MXPA01002369A - Interruptor de circuito que comprende un transformador de corriente con un hueco de aire parcial.. - Google Patents

Interruptor de circuito que comprende un transformador de corriente con un hueco de aire parcial..

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Abstract

Una unidad de interruptor de circuito que tiene una unidad de desconexion electronica usada para detectar una condicion de sobrecorriente en un circuito electrico protegido. La unidad de desconexion electronica esta conectada en forma electrica con un transformador de corriente usado para detectar la corriente electrica y proporcionar energia de operacion a la unidad de desconexion electronica. El transformador de corriente comprende un nucleo metalico que tiene una superficie superior y una superficie inferior, en donde la diferencia entre las superficies superior e inferior define la altura del nucleo. El nucleo tiene una abertura concentrica que se extiende a traves de la altura de manera que la distancia entre el punto externo en la abertura concentrica y el punto externo mas cercano del nucleo, define el espesor del nucleo en ese punto. Pasando a traves de la abertura del nucleo, se encuentra un arrollamiento primario y rodeando el espesor del nucleo se encuentra un arrollamiento secundario. Para optimizar el uso del transformador de corriente, se anade un hueco parcial de aire al nucleo de metal, de manera que el intervalo de operacion se mejora mientras que se reduce al minimo la atenuacion de remanencia.

Description

INTERRUPTOR DE CIRCUITO QUE COMPRENDE UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE CON UN HUECO DE AIRE PARCIAL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con transformadores de corriente y más específicamente, a transformadores de corriente para usarse en interruptores de circuito. Los dispositivos convencionales interruptores de corriente con unidades de desconexión electrónica, típicamente incluyen un transformador de corriente dispuesto alrededor de un conductor en línea de un sistema de distribución, el cual proporciona la energía eléctrica a una carga. El transformador de corriente tiene un arrollamiento secundario de múltiples vueltas conectado eléctricamente con la unidad de desconexión electrónica del interruptor de circuito. El arrollamiento secundario se utiliza para detectar una sobrecarga o desequilibrio de corriente en los conductores en línea, antes mencionados, y en respuesta a esto, proporcionan una señal de salida proporcional a la sobrecarga o desequilibrio de corriente a la unidad de desconexión. Al recibir la señal, la unidad de desconexión inicia la interrupción de la corriente suministrada a la carga a través de los conductores en línea. El arrollamiento secundario puede también usarse para proporcionar una energía operativa a (os componentes electrónicos de la unidad de desconexión electrónica del interruptor de circuito. En forma operativa, la corriente de carga en un interruptor de circuito puede cubrir un intervalo muy amplio. Desafortunadamente, los materiales magnéticos disponibles comúnmente para el núcleo del transformador de corriente limitan el intervalo dinámico del dispositivo detector. La densidad pico de flujo es un factor limitante en el extremo superior del intervalo dinámico, mientras que la pérdida de núcleo/permeabilidad declinante es una limitante en el extremo inferior. Para un material del núcleo determinado y la precisión necesaria, estos parámetros limitan el intervalo de operación del transformador de corriente. Mientras que el intervalo dinámico se puede extender al aumentar el volumen del material del núcleo y/o las vueltas del arrollamiento secundario, estas soluciones aumentan el tamaño del transformador de corriente, lo cual representa con frecuencia, un problema. Con frecuencia, se utiliza un transformador de corriente toroidal que tiene un núcleo en la forma de un toroide. Un núcleo toroidal, continuo proporciona un intervalo completo dinámico. Sin embargo, el uso de este tipo de núcleo en un transformador de corriente para usarse- con una unidad de desconexión no es ideal. Una unidad de desconexión se requiere para encender y desconectar en la primera mitad de un ciclo. Por lo tanto, es necesario que la salida de corriente del transformador de corriente tenga una primera mitad de ciclo de tamaño uniforme. En otras palabras, es necesario emplear un transformador de corriente que emita corriente con una mínima atenuación. Mientras que un transformador de corriente con un