MXPA01007500A - Interruptor automatico. - Google Patents

Abstract

Se presenta un interruptor automatico de circuito (10) para utilizarse en un circuito de alimentacion/carga formado por una fuente de alimentacion de CA trifasica (11) y una carga (12) conectada a la fuente de alimentacion (11) por medio de tres lineas de alimentacion electrificadas (R-R', S-S' y T-T'). El interruptor automatico (10) comprende un circuito de desconexion (60) que incluye conmutadores (SW1) conectados en serie con las lineas de alimentacion respectivas orientadas hacia la fuente de alimentacion (11), un transformador (T1) que tiene al menos tres bobinados primarios equilibrados (Pl a P3) conectados subsecuentemente en serie a lo largo de las lineas de alimentacion respectivas y un bobinado secundario (S1), y un comparador de voltaje (50) conectado al bobinado secundario (S1) para comparar un voltaje inducido en el transformador (T1) con un voltaje de referencia y luego en el caso de una falla por fuga proporcionar una senal de desconexion para que el circuito de desconexion (60) abra los conmutadores (SW1). Se proporciona una trayectoria de circuito (X) que tiene un detector/comparador de voltaje (30) combinado y se extiende a traves de los lados opuestos y por fuera del transformador (T1) para detectar y comparar dos voltajes fase a fase entre si y luego en el caso de una falla de desequilibrio de voltaje simular una condicion de falla por fuga para que sea detectada por el transformador (T1) y el comparador de voltaje (50) proporcione una senal de desconexion.

Description

INTERRUPTOR AUTOMÁTICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un interruptor automático para desconectar una carga proveniente de una fuente de alimentación de CA en el caso de una falla del circuito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En general son conocidos los interruptores automáticos para utilizarse en un circuito de alimentación/carga de CA . Un interruptor automático típico incluye un transformador para monitorear la corriente antes y después de fluir a través de una carga e incluye un voltaje cuando la corriente se desequilibra, por ejemplo, en el caso de una falla por fuga a tierra, un comparador de voltaje para comparar el voltaje inducido con un voltaje de referencia y para generar una señal indicativa de la diferencia de voltaje, y un conmutador para desconectar la carga de la fuente de alimentación si la diferencia de voltaje es bastante inaceptable. La invención busca proporcionar un interruptor automático mejorado.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se proporciona un interruptor automático para utilizarse en un circuito de alimentación/carga formado por una fuente de alimentación de CA trifásica y una carga conectada a la fuente de alimentación por medio de tres líneas de alimentación electrificadas, en donde el interruptor automático comprende un circuito de desconexión que incluye conmutadores normalmente abiertos conectados en serie con las líneas de alimentación respectivas orientadas hacia la fuente de alimentación, un transformador que tiene al menos tres bobinados primarios equilibrados conectados subsecuentemente en serie a lo largo de las líneas de alimentación respectivas y un bobinado secundario, un comparador de voltaje conectado al bobinado secundario para comparar un voltaje inducido en el transformador con un voltaje de referencia y luego en el caso de una falla por fuga en el circuito de alimentación/carga proporcionar una señal de desconexión para que el circuito de desconexión abra los conmutadores con el fin de desconectar la carga proveniente de la fuente de alimentación, y una trayectoria de circuito que comprende un detector/comparador de voltaje combinado y que se extiende a través de los lados opuestos y por fuera del transformador para detectar y comparar dos voltajes fase a fase de las fuentes de alimentación entre sí y luego en el caso de una falla de desequilibrio de voltaje en el circuito de alimentación/carga que simule una condición de falla por fuga para que sea detectada por el transformador y el comparador de voltaje proporcione una señal de desconexión . De preferencia, el detector/comparador de voltaje combinado se ajusta para detectar los voltajes fase a fase de la primera y segunda líneas de alimentación con respecto a la tercera línea de alimentación sobre un lado del transformador para comparación y proporcionar una salida conectada al lado opuesto del transformador. De mayor preferencia, la salida del detector/comparador de