempo tlt un primer límite de corriente Iiim, que se establece ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de la línea de transmisión de energía 14, se excede, llevando a la generación y envío inmediato de una señal que abre el interruptor auxiliar hacia el interruptor auxiliar 9. El interruptor auxiliar 9 recibe la señal que abre el interruptor auxiliar y se abre de forma instantánea en un par de microsegundos, conmutando por consiguiente la corriente Inm hacia el interruptor principal 8. A partir del envío de la señal que abre el interruptor auxiliar se espera un primer periodo de tiempo hasta que se pueda definitivamente abrir el interruptor auxiliar. Si por ejemplo el interruptor auxiliar necesita usualmente 10 ys para abrirse, el primer periodo de tiempo se puede seleccionar para que sea de 20 ps . Dado que este primer periodo de tiempo es muy corto en comparación con el rango de ms mostrado en la Figura 8, no se representa. Después que ha transcurrido el primer periodo de tiempo, se abre el conmutador de alta velocidad 10 que en este ejemplo tomará un poco más de 1 ms, de tal manera que el conmutador de alta velocidad 10 finalmente está en el estado abierto en el instante de tiempo t3. El instante de tiempo t5 muestra el fin del intervalo de tiempo máximo que necesita un algoritmo en unos medios de detección y/o protección para procesar varias señales de entrada antes de que se tome una decisión de ruptura y una señal que abre el interruptor principal se genere y envíe al interruptor principal 8. Este intervalo de tiempo máximo, calculado desde la falla en el instante de tiempo ti hasta el instante de tiempo t5 en este ejemplo es aproximadamente 4 ms . En este instante de tiempo máximo ts, la corriente ha alcanzado el nivel de corriente máximo IBmax lo que define que el interruptor principal es capaz de interrupción, es decir en ese momento la señal que abre el interruptor principal en cualquier caso se generará y enviará al interruptor principal 8. Sin embargo, el algoritmo en los medios de detección y/o protección puede producir y enviar la señal que abre el interruptor principal en cualquier instante de tiempo después que ha ocurrido la falla, es decir en cualquier momento después de ti. En este ejemplo, se recibe la señal que abre el interruptor principal por el interruptor principal 8 en el instante de tiempo t4. Si la señal alternativamente está disponible antes o hasta que se abre el conmutador de alta velocidad ya en el instante de tiempo t3) los instantes de tiempo t4 y t3 marcarían el mismo punto en el tiempo, es decir el método procedería directamente en el instante de tiempo t3 como se describe adelante. El interruptor principal 8 se abre de forma instantánea dentro de un par de microsegundos, de tal manera que el instante de tiempo cuando se abre el interruptor principal 8 y la corriente se conmuta al resistor no lineal 11 se encuentra estrechamente después del instante de tiempo t4 que este no se puede mostrar c en la Figura 8. El nivel de corriente IrUpturaf que fluye en ese instante de tiempo t4 a través de la línea 14 y por consiguiente a través del interruptor principal, es el nivel de corriente que el interruptor principal 8 actualmente ha interrumpido aquí . Es interesante observar que es probable que ocurra un sobrevoltaje de tensión cuando se abre el interruptor principal. Debido a que el nivel de tensión incrementada resultante se aplica al conmutador de alta velocidad, este se diseña y clasifica de acuerdo con lo anterior.

En general se puede observar que se puede utilizar cualquier conmutador de operación ultra-rápido como un interruptor auxiliar. La idea principal de esta invención es que en la conexión en serie paralela al interruptor principal, el interruptor auxiliar asume la tarea de cambio y conmutación hacia el interruptor principal del nivel de. corriente incrementado Iiim, que no obstante se encuentra muy por debajo de la corriente de ruptura real Iruptura mientras que la tarea de resistir el nivel completo de alta tensión se cumple por conmutador de alta velocidad mecánico. Asumiendo que por ejemplo un conmutador mecánico ultra-rápido esté disponible que pueda cumplir la misma función como el interruptor auxiliar de estado sólido, es decir el interruptor ultra-rápido sería capaz de interrumpir el nivel de corriente Iiim de por ejemplo 2 kA dentro de un periodo de tiempo muy pequeño de significativamente menos de 1 ms y podría soportar el mismo nivel de tensión de . por ejemplo 2 kV. En ese caso, el interruptor auxiliar también puede ser mecánico en lugar de un interruptor de estado sólido.

En la Figura 5, se muestra que un tercer elemento base 19 comprende una conexión en serie del conmutador semiconductor de energía 1 de la primera dirección de corriente y el conmutador semiconductor de energía 3 de la segunda dirección de corriente opuesta. Cada conmutador semiconductor de energía tiene un diodo de rueda libre 2 y 18, respectivamente, conectado en paralelo. El elemento base 19 se utiliza en la Figura 6 para representar dispositivos de ruptura bidireccionales que se disponen en una subestación 20, donde los dispositivos de ruptura bidireccionales se construyen de los mismos elementos como el dispositivo de ruptura bidireccional 17 con la única diferencia que el interruptor principal y el interruptor auxiliar comprenden terceros elementos base 19 en lugar de segundos elementos base 7. Debido a que la funcionalidad general del dispositivo de ruptura 17 y de un dispositivo de ruptura construido del tercer elemento base 19 son los mismos, se pueden utilizar para los mismos rangos de tensión y corriente así como también aplicaciones de corriente continua CC, CC bidireccional o corriente alterna CA.