núcleo toroidal, continuo proporcionaría el intervalo completo dinámico deseable de las corrientes de operación, tal transformador de corriente también proporcionaría una atenuación de remanencia importante, indeseable. La remanencia es la densidad de flujo que permanece en el núcleo después de que ha cesado la fuerza magnetizante. Debido a que la atenuación de remanencia importante asociada con un núcleo toroidal, continuo, el uso de un transformador de corriente con tal ángulo es menos que ideal. Para reducir el nivel de remanencia, se puede añadir el intervalo de aire al núcleo magnético al retirar una sección del núcleo magnético, de este modo creando un núcleo con forma de "C". Sin embargo, cuando se hace esto, el hueco de aire disminuye el nivel al cual se lleva a cabo la saturación del núcleo y de esta manera reduce el límite de corriente al cual puede operar el transformador de corriente. Otro transformador de corriente comúnmente usado tiene un núcleo hecho de laminas apiladas. Para evitar que el núcleo se sature con niveles más altos de corriente, se utilizan láminas muy caras de acero magnético. Estas láminas tienen las dimensiones para permitir la detección de corriente de cortos circuito sin provocar que el núcleo se sature. Un transformador de corriente con un núcleo laminado, apilado transmite muy poca atenuación de remanencia, pero su uso no es el ideal debido que tiene un rango limitado de operación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modalidad ejemplificativa de la invención, un transformador de corriente usado para detectar la corriente eléctrica y para proporcionar energía operativa a la unidad de desconexión electrónica incluye un núcleo metálico que tiene una superficie superior y una superficie inferior, en donde la diferencia entre las superficies superior e inferior define la altura del núcleo. El núcleo tiene una abertura concéntrica extendida a través de la altura, de manera que la distancia plana entre el punto externo de la abertura concéntrica y el punto externo más cercano al núcleo, define el espesor del núcleo en ese punto. Un arrollamiento primario pasa a través de la abertura. Un arrollamiento secundario también se extiende a través de la abertura y abarca el espesor del núcleo. Un hueco parcial de aire se ubica en el núcleo metálico. Esta construcción cuenta con ciertas ventajas sobre la técnica previa. El uso del hueco de aire reduce a atenuación mientras que mantiene un máximo rango de operación. El tamaño del hueco parcial de aire se puede predeterminar para optimizar la funcionalidad del transformador de corriente, al reducir al mínimo la atenuación de remanencia, y al mismo tiempo obtiene el máximo del rango operativo de corriente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con referencia ahora a los dibujos, en donde los elementos idénticos están numerados en la misma forma a través de las diferentes Figuras: la Figura 1 es uña vista en perspectiva superior de un interruptor de circuito, el cual comprende un transformador de corriente con núcleo toroidal con un hueco parcial de la presente invención; la Figura 2 es una vista en perspectiva de un transformador de corriente con núcleo toroidal de la técnica previa; la Figura 3 es una vista en perspectiva de un transformador de corriente con núcleo toroidal de la técnica previa; la Figura 4 es una vista en perspectiva de un transformador de corriente con núcleo toroidal con hueco parcial de la presente invención; la Figura 5 es una vista superior de un núcleo toroidal con hueco parcial de la Figura 4; la Figura 6 es una vista en sección de un núcleo toroidal con hueco parcial tomada a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5; la Figura 7 es una vista en perspectiva de una primera modalidad alternativa de un núcleo toroidal con hueco parcial de la presente invención; la Figura 8 es una vista en perspectiva de una segunda modalidad alternativa de un núcleo toroidal con hueco parcial de ia presente invención; la Figura 9 es una vista en perspectiva de una tercera modalidad alternativa de un núcleo toroidal con hueco parcial de la presente invención; la Figura 10 es una vista en perspectiva de una cuarta modalidad alternativa de un núcleo toroidal con hueco parcial de la presente invención; y la Figura 11 es una vista en perspectiva de una quinta modalidad alternativa de un núcleo toroidal con hueco parcial de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA En la Figura 1 se muestra un interruptor 10 de circuito del tipo que consiste