voltaje combinado se conecta a la tercera línea de alimentación en el lado opuesto del transformador. Se prefiere que un lado del transformador se oriente a la fuente de alimentación y el lado opuesto del transformador se oriente a la carga. En una modalidad preferida, el detector/comparador de voltaje combinado comprende primero y segundo comparadores de voltaje que tienen pares respectivos de salidas conectadas a través de las líneas de alimentación para el primer comparador de voltaje y comparar un voltaje fase a fase detectado con el otro voltaje fase a fase detectado y para el segundo comparador de voltaje y que compare el otro voltaje fase a fase con un solo voltaje fase a fase . De mayor preferencia, cada uno del primero y segundo comparadores de voltaje se proporciona con un divisor potencial de entrada para el primer comparador de voltaje y comparar un solo voltaje fase a fase detectado con un porcentaje del otro voltaje fase a fase detectado para el segundo comparador de voltaje y comparar el otro voltaje fase a fase con un porcentaje de un solo voltaje fase a fase. Se prefiere además que los dos porcentajes sean prácticamente iguales. P-LO En la modalidad preferida, el detector/comparador de voltaje combinado incluye un elemento conectado en serie a lo largo de la trayectoria de circuito para conducción y simular la condición de falla por fuga, el elemento tiene una terminal control conectada a una salida combinada del primero y segundo comparadores de voltaje. De mayor preferencia, el elemento se proporciona por un rectificador controlado por silicio . 20 De preferencia, el interruptor automático puede incluir un segundo transformador que tiene tres bobinados primarios ligeramente desequilibrados conectados en serie a lo largo de las líneas de alimentación respectivas y un segundo bobinado, y un comparador de voltaje asociado conectado al bobinado secundario para comparar un voltaje inducido en el transformador con un voltaje de referencia y luego en el caso de una falla por sobrecarga de corriente en el circuito de alimentación/carga que proporciona una señal de desconexión para que el circuito de desconexión abra los conmutadores para desconectar la carga proveniente de la fuente de alimentación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describirá ahora más particularmente, a manera de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: llO la Figura 1 es un diagrama de circuito de una primera modalidad de un interruptor automático de acuerdo con la invención; y la Figura 2 es un diagrama de circuito de una segunda modalidad de un interruptor automático de 15 acuerdo con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Haciendo referencia primero a la Figura 1 de los dibujos, se muestra un primer interruptor automático 10 que incorpora la invención, el cual se utiliza en un circuito de alimentación/carga formado por una fuente de alimentación 11 principal trifásica y una carga 12 conectada a la fuente de alimentación 11 por medio de tres líneas de alimentación energizadas R-R' , S-S' , y T-T' y una línea de alimentación neutra N-N? El interruptor automático 10 comprende un circuito detector de falla 20 asociado con las líneas de alimentación R-R' , S-S' , T-T' y N-N' , primero y segundo circuitos comparadores 40 y 50 conectados por separado al circuito detector de falla 20 para detección de fallas y luego proporcionar una señal de desconexión, y un circuito de desconexión 60 conectado a los circuitos comparadores 40 y 50 para interrumpir el circuito de alimentación/carga en respuesta a la señal de desconexión . El circuito de desconexión 60 se forma por PlO un conjunto de cuatro conmutadores SW1 normalmente abiertos, conectados en serie con las líneas *de alimentación R-R' , S-S' , T-T' y N-N' respectivas orientadas a la fuente de alimentación 11, un solenoide SO para mantener normalmente los conmutadores SW1 cerrados y un rectificador controlado por silicio SCR1 conectado en paralelo con el solenoide SO y para inhabilitar (poner en corto circuito) el solenoide SO para abrir los conmutadores SW1 con el fin de desconectar la carga 12 proveniente de la fuente de alimentación 11. El circuito de desconexión 60 incluye un rectificador de onda completa D para captar la alimentación proveniente de los nodos de alimentación R y T para conducir al solenoide SO mediante un microconmutador S 2 y conducir los circuitos comparadores 40 y 50 mediante un diodo zener D5 que proporciona un nodo de voltaje VI, los circuitos 40, 50 y 60 comparten una tierra E común .