La subestación de la Figura 6 conecta un convertidor HVDC 30, representado aquí como un convertidor de fuente de tensión que comprende conmutadores semiconductores de energía con capacidad de apagado, con cuatro líneas de transmisión de energía de CC 26-29 de una red de distribución de CC. Se asume que una falla de línea ocurre en la línea de transmisión de energía de CC 28. En ese caso, los dispositivos de ruptura 22 y 21 se abrirán con el fin de desconectar la línea 28 desde las otras líneas 26, 27 y 29 y por consiguiente desde el resto de la red de distribución de CC. En casos muy raros puede suceder que un dispositivo de ruptura no abra. Con el fin de ser todavía capaz de desconectar tantas líneas de la red de distribución de CC desde la línea de falla 28, los así denominados interruptores de reserva o dispositivos de ruptura de reserva se definen en la subestación que se abrirá si su dispositivo de ruptura original correspondiente no lo hace. En el ejemplo de la Figura 6 se asume que el dispositivo de ruptura 22 se logra abrir mientras que el dispositivo de ruptura 21 no. Los interruptores de reserva para el dispositivo de ruptura 21 son dispositivos de ruptura 23 y 24. En este ejemplo, se necesitan dos interruptores de reserva debido a que la ruta de corriente de la línea de transmisión de energía 28 se divide en la subestación 20 en dos rutas, una que lleva a través del dispositivo de ruptura 24 y la otra que lleva a través del dispositivo de ruptura 23. La secuencia de tiempo para abrir un dispositivo de ruptura original seguida por un dispositivo de ruptura de reserva se explicará ahora con respecto a la Figura 9 y al utilizar el ejemplo del dispositivo de ruptura original 21 y dispositivos de ruptura de reserva 23 y 24.

El eje x del sistema de coordenadas de la Figura 9, muestra de nuevo el tiempo t en milisegundos , y el eje y muestra la corriente I a través de la línea de transmisión de energía 28. Antes del instante de tiempo ti, se cierran los interruptores principales y auxiliares así como también los conmutadores de alta velocidad de los dispositivos de ruptura 21, 23 y 24; las corrientes son las que fluyen a través de los interruptores auxiliares y los conmutadores de alta velocidad mientras que los interruptores principales están libres de corriente. El nivel individual de la corriente a través de cada dispositivo de ruptura 21, 22, 23 y 24 se determina por la distribución de corriente dentro de la subestación. En el instante de tiempo ti, ocurre una falla de línea en la línea de transmisión de energía 28 lo que resulta en un aumento continuo de la corriente I partiendo desde la corriente nominal Inominai · Esta corriente incrementada se carga en la subestación y desde allí al resto de la red de distribución de CC lo que se evita al abrir ambos dispositivos de ruptura 21 y 22. Pero como se dijo antes, no se considerará adicionalmente el dispositivo de ruptura 22 ya que se asume que su acción de ruptura es exitosa. En el instante de tiempo t2, un primer límite de corriente que se encuentra ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de la línea de transmisión de energía 28, se excede, lo que lleva a la generación y envío de una señal que abre el interruptor auxiliar a los interruptores auxiliares de tanto el dispositivo original de ruptura 21 como los dispositivos de ruptura de reserva 23 y 24. Los interruptores auxiliares reciben la señal que abre el interruptor auxiliar y se abren de forma simultánea dentro de un par de microsegundos , conmutando por consiguiente su corriente respectiva a su interruptor principal correspondiente. Como ya se explicó con respecto a la Figura 8, se espera para cada uno de los tres dispositivos de ruptura 21, 23 y 24 durante un primer periodo de tiempo a partir del envío de la señal que abre el interruptor auxiliar hasta que se espere que se abra el interruptor respectivo auxiliar antes que también se abra el conmutador de alta velocidad correspondiente. Los conmutadores de alta velocidad de los dispositivos de ruptura 21, 23 y 24 todos se abren en el instante de tiempo t3. En este ejemplo, se toma una decisión de ruptura mediante los medios de detección y/o protección y una señal que abre el interruptor principal se genera y envía al interruptor principal del dispositivo de ruptura original 21 en el instante de tiempo t4 que debe recibir la señal y reaccionar de forma instantánea. Sin embargo, · el interruptor principal del dispositivo de ruptura 21 no abre y, de acuerdo con lo anterior, no se conmuta la corriente al resistor no lineal correspondiente. Este hecho se reconoce en el instante de tiempo t5, que coincide en este ejemplo con el instante de tiempo en el que el interruptor principal se tendría que abrir al final debido al alcance de IBmax- Inmediatamente una señal que abre el interruptor principal se genera y se envía a los interruptores principales de los dispositivos de ruptura de reserva 23 y 24 que se abrirán de forma instantánea. El tiempo de reacción entre el reconocimiento de una falla del interruptor en t5 y la apertura del uno o más dispositivos de ruptura de reserva en t6 solo por lo tanto se determina mediante el tiempo hasta que se abra el interruptor principal del interruptor de reserva que es extremadamente corto aquí. No obstante, se representa con un periodo tiempo algo exagerado entre t5 y t6 con el fin de explicar que el nivel de corriente que se alcanza en el instante de tiempo t6 es igual al nivel de corriente máximo IBmax lo que define que el interruptor principal sea capaz de interrumpir más un margen de reserva Imarg, es decir los interruptores principales de los dispositivos de ruptura de la Figura 6 se designan de hecho por ser capaces de interrumpir este nivel de corriente máximo incrementado ( lBmax+ Imarg) · En la Figura 7, se muestra una disposición para explicar un ejemplo de la posible interacción entre el dispositivo de ruptura 13, unos medios de control del dispositivo 36 y unos medios de control de la subestación 38, donde se asume que el dispositivo de ruptura 13 así como también otros dispositivos de ruptura son parte de una subestación que se controla por los medios de control de la subestación 38. Los medios de control de la subestación 38 tienen como señales de entrada una señal o señales 37 que proceden de un control de nivel superior y sistema de protección de la red de distribución de la línea de transmisión de energía 14 a la que pertenece, y una señal de medición de corriente tomada por un sensor de corriente 32. El sensor de corriente 32 proporciona mediciones del nivel de corriente en la línea de transmisión de energía 14. A partir de estas señales de entrada, los medios de control de la subestación 38 derivan decisiones sobre si uno o más de los dispositivos de ruptura en la subestación correspondiente se van a abrir o cerrar de nuevo. La señal de salida 37 de los medios de control de la subestación 38 es una señal que se envía a los medios de control del dispositivo 36 y que indica que el dispositivo de ruptura 13 se va abrir, lo que significa que la corriente a través del dispositivo de ruptura 13 no se va a interrumpir, independientemente de si se abre el dispositivo 13 como el dispositivo de ruptura original o como el dispositivo de ruptura de reserva. A partir de los medios de control del dispositivo 36, se envía de nuevo la siguiente información a los medios de control de la subestación: la señal 34 que indica si el dispositivo de ruptura 13 está dispuesto a, y por consiguiente es capaz de conmutar la corriente a su interruptor principal 8 antes que la decisión de ruptura real, y la señal 35 indiquen que falla el dispositivo de ruptura 13, es decir que no se puede conmutar la corriente al resistor no lineal 11. La señal 34 informa a los medios de control de la subestación 38 que son posibles tiempos de reacción muy cortos y que se pueden ajustar los algoritmos de control y protección de acuerdo con lo anterior.