de una cubierta 12 moldeada de plástico, asegurada a una caja 14 moldeada de plástico. El interruptor 10 de circuito también comprende una cubierta 16 adicional y una manija 18 de operación a la que se puede tener acceso desde el exterior, controla en forma manual la condición de abertura y cierre de un contacto 20 móvil con relación a un contacto 22 fijo a través del mecanismo de operación del interruptor de circuito (no mostrado). Cuando está abierto, los contactos 20, 22 interrumpen el flujo de corriente mediante una unidad 24 de desconexión electrónica ubicada dentro de la cubierta 12 del interruptor de circuito. La corriente eléctrica dentro del circuito de distribución se muestrea mediante un transformador 38 de corriente arreglado alrededor de un apareamiento 28 de carga, el cual forma una conexión con un circuito de distribución eléctrica externo (no mostrado). Una unidad 24 de desconexión electrónica, montada debajo de la cubierta 16 adicional, está arreglada para recibir la corriente muestreada desde ei transformador 38 de corriente. Cuando la corriente muestreada indica una condición de sobrecorriente en el circuito de distribución eléctrica, la unidad 24 de desconexión electrónica proporciona una señal de desconexión a un accionador electromecánico (no mostrado). En respuesta a la señal de desconexión, el accionador electromecánico desasegura el mecanismo de operación del interruptor de circuito. Una vez sin seguro, ei mecanismo de operación abre los contactos 20 y 22, interrumpiendo, de esta manera, el flujo de corriente a través del circuito de distribución eléctrica y protegiendo el circuito de distribución de daños debidos a la condición de sobrecorriente. La operación del interruptor 10 de circuito se conoce dentro de la técnica. Para facilidad de ilustración, la Figura 1 muestra un transformador 38 de corriente, sin embargo se debe apreciar que en un sistema de distribución eléctrica de múltiples fases, solamente hay un transformador de corriente para cada fase. El transformador 38 de corriente proporciona tanto la potencia de operación así como el muestreo de corriente a la unidad 24 de desconexión electrónica. La Figura 2 muestra un transformador 26 de corriente de la técnica previa. Convencionalmente, cuando se necesita un transformador de corriente para medir una corriente de carga con un intervalo dinámico muy amplio, con frecuencia se utiliza el transformador 26 que tiene un núcleo 30 toroidal, como se muestra en la Figura 2. El núcleo 30 toroidal del transformador 26 de corriente está formado convencionalmente, de acero magnético enrollado de cinta. Los materiales deseables para los núcleos del transformador son aquéllos que tienen una alta densidad de flujo y mantienen una elevación de temperatura dentro de los límites deseables. Una vez que el núcleo se enrolla adecuadamente, se suelda por puntos y se recubre con un material de acabado para mantenerlo unido. Con referencia a la Figura 2 de la técnica previa, el núcleo 30 del transformador 26 de corriente rodea el apareamiento 28 de carga, el cual también sirve como un arrollamiento primario, y un arrollamiento 32 secundario se encuentra encerrando el núcleo 30. El transformador 26 de corriente que tiene el núcleo 30 en forma de toroide, tiene la capacidad para operar cuando la corriente de carga cubre un rango dinámico muy amplio, sin embargo, los efectos de la atenuación de remanencia será importante. En un intento para reducir la atenuación de remanencia, un hueco 34 de aire se añade al núcleo 30 para formar un núcleo 36 con hueco, como se muestra en la Figura 3 de la técnica previa. El material usado para construir el núcleo 30 tiene una histéresis o circuito B-H, que define la densidad de flujo del material, la fuerza coercitiva, la cantidad de nivel de accionamiento requerido para saturar al núcleo y la permeabilidad. Al añadir un hueco 34 de aire al núcleo 30 del circuito B-H se esquilea, lo cual reduce el flujo y permite un control más hermético de la remanencia. Al añadir el hueco 32 de aire ayuda a reducir la cantidad de atenuación de remanencia, sin embargo, el hueco 32 de aire disminuye el nivel al cual toma lugar la saturación del núcleo 36 con hueco, lo que reduce el límite al cual puede operar el transformador 26 de corriente. Con referencia a la Figura 4, un transformador 38 de corriente de la presente invención incluye un apareamiento de carga o arrollamiento 28 primario encerrado por un núcleo 40 con hueco parcial, que se forma al añadir un hueco 42 parcial en el núcleo 30. Al rodear el núcleo 40 con hueco parcial es el arrollamiento 32 secundario. Como en la técnica previa, el núcleo 40 toroidal de la presente invención está formado convencionalmente de acero magnético enrollado de cinta, con los materiales deseables para que los núcleos transformadores los incluyen tengan una alta densidad de flujo y mantengan la elevación de temperatura dentro de los límites deseables. Una vez que el núcleo 40 está enrollado adecuadamente, se suelda por puntos y se recubre con un material de acabado. Con referencia a las Figuras 5 y 6, el núcleo 40 con hueco parcial comprende un diámetro 44 externo y un diámetro 46 interno, en donde la mitad de ia diferencia entre el diámetro 44 externo y el diámetro 46 interno define el espesor 48 del núcleo 40 con hueco parcial. Adicionalmente, el núcleo 40 con hueco parcial comprende una superficie 50 superior y una superficie 52 inferior, en donde la diferencia entre las dos, define la altura 54 del núcleo 40 con hueco parcial. Un ancho 56 del hueco 42 de aire parcial está definido como la abertura en el espesor 48 del núcleo 40. El tamaño del hueco 42 parcial de aire puede variar, dependiendo de la optimización deseada del transformador 38 de corriente. En caso de que la preocupación principal sea el rango de operación del transformador de corriente, entonces se puede utilizar un hueco 42 parcial de aire más pequeño. Sin embargo, si la preocupación primordial es reducir la atenuación de remanencia, se puede utilizar un hueco 42 parcial de aire más grande. En la modalidad mostrada, el hueco 42 parcial de aire se extiende a través del espesor total 48 del núcleo 40 y tiene un ancho 56 de aproximadamente 0.0254 centímetros y una altura 55 de aproximadamente 3/4 de la altura 54. De preferencia, el ancho 56 está dentro del intervalo de 0.0254 a 0.0508 centímetros y la altura 55 está entre 1/3 a 3/4 de la altura 54. El ancho 56 y ia altura 55 pueden variar dependiendo de la aplicación deseada para el transformador 38 de corriente. Las Figuras 4 a la 6, muestran el núcleo 40 con hueco parcial como un núcleo tipo toroidal con un hueco 42 parcial de aire orientado en una superficie 50 superior del núcleo 40 con hueco parcial. Se debe apreciar que se pueden utilizar otras clases de núcleos y el hueco 42 parcial de aire puede estar orientado diferente en el núcleo 40 con hueco parcial, algunos ejemplos de las posibles orientaciones del hueco 42 parcial de aire se muestran en las Figuras 7 a la 11. La Figura 7 muestra el hueco 42 parcial de aire orientado en la II superficie 52 inferior del núcleo 40 con hueco parcial extendido a través del espesor 48 total del núcleo 40 y parcialmente a través de la altura 54 del núcleo 40. La Figura 8 muestra el hueco 42 parcial de aire orientado en el diámetro 44 externa del núcleo 40, extendido a través de la altura 54 total del núcleo 40 y parcialmente a través del espesor 48 del núcleo 40. La Figura 9 muestra el hueco 42 parcial de aire orientado en el diámetro 46 interno del núcleo 40, extendido a través de la altura 54 total del núcleo 40 y parcialmente a través del espesor 48 del núcleo 40. La Figura 10 muestra el hueco 42 parcial de aire angulado a través del núcleo 40, originando en el punto en el diámetro interno de la superficie superior y terminando en el punto en el diámetro externo de la superficie inferior. Finalmente, la Figura 11 muestra el hueco 42 parcial de aire angulado a través del núcleo 40 originando en el punto en el diámetro externo de la superficie superior y terminando en el punto en ei diámetro interno de la superficie inferior. Al utilizar un núcleo 40 con hueco parcial del transformador 38 de corriente optimiza tanto el intervalo dinámico de operación de la corriente de carga como la atenuación de remanencia. Esto significa que el intervalo dinámico de operación de la corriente de carga se mejora, mientras que se reduce al mínimo la cantidad de atenuación de remanencia. El hueco 42 parcial de aire mantiene una porción del núcleo 40 de magnetizarse, lo cual reduce al mínimo los efectos de remanencia. El intervalo es una función del área en sección transversal, un hueco 34 completo de aire como se muestra en la Figura 3, dispone un trayecto una alta impedancia magnética en el núcleo 36 y provoca que el transformador 26 de corriente se sature a un menor nivel. Cuando un hueco 42 parcial de aire dispone cierta impedancia, pero la impedancia es lo suficientemente pequeña como para no provocar una disminución importante del nivel de saturación.
Se deberá entender que las personas experimentadas en la técnica pueden realizar modificaciones a la modalidad preferida mostrada en la presente, dentro del alcance y propósito de las reivindicaciones. Mientras que la presente invención ha sido descrita en funcionamiento en una modalidad específica de la misma, no se tiene la intención de estar limitada por la misma, sino de cubrir la invención ampliamente dentro del alcance y espíritu de las reivindicaciones.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un transformador de corriente utilizado para detectar una corriente eléctrica y proporcionar energía de operación a una unidad de desconexión electrónica, el cual comprende: un núcleo metálico que tiene una superficie superior y una superficie inferior, en donde la diferencia entre las superficies inferior y superior define la altura del núcleo, el núcleo tiene una abertura concéntrica que se extiende a través de la altura, de manera que la distancia plana entre el punto externo en la abertura concéntrica y el punto externo más cercano del núcleo, define el espesor del núcleo en ese punto; un arrollamiento primario que pasa a través de la abertura; un arrollamiento secundario que se extiende a través de la abertura y encierra el espesor del núcleo; y un hueco parcial de aire de un ancho predeterminado extendido a través del espesor del núcleo y parcialmente a través de ia altura del núcleo.
2. El transformador de corriente de conformidad con la reivindicación 1, en donde el núcleo metálico tiene la forma de toroide.
3. El transformador de corriente de conformidad con la reivindicación 2, en donde el hueco parcial de aire tiene un ancho de 0.0254 centímetros y una altura que es aproximadamente 3/4 de la altura del núcleo.
4. El transformador de corriente de conformidad con la reivindicación 2, en donde el hueco de aire parcial tiene un ancho de 0.0254 centímetros y una altura dentro del intervalo de 1/3 a 3/4 de la altura del núcleo.
5. Una unidad de interruptor de circuito, la cual comprende: una caja que tiene una cubierta retirable; un contacto fijo y un contacto móvil orientados en la caja, en donde el contacto móvil separa el contacto fijo bajo la presencia de una condición de sobrecorriente detectada en el circuito eléctrico protegido; una unidad de desconexión electrónica orientada en la cubierta en donde la unidad de desconexión electrónica se usa para detectar la condición de sobrecorriente en el circuito eléctrico protegido y controlar el contacto móvil; y un transformador de corriente orientado e la caja y conectado eléctricamente con-la unidad de desconexión electrónico; en donde el transformador de corriente comprende: un núcleo metálico que tiene una superficie superior y una superficie inferior, en donde la diferencia entre las superficies superior e inferior define la altura del núcleo, el núcleo tiene una abertura concéntrica que se extiende a través de la altura, de modo que la distancia plana entre el punto externo en la abertura concéntrica y el punto externo más cercano del núcleo, define el espesor del núcleo en ese punto; un arrollamiento primario que pasa a través de la abertura; un arrollamiento secundario que se extiende a través de la abertura y abarca el espesor del núcleo, y un hueco parcial de aire de un ancho predeterminado extendido a través del espesor del núcleo y parcialmente a través de la altura del núcleo.
6. La unidad de interruptor de circuito de conformidad con la reivindicación 5, en donde el núcleo metálico tiene la forma de un toroide.
7. La unidad de interruptor de circuito de conformidad con la reivindicación 6, que además comprende un apareamiento de carga que conecta con un circuito de distribución eléctrica externo, en donde el apareamiento de carga funciona como el arrollamiento primario.
8. La unidad de interruptor de circuito de conformidad con la reivindicación 7, en donde el hueco parcial de aire tiene un ancho de 0.0254 centímetros y una altura de aproximadamente 3/4 de la altura del núcleo.
9. La unidad de interruptor de circuito de conformidad con la reivindicación 7, en donde el hueco de aire parcial tiene un ancho de 0.0254 centímetros y una altura en el intervalo de 1 /3 a 3/4 de la altura del núcleo.
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