El circuito detector de falla 20 se forma por un detector/comparador 30 de voltaje combinado, conectado a las tres líneas de alimentación electrificadas R-R' , S-S' y T-T' y mediante transformadores detectores de corriente respectivos TI a T3 teniendo cada uno cuatro bobinados primarios Pl a P4 conectados en serie a lo largo de las líneas de alimentación R-R' , S-S' , T-T' y N-N' respectivas en una posición corriente abajo de los conmutadores SW1 y un bobinado secundario Sl. Los bobinados primarios Pl a P4 del transformador TI se equilibran para detectar, por sí mismos, cualesquiera fallas por fuga a tierra intolerables y, en combinación con el detector/comparador de voltaje 30, cualquier desequilibrio de voltaje en fase intolerable, que incluye la falla de fase (pérdida) en el circuito de alimentación/carga para accionarse mediante el circuito comparador 50. Los bobinados primarios Pl a P4 del transformador T2 se hacen desequilibrar ligeramente por medio de los resistores Rll y R12 conectados en paralelo con los bobinados primarios Pl y P4, respectivamente. Los bobinados primarios Pl a P4 del transformador T3 se hacen ligeramente desequilibrados por medio de los resistores R13 y R14 conectados en paralelo con los bobinados P2 y P4 primarios, respectivamente. Estos dos transformadores T2 y T3 son para detectar cualquier descarga de corriente intolerable, incluyendo una falla por corto circuito, en el circuito de alimentación/carga para accionarse ' mediante el circuito comparador 40. El detector/comparador de voltaje 30 incluye un par de comparadores de voltaje OAl y OA2 de OP-AMP (amplificador operacional) y un rectificador SCR2 controlado por silicio. Éste tiene dos entradas y un nodo común Y conectado a las líneas de alimentación electrificadas respectivas R-R' , S-S' y T-T' en el lado de los transformadores TI a T3 orientados a la fuente de alimentación 11 y una salida conectada a la línea de alimentación electrificada T-T' en el lado de los transformadores TI a T3 orientado hacia la carga 12. De esta forma, el detector/comparador de voltaje 30 proporciona una trayectoria de circuito X que se extiende desde los nodos de alimentación R y S hacia- el nodo de alimentación T' a través de los lados opuestos de las líneas de alimentación R-R', S- S' y T-T' con respecto a los transformadores TI a T3 y por fuera de los mismos. Las dos entradas de detector/comparador de voltaje 30 se proporcionan mediante comparadores respectivos OAl y OA2. Cada comparador OAl (u OA2 ) tiene una primera entrada conectada al nodo de alimentación respectivo R (o S) por medio de un circuito diodo-resistor-capacitor D1-R1-C1 (o D2-R2- C2) a través del nodo de alimentación R (o S) y el nodo de alimentación T restante que proporciona el nodo común Y. La segunda entrada de cada comparador OAl (u 0A2 ) se conecta a la primera entrada del otro comparador 0A2 (u OAl) por medio de resistores para división potencial R3/R4 respectivos (o R5/R6) a través de la primera entrada y el nodo Y común. Por consiguiente, las entradas de los comparadores OAl y 0A2 están conectadas a través de las líneas de alimentación R-R', S-S' y T-TA En funcionamiento, cada comprador OAl (u OA2 ) detecta un voltaje R-T fase a fase respectivo (o S-T) de la fuente de alimentación 11, con un porcentaje del mismo voltaje R-T fase a fase (o S-T) que se detecta por el otro comparador OA2 (u OAl) . Por consiguiente, los comparadores OAl y OA2 se ajustan para comparar transversalmente un voltaje R-T fase a fase (o S-T) con un porcentaje (el mismo porcentaje) del otro voltaje S-T fase a fase (o R-T), cubriendo todos los voltajes R-S-T trifásicos. Mientras que los voltajes R-S-T trifásicos están equilibrados en una condición favorable, las diferencias de voltaje según se detectan tanto por los comparadores OAl como por los OA2 son iguales y sus salidas lógicas serán las mismas (a lógico inferior) . En el caso de un desequilibrio de voltaje en fase intolerable (o una falla de fase) en el circuito de alimentación/carga, las diferencias de voltaje según se detectan por los comparadores OAl y OA2 cambiaran en direcciones opuestas, con una diferencia de voltaje en aumento mientras que la otra diferencia de voltaje disminuye. Esto provocará que las salida lógica de uno de los comparadores OAl y OA2 y a su vez sus salidas combinadas para conmutar (a lógico alto). La comparación transversal por los comparadores OAl y 0A2 entre los dos voltajes fase a fase R-T y S-T es doble según se detecta con la comparación con cualquier voltaje fase a fase R-T o S-T contra un voltaje de referencia fijo. El rectificador SCR2 tiene un ánodo conectado a los nodos de alimentación R y S por medio de un resistor R8 común y diodos D3 y D4 respectivos (también para proporcionar un nodo de voltaje V2 para conducir los comparadores OAl y 0A2 ) , un cátodo que actúa como la salida del circuito comparador detector 30 conectado al nodo de alimentación T' , y una compuerta conectada a la salida combinada de los comparadores OAl y OA2 para control. Cuando la salida lógica combinada de los comparadores