A parte de señal 33, señales de entrada adicionales para los medios de control del dispositivo 36 son la señal de medición de corriente del sensor de corriente 32 y señales de indicación de corriente de los indicadores de corriente 25 y 31. El indicador de corriente 25 indica si está presente una corriente en la ramificación del conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 9 y los otros indicadores de corriente 31 indican si está presente una corriente en la ramificación del resistor no lineal 11. Los indicadores de corriente 25 y 31 no necesitan tomar una medición de corriente real; en cambio es suficiente si pueden proporcionar una respuesta si/no como respuesta a la pregunta de un flujo de corriente que está presente. Como se describió anteriormente con respecto a las Figuras 8 y 9, los medios de control del dispositivo 36 reaccionan a una medición de corriente del sensor de corriente 32 que indica que se excede el primer límite de corriente Iiim en la línea de transmisión de energía 14, y se genera la señal que abre el interruptor auxiliar y se envía a través de una conexión 41 al interruptor auxiliar 9, independientemente de la señal de entrada 33 a partir de los medios de control de la subestación 38. Después, ya sea cuando ha transcurrido el primer periodo de tiempo o, en una primera realización alternativa, cuando la medición del sensor de corriente 32 excede un segundo límite de corriente o, en una segunda realización alternativa, cuando el indicador de corriente 25 indica que la corriente se conmuta exitosamente al interruptor principal 8, es decir que ninguna corriente está presente en la ramificación del conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 9, se envía una señal de abertura a través de una conexión 39 al conmutador de alta velocidad 10.

Justo después de la señal de entrada 33 indica que el dispositivo de ruptura 13 está para interrumpir la corriente en línea de transmisión de energía 14, los medios de control del dispositivo 36 generan la señal que abre el interruptor principal y se envía a través de la conexión 40 al interruptor principal 8. En el caso que se operen los medios de control de la subestación 38, el dispositivo de ruptura 13 como el interruptor original, la señal de entrada 33 llegará con anterioridad por el intervalo de tiempo (t5-t4) (ver la Figura 9) en comparación con el caso donde se opera el dispositivo de ruptura 13 como el interruptor de reserva. Después la señal que abre el interruptor principal 40 se envía fuera, los medios de control del dispositivo 36 monitorean la señal procedente de un indicador de corriente 31. Si después de un periodo de tiempo predefinido tras enviar la señal que abre el interruptor principal no se recibe indicación de una conmutación de corriente exitosa al resistor no lineal 11, los medios de control del dispositivo 36 envían una señal 35 a los medios de control de la subestación 38 para informar a cerca de la falla del dispositivo de ruptura 13 de tal manera que los medios de control de la subestación 38 pueden activar el dispositivo de ruptura de reserva del dispositivo 13.

Si después de la abertura del conmutador de alta velocidad 10 o, alternativamente, después de la abertura del interruptor auxiliar, ha transcurrido un segundo periodo de tiempo de por ejemplo 100 ms durante el cual los medios de control del dispositivo 36 ni han recibido ninguna información a través de la señal 33 que se va a interrumpir la corriente en línea 14, los medios de control del dispositivo 36 envían señales de cierre a través de las conexiones 39 y 41 al conmutador de alta velocidad 10 y al interruptor auxiliar 9, respectivamente. Si después de la medición del sensor de corriente 32 todavía o de nuevo se excede el primer límite de corriente, se inicia de nuevo el procedimiento completo.

La Figura 10 muestra una primera y la Figura 11 muestra una segunda realización de una disposición que limita la corriente. La disposición que limita la corriente 42 en la Figura 10 se basa en primer elemento base 6 de la Figura 1 y es por lo tanto operable como un dispositivo que limita la corriente unidireccional. La disposición que limita la corriente 42 comprende una conexión en serie de varios dispositivos de ruptura 13 y se conecta en serie con una línea de transmisión de energía 44 y con un reactor que limita la corriente 12. La disposición que limita la corriente 43 de la Figura 11 se basa en el tercer elemento base 19 de la Figura 5 y es por lo tanto operable como el dispositivo que limita la corriente bidireccional . La disposición 43 comprende una conexión en serie de interruptores principales 45, cada uno comprende por lo menos un tercer elemento base 19, donde cada interruptor principal 45 tiene un resistor no lineal 11 conectado en paralelo. A través de la conexión en serie completa de los interruptores principales 45, una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad 10 y de un interruptor auxiliar 46 se conecta en paralelo, donde el interruptor auxiliar 46 comprende por lo menos un tercer elemento base 19. La disposición que limita la corriente 43 se conecta a sí misma en serie con una línea de transmisión de energía 44 y con un reactor que limita la corriente 12.

Las realizaciones adicionales de las disposiciones que limitan la corriente no mostradas pueden comprender interruptores principales así como también uno o varios interruptores auxiliares que se basan en el primer, segundo o tercer elementos base y que están dispuestos en una de las maneras mostradas en las Figuras 10 y 11. Debido a que el segundo elemento base 7 trabaja en ambas direcciones de corriente, las disposiciones que limitan la corriente correspondiente también son operables como dispositivos que limitan la corriente bidireccionales .

Se puede utilizar la disposición que limita la corriente de acuerdo con la presente invención para los mismos rangos de tensión como los dispositivos de ruptura descritos anteriormente, es decir para ambas aplicaciones de distribución de energía y transmisión de energía de alta tensión.

Se describe ahora un método para utilizar la disposición que limita la corriente de la Figura 11 con respecto a la Figura 8. Poco antes del instante de tiempo ti, se cierran los interruptores principales y auxiliares, 8 y 9, así como también el conmutador de alta velocidad 10. La corriente nominal Inominai es la que fluye a través del conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 9 mientras que los interruptores principales 8 están libres de corriente. En el instante de tiempo ti, ocurre una falla de línea en la línea de transmisión de energía 44 que resulta en un aumento continuo de la corriente I partiendo desde la corriente nominal Inominai · En el instante de tiempo t2, un primer límite de corriente Iiim, que se establece ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de la línea de transmisión de energía 44, se excede, lo que lleva a la generación y envío de una señal que abre el interruptor auxiliar al interruptor auxiliar 9. el interruptor auxiliar 9 recibe la señal que abre el interruptor auxiliar y se abre de forma instantánea dentro de un par de microsegundos , conmutando por consiguiente la corriente Iiim hacia los interruptores principales 8. A partir del envío de la señal que abre el interruptor auxiliar se espera un primer periodo de tiempo hasta que se abra definidamente el interruptor auxiliar, y luego se abre el conmutador de alta velocidad 10 que después de algún tiempo de por ejemplo 1 ms está finalmente en el estado abierto en el instante de tiempo t3. En el instante de tiempo t3, la corriente ha alcanzado un nivel de corriente intermedio 13 que se encuentra por encima del primer límite de corriente Iiim pero claramente por debajo de la corriente de ruptura máxima IBmax- A partir de la diferencia entre el nivel de corriente intermedio y el primer límite de corriente, (I3-I1Í1J , ahora se determina un número de interruptores principales 8 que se van a abrir en la disposición que limita la corriente 43, que en este ejemplo se asume que son tres de cada conjunto de seis series de interruptores principales conectados 8. De acuerdo con lo anterior, se abren tres de los interruptores principales 8, conmutando por consiguiente la corriente que fluye a través de ellos hacia los resistores no lineales correspondientes 11. Como resultado, el nivel de corriente no se incrementa adicionalmente con el mismo índice de incremento como anteriormente. En cambio, se incrementa a un índice menor o, como se representa en la Figura 8 con una línea discontinua, permanece en el nivel de corriente intermedio I3, o incluso se reduce. En el ejemplo de la Figura 8, la corriente permanece en el nivel de corriente intermedio hasta que se toma una decisión de ruptura final, es decir una decisión para interrumpir completamente la corriente en la línea de transmisión de energía 44, en el instante de tiempo t4. se puede tomar la decisión de ruptura final debido a que . la energía térmica en los resistores no lineales 11 de los interruptores principales abiertos 8 exceden un límite superior o porque un algoritmo en los medios de detección y/o protección evalúa que la falla en la línea de transmisión de energía 44 requiere tal una interrupción de corriente. De acuerdo con lo anterior, en el instante de tiempo t4, todos los interruptores principales 8 que todavía están en el estado cerrado también se abren, lo que en este ejemplo aplica a los tres interruptores principales restantes 8. La corriente se conmuta hacia sus resistores no lineales 11 correspondientes y por consiguiente se interrumpe finalmente en la línea de transmisión de energía 44. Como se hace evidente a partir de la Figura 8, la corriente que tienen los interruptores principales 8 para interrumpir es en este ejemplo el nivel de corriente intermedio 13, que es considerablemente más pequeña que la corriente de ruptura máxima IBraax- Asumiendo el caso más grave donde el nivel de corriente se aumenta adicionalmente a pesar de la abertura de los tres primeros interruptores principales. Debido a la abertura de algunos de los interruptores principales 8, ocurre este incremento por lo menos a un índice menor comparado con el uso del dispositivo de ruptura puro 13 (o 17) . Esto significa que cuando se alcanza el periodo de tiempo máximo requerido para el algoritmo de los medios de detección y/o protección llegue a ser una decisión de ruptura confiable, lo cual está diseñado aquí para expirar en t5, el nivel de corriente que tendrían los interruptores principales restantes 8 para interrumpir se cualquier caso se encuentra por debajo de la corriente de ruptura máximo iBmax de un dispositivo de ruptura puro. De acuerdo con lo anterior, los interruptores principales 8 se pueden diseñar para una corriente de ruptura máxima menor Ismax, ue reduce considerablemente sus costes.

La subestación de la Figura 12 es en algunos aspectos similar a la subestación de la Figura 6. Un convertidor HVDC 30 y cuatro líneas de transmisión de energía de CC 26-29 de una red de distribución de CC . Una diferencia es que los dispositivos de ruptura que se conectan directamente a las líneas 26 y 29 están la Figura 12 cada uno se reemplaza por una disposición que limita la corriente bidireccional 43 de acuerdo con la Figura 11. La disposiciones que limitan la corriente se referencian por los números 43', 43" y 43" ' . Adicionalmente, en serie con cada uno de los dispositivos de ruptura conectados directamente a las líneas 27 y 28, se conecta un resistor de pre- inserción 47, y en paralelo con cada resistor de pre-inserción 47, se conecta un conmutador de paso 48. Bajo operación normal, el conmutador de paso 48 se cierra, como se muestra para el conmutador de paso que corresponde al dispositivo de ruptura 21, con el fin de desconectar el resistor de pre-inserción respectivo y por lo consiguiente evita pérdidas innecesarias. Los dispositivos de ruptura 21, 22 y 49 que se conectan directamente a las líneas 27 y 28 así como también los dispositivos de ruptura 23 y 50 que se conectan directamente al convertidor HVDC 30 son todos del tipo bidireccional que se basan en el tercer elemento base 19.

Se asume que la línea 27 primero se desenergiza y se desconecta de todas las otras líneas energizadas 26, 28 y 29 y del convertidor HVDC 30 mediante dispositivos de ruptura 22 y 49 que están en el estado abierto. En la alternativa, la línea 27 se puede precargar a un nivel de tensión diferente de aquellas otras líneas 26, 28 y 29. Con el fin de acoplar la línea 27 al resto de la red y por consiguiente energizarla, se cierran los dispositivos de ruptura 49 y 22 al cerrar sus interruptores principales, conmutadores de alta velocidad e interruptores auxiliares. Al mismo tiempo, los conmutadores de paso 48 de los resistores de pre-inserción 47 que corresponden a los dispositivos de ruptura 22 y 49 se abren de tal manera que se limitan las corrientes de sobrecarga momentáneas que se pueden precipitar en la línea 27 del lado izquierdo y derecho de la subestación. Después que se acopla la línea 27 exitosamente a las otras líneas, se cierran de nuevo los conmutadores de paso 48.

La necesidad de tener resistores de pre-inserción y conmutadores de paso conectados en serie con cada dispositivo de ruptura se puede evitar al reemplazar los dispositivos de ruptura por cualquiera de las disposiciones que limitan la corriente descritas anteriormente, donde la disposiciones que limitan la corriente se hacen cargo de las funciones del dispositivo de ruptura y el resistor de pre-inserción y agregan funciones ventajosas adicionales como se describió anteriormente. En la Figura 12, se asume ahora que la línea 26 primero se desenergiza. En la alternativa, la línea 26 se puede precargar a un nivel de tensión diferente de aquel de las otras líneas 27, 28 y 29. La línea 26 se desconecta de todas las otras líneas energizadas 27, 28 y 29 y del convertidor HVDC 30 mediante disposiciones que limitan la corriente 43' y 43" que están en el estado abierto. Con el fin de acoplar la línea 26 al resto de la red y por lo tanto energizarla, se cierran disposiciones que limitan la corriente 43' y 43" en parte solo al cerrar una parte de sus interruptores principales 45 y al mantener los otros interruptores principales 45, el conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 46 abiertos. La corriente de sobrecarga momentánea or consiguiente se limita a través de los resistores no lineales que corresponden a la parte de los interruptores principales 45 que se mantienen abiertos. Después que se acopla la línea 26 exitosamente a las otras líneas, se cierran los otros interruptores principales 45, el conmutador de alta velocidad 10 y el interruptor auxiliar 46 de las disposiciones que limitan la corriente 43' y 43" de tal manera que la corriente en estas disposiciones que limitan la corriente se conmuta al conmutador de alta velocidad y a los interruptores auxiliares. Después, se pueden abrir de nuevo todos los interruptores principales 45.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN. Habiéndose descrito la invención como antecedente, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. El dispositivo (13, 17) para interrumpir una corriente continua eléctrica que fluye a través de una linea de transmisión o distribución de energía (14) que comprende una conexión en paralelo de un interruptor principal (8, 15) y un resistor no lineal (11), el interruptor principal (8, 15) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de una primera dirección de corriente (4) , en donde el dispositivo comprende adicionalmente una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad (10) que comprende por lo menos un conmutador mecánico y un interruptor auxiliar (9, 16) , el interruptor auxiliar (9, 16) tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal (8, 15) y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4) , donde la conexión en serie se conecta en paralelo a la conexión en paralelo; y el dispositivo se adapta para abrir el interruptor auxiliar luego del recibo de de una señal auxiliar del interruptor antes de que se haya tomado una decisión para abrir el interruptor principal.

2. La disposición que limita la corriente (42) comprende por lo menos dos de los dispositivos (13) de acuerdo con la reivindicación 1 conectados en serie entre si y en serie con una ruta de corriente a través de una línea de transmisión o distribución de energía (44), donde la disposición (42) se adapta para operar un primer cierto número de por lo menos dos dispositivos (13) de tal manera que una corriente a través de los conmutadores de alta velocidad (10) e interruptores auxiliares (9) de por lo menos dos dispositivos (13) se conmuta hacia los resistores no lineales respectivos (11) en el caso que la corriente en la ruta de corriente exceda un límite de sobrecorriente .

3. La disposición que limita la corriente (43) conectada en serie con una ruta de corriente a través de una línea de transmisión o distribución de energía (44) y que comprende por lo menos dos conexiones paralelas de un interruptor principal (45) y un resistor no lineal (11) , donde las conexiones paralelas se conectan en serie entre si y donde los interruptores principales (45) cada uno comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1, 3) de la misma dirección o direcciones de corriente (4, 5) , y una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad (10) y de un interruptor auxiliar (46) , donde el conmutador de alta velocidad (10) comprende por lo menos un conmutador mecánico y donde el interruptor auxiliar (46) tiene una resistencia de encendido más pequeña que cualquiera de los interruptores principales (45) y que comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1, 3) de la misma dirección o direcciones de corriente (4, 5) como por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1, 3) de los interruptores principales (45) , en donde la conexión en serie se conecta en paralelo a por lo menos dos conexiones paralelas, la disposición (43) se adapta para operar el conmutador de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (46) así como también un primer cierto número de por lo menos dos conexiones paralelas de tal manera que una corriente a través del conmutador de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (46) se conmuta hacia los resistores no lineales respectivos (11) del primer cierto número de por lo menos dos conexiones paralelas en el caso que la corriente en la ruta de corriente excede un límite de sobrecorriente, y la disposición que limita la corriente se adapta para abrir el interruptor auxiliar luego del recibo de una señal auxiliar del interruptor antes de que se haya tomado una decisión para abrir un interruptor principal.

4. El dispositivo (13, 17) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el interruptor principal (8, 15) tiene un mayor capacidad de bloqueo de tensión nominal que el interruptor auxiliar (9, 16) .

5. El dispositivo (13, 17) de acuerdo con la reivindicación 4, donde • el interruptor principal (8, 15) comprende por lo menos dos conmutadores semiconductores de energía conectados en serie (1) de la primera dirección de corriente (4) , • el interruptor auxiliar (9, 16) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4) que tiene la misma capacidad de bloqueo de tensión como los conmutadores semiconductores de energía (1) del interruptor principal (8, 15), y • el interruptor principal (8, 15) siempre comprende un número mayor de conmutadores semiconductores de energía (1) que el interruptor auxiliar (9, 16).

6. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el interruptor principal y/o el interruptor auxiliar comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía adicional (1) de la primera dirección de corriente (4) conectado en paralelo con por lo menos un conmutador semiconductor de energía de la primera dirección de corriente.

7. El dispositivo (17) de acuerdo con cualquiera de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el interruptor principal (8, 15) y el interruptor auxiliar (9, 16) comprenden por lo menos un conmutador semiconductor de energía (3) conectado en paralelo a por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4) y que es de una segunda dirección de corriente (5) .

8. El dispositivo (13) de acuerdo con cualquiera de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el interruptor principal y el interruptor auxiliar cada uno comprenden por lo menos un diodo de rueda libre (2) , cada diodo de rueda libre (2) se conecta en forma anti-paralela a uno de por lo menos uno de los conmutadores semiconductores de energía (1) de la primera dirección de corriente (4 ) .

9. El dispositivo (21-24) de acuerdo con la reivindicación 8, donde el interruptor principal y el interruptor auxiliar cada uno comprenden por lo menos un conmutador semiconductor de energía (3) de una segunda dirección de corriente (5) que tiene un diodo de rueda libre (18) en conexión anti-paralela con el mismo y que se conecta en serie con por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente ( 4 ) .

10. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores adaptado para, en el caso en que se haya recibido una señal auxiliar del interruptor y no se reciba la señal que abre el interruptor principal (40) dentro de un periodo de tiempo desde la abertura del interruptor auxiliar (9, 16) o desde la abertura del conmutador de alta velocidad (10) , se cierra de nuevo el conmutador de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (9, 16) .

11. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente unos medios de control del dispositivo (36) que tiene: una primera entrada adaptada para recibir una medición de corriente desde un sensor de corriente (32) adaptado para medir la corriente en la línea (14) , y una segunda entrada adaptada para recibir una señal que indica que el dispositivo se va a abrir, en donde los medios de control del dispositivo se adaptan para generar una señal auxiliar del interruptor en repuesta a una medición de corriente recibida que indica que se excede un primer límite de corriente en la línea de transmisión de energía; y los medios de control del dispositivo se adapta adicionalmente para generar una señal que abre el interruptor principal luego del recibo de una señal que indica que se va a abrir el dispositivo.

12. Una subestación para conectar un convertidor HVDC (30) a un conjunto de líneas de transmisión (26, 27, 28, 29) en donde, para cada línea de transmisión, la subestación comprende dispositivos originales de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y dispositivos de reserva de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, la subestación comprende adicionalmente : unos medios de dirección de corriente (32) adaptados para generar una señal de medición de corriente indicadora del nivel de corriente en una primera línea de transmisión; y la subestación se dispone de tal manera que, en respuesta a la señal de medición de corriente de la primera línea de transmisión que ha excedido un límite de corriente, una señal que abre el interruptor auxiliar se genera y envía a los dispositivos originales y los dispositivos de reserva de dicha primera línea de transmisión, antes de que se haya tomado una decisión para abrir el interruptor principal de los dispositivos originales de dicha primera línea de transmisión.

13. El método para utilizar un dispositivo para interrumpir una corriente continua eléctrica que fluye a través de una línea de transmisión o distribución de energía (14), el dispositivo comprende: una conexión en paralelo de un interruptor principal (8, 15) y un resistor no lineal (11) , el interruptor principal (8, 15) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de una primera dirección de corriente (4) , y una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad (10) que comprende por lo menos un conmutador mecánico y un interruptor auxiliar (9, 16) , el interruptor auxiliar (9, 16) tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal (8, 15) y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4), en donde la conexión en serie se conecta en paralelo a la conexión en paralelo, y el dispositivo (13, 17; 21) se conecta en serie a una ruta de corriente pasando una línea de transmisión o distribución de energía (14; 28) y donde se cierran el interruptor auxiliar (9, 16) y el conmutador de alta velocidad (10) del dispositivo, el método comprende las etapas de • cerrar el interruptor principal (8, 15), • abrir el interruptor auxiliar (9, 16) si se recibe una señal que abre el interruptor auxiliar (41) , conmutando por consiguiente la corriente al interruptor principal (8, 15) • después abrir el conmutador de alta velocidad (10) , • después abrir el interruptor principal (8, 15) si se recibe una señal que abre el interruptor principal (40) conmutando por consiguiente la corriente al resistor no lineal (11) , en donde se realiza la abertura del interruptor auxiliar antes de que se haya tomado decisión para abrir el interruptor principal .

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13 para utilizar una primera disposición que limita la corriente (42), comprende por lo menos dos dispositivos de interruptor (13) conectados en serie entre si y en serie con una ruta de corriente a través de la línea de transmisión o distribución de energía (44), en donde un interruptor dispositivo comprende una conexión en paralelo de un interruptor principal (8, 15) y un resistor no lineal (11), el interruptor principal (8, 15) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de una primera dirección de corriente (4) , una conexión en serie de un interruptor auxiliar (9, 16) y un conmutador de alta velocidad (10) comprende por lo menos un conmutador mecánico, el interruptor auxiliar (9, 16) tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal (8, 15) y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4) , en donde la conexión en serie del interruptor auxiliar y el conmutador de alta velocidad se conecta en paralelo a la conexión en paralelo, el método comprende en el caso que una corriente en la ruta de corriente exceda un límite de sobrecorriente , un primer cierto número de por lo menos dos dispositivos (13) de tal manera que la corriente se conmuta hacia los resistores no lineales respectivos (11) , en donde se realiza la abertura de los interruptores auxiliares antes e que se haya tomado una decisión para abrir los interruptores principales .

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, donde se determina el primer cierto número que depende de hasta qué punto se excede el límite de sobrecorriente .

16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-15, donde se monitorea la energía térmica en los resistores no lineales (11) que corresponde a interruptores principales abiertos (8, 45) y en el caso que se exceda un primer límite de energía predefinido, los interruptores principales abiertos (8, 45) se cierran de nuevo y se abre un mismo primer cierto número de los interruptores principales (8) , que han estado previamente en el estado cerrado.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, donde • el esfuerzo de corriente de por lo menos un resistor no lineal (11) de la disposición que limita la corriente respectiva (42, 43) se determina y almacena en un dispositivo de memoria, • la vida útil esperada de por lo menos un resistor no lineal (11) se determina a partir del esfuerzo de corriente determinado y • se selecciona el primer cierto número de los interruptores principales (8, 45) de la primera disposición que limita la corriente (42) o de la segunda disposición que limita la corriente (43) , respectivamente, que sean de capaces de ser abiertas de tal manera que se incrementa la vida útil esperada de por lo menos un resistor no lineal (11) .

18. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-17, donde en el caso que se tome una decisión para interrumpir la corriente en la ruta de corriente, se operan todos los dispositivos restantes (13) de la primera disposición que limita la corriente (42) que todavía están cerrados, o se abren todos los interruptores principales restantes (45) de la segunda disposición que limita la corriente (43), respectivamente, de tal manera que la corriente en la ruta de corriente se conmuta hacia todos los resistores no lineales (11) de la disposición que limita la corriente respectiva (42, 43) .

19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, donde se toma la decisión para interrumpir la corriente en la ruta de corriente si la energía térmica en por lo menos uno de los resistores no lineales (11) de la disposición que limita la corriente respectiva (42, 43) excede un segundo límite de energía predefinido.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 18, donde se toma la decisión para interrumpir la corriente en la ruta de corriente si se excede un tercer límite de corriente, donde el tercer límite de corriente es el nivel de corriente máximo (Iemax) 1° cpae define que los interruptores principales (8, 45) de la disposición que limita la corriente respectiva (42, 43) sean capaces de interrupción .

21 El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-20, donde la línea dé transmisión o distribución de energía (26) está primero en un estado desenergizado o está primero en un estado precargado a un nivel de tensión diferente de aquel de por lo menos otra línea de transmisión o distribución de energía (27-29) que está en un estado energizado, y la primera o segunda disposición que limita la corriente, respectivamente, está en el estado abierto, comprende las etapas de cerrar una parte de los interruptores principales (8, 45) de la primera o segunda disposición que limita la corriente y manteniendo abierta la otra parte de los interruptores principales (8, 45) así como también el conmutador o conmutadores de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (46) o interruptores (9) mientras que se acopla la línea de transmisión o distribución de energía (26) a por lo menos otra línea de transmisión o distribución de energía (27-29) , y, después del acoplamiento exitoso, cerrar la otra parte de los interruptores principales (8, 45), el conmutador o conmutadores de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (46) o interruptores (9) .

22. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-21, donde una señal que abre el interruptor auxiliar (41) se genera, envía y recibe de forma inmediata después de que la corriente excede un primer límite de corriente (ti) .

23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, donde el primer límite de corriente (Inm) se define ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de la línea o ligeramente por encima de la corriente térmica nominal de una estación convertidora conectada a la línea.

24. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-23, donde se abre el conmutador de alta velocidad (10) cuando ha transcurrido un primer periodo de tiempo desde la abertura del interruptor auxiliar (9, 16) .

25. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-24, donde se abre el conmutador de alta velocidad (10) cuando la corriente excede un segundo límite de corriente.

26. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-25, donde se abre el conmutador de alta velocidad (10) cuando se recibe una señal (25) que indica que la corriente se ha conmutado exitosamente al interruptor principal (8, 15) .

27. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-26, donde una señal que abre el interruptor principal (40) se genera, envía y recibe si ocurre una falla en la línea (14, 28) y/o en un dispositivo eléctrico adicional conectado a la línea (t4) .

28. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-27, donde en el caso que no se reciba señal que abre el interruptor principal (40) dentro de un segundo periodo de tiempo desde la abertura del interruptor auxiliar (9, 16) o desde la abertura del conmutador de alta velocidad (10) , el conmutador de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar (9, 16) se cierran de nuevo.

29. El método de acuerdo con reivindicaciones 28, donde en el caso que después del cierre del conmutador de alta velocidad (10) y del interruptor auxiliar (9, 16) la señal que abre el interruptor auxiliar (41) todavía se reciba o se reciba de nuevo, primero se abre el interruptor auxiliar (9, 16), después se abre el conmutador de alta velocidad (10) y después se abre el interruptor principal (8, 15) si se recibe la señal que abre el interruptor principal (40) .

30. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-29, donde en la ausencia de una señal que abre el interruptor auxiliar (41) y de una señal que abre el interruptor principal (40) , se abre el interruptor principal (8, 15), se prueba la operabilidad de por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1, 3) y, si está presente, de por lo menos un diodo de rueda libre, y se cierra de nuevo el interruptor principal (8, 15).

31. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-29, donde en la ausencia de una señal que abre el interruptor auxiliar (41) y de una señal que abre el interruptor principal (40) , se realizan las siguientes etapas: • abrir el interruptor auxiliar (9, 16) , conmutando por consiguiente la corriente al interruptor principal (8, 15), • después abrir el conmutador de alta velocidad (10) , probando por consiguiente la operabilidad del conmutador de alta velocidad (10), • después probar la operabilidad de por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1, 3) y, si está presente, de por lo menos un diodo de rueda libre del interruptor auxiliar (9, 16), • después de probar exitosamente, cerrar de nuevo el conmutador de alta velocidad (10) y el interruptor auxiliar ( 9 , 16 ) .

32. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-30, donde un dispositivo adicional (23, 24) se conecta a la misma ruta de corriente como la línea de transmisión o distribución de energía (28) , el dispositivo adicional comprende una conexión en paralelo de un interruptor principal (8, 15) y un resistor no lineal (11), el interruptor principal (8, 15) comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de una primera dirección de corriente (4) , y una conexión en serie de un conmutador de alta velocidad (10) que comprende por lo menos un conmutador mecánico y un interruptor auxiliar (9, 16), el interruptor auxiliar (9, 16) tiene una resistencia de encendido más pequeña que el interruptor principal (8, 15) y comprende por lo menos un conmutador semiconductor de energía (1) de la primera dirección de corriente (4) , en donde la conexión en serie se conecta en paralelo a la conexión en paralelo, el método comprende, en el caso que se reciba la señal que abre el interruptor auxiliar (41) para el dispositivo (21) , las siguientes etapas adicionales: • abrir primero el interruptor auxiliar en el dispositivo adicional (23, 24), • después abrir el conmutador de alta velocidad en el dispositivo adicional (23, 24), • si en el dispositivo (21) la corriente no se conmuta exitosamente al resistor no lineal, abrir en el dispositivo adicional (23, 24) el interruptor principal, o • si en el dispositivo (21) la corriente se conmuta exitosamente al resistor no lineal, cerrar el conmutador de alta velocidad y el interruptor auxiliar en el dispositivo adicional (23, 24).

33. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 15-31, en donde Se realiza la abertura del interruptor auxiliar antes de que se haya tomado una decisión para abrir el primer número de interruptores principales .