OAl y OA2 conmuta a lógico alto, el rectificador SCR2 se encenderá y de esta forma conectará los dos nodos de alimentación R y S al nodo de alimentación T' mediante la trayectoria de circuito X mencionada anteriormente por fuera de los transformadores TI a T3. Esto simulará una falla por fuga a tierra en el circuito de alimentación/carga para el transformador TI con el fin de detectar y que el circuito comparador 50 proporcione una señal de desconexión como se describió anteriormente. El circuito comparador 40 se forma mediante un comparador de voltaje OP-AMP OA3, un integrador de corriente OA4 OP-AMP y los resistores R43/R44/R45 que actúan como un divisor potencial conectado a través del nodo de voltaje VI y la tierra E. El comparador OA3 y el integrador OA4 tienen primeras salidas respectivas conectadas junto al primer extremo de los bobinados secundarios Sl de los transformadores T2 y T3. Las segundas salidas proporcionadas con voltajes de referencia respectivos por medio de los resistores R43/R44/R45, y una salida combinada conectada a la compuerta del rectificador SCR1 del circuito de desconexión 60. El comparador OA3 y el integrador OA4 sirven para encender el rectificador SCR1 en respuesta a los transformadores T2 y T3 que detectan la presencia de una corriente en corto circuito o una sobrecarga de corriente intolerable en el circuito de alimentación/carga. El circuito comparador 50 se forma mediante un comparador de voltaje OA5 OP-AMP que tiene una primera entrada conectada al primer extremo del bobinado secundario Sl del transformador TI, una segunda entrada . proporcionada con un voltaje de referencia por medio de los resistores R51/R52 que actúan como un divisor potencial conectado a través del nodo de voltaje VI y la tierra E, y una salida conectada a la compuerta del rectificador SCRl del circuito de desconexión 60. El comparador OA5 sirve •para encender el rectificador SCRl en respuesta al transformador TI solo detectando la presencia de cualquier falla por fuga a tierra intolerable en el circuito de alimentación/carga o el transformador TI en combinación con el detector/comparador de voltaje 30 que detecta la presencia de un desequilibrio de voltaje en fase intolerable o una falla de fase. Los segundos extremos de los bobinados secundarios Sl de todos los transformadores TI a T3 se conectan a la tierra E. En el caso de una falla de circuito, bajo el control de los circuitos comparadores 40 y 50 junto con el circuito detector de falla 20 según se describió anteriormente, el circuito de desconexión 60 desconectará la carga 12 proveniente de la fuente de alimentación 11 a través de la abertura de los conmutadores SW1. Los conmutadores SW1 únicamente pueden abrirse nuevamente de forma manual después de que la falla de circuito se halla normalizado. Los tipos de fallas de circuito que se pueden manejar por el interruptor automático 10 comprenden (1) desequilibrio de voltaje en fase, (2) falla de fase, (3) corriente en corto circuito, (4) sobrecarga de corriente y (5) falla de fuga de corriente a tierra. La Figura 2 muestra un segundo interruptor automático 100 que incorpora la invención, que se implementa y opera de una forma muy similar a la del primer interruptor automático 10, con partes equivalentes designadas por los mismos números de referencia. El interruptor automático 100 tiene dos diferencias principales. La primera diferencia descansa en la condición de que una línea adicional O-O' se coextiende con las líneas de alimentación R-R', S-S', T-T' y N-N' a través de los transformadores TI a T3, con los transformadores TI a T3 que incluyen quintos bobinados P5 principales, respectivos, conectados en serie a lo largo de la línea O-O' . También, la salida del detector/comparador de voltaje 30 se conecta al extremo 0' de la línea O-O' , en lugar del nodo de alimentación T' . La segunda diferencia descansa en que el rectificador SCR2 del detector/comparador de voltaje 30 que está conectado con su cátodo al nodo Y común y su ánodo que actúa como la salida del detector/comparador de voltaje 30. La invención se ha proporcionado a manera de ejemplo únicamente y se pueden ?ealizar por parte de los expertos en la técnica diversas modificaciones y/o alteraciones a las modalidades descritas sin apartarse del alcance de la invención como se especifica en las reivindicaciones anexas.

Claims (10)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN • Habiendo descrito el presente invento, se ^considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un interruptor automático de circuito para utilizarse en un circuito de alimentación/carga formado por una fuente de alimentación de CA trifásica y una carga conectada a la fuente de alimentación por medio de tres líneas de alimentación electrificadas, el interruptor automático de circuito comprende un circuito de desconexión que incluye conmutadores normalmente abiertos conectados en serie con las respectivas líneas de alimentación orientadas a la fuente de alimentación, un transformador que tiene al menos tres bobinados primarios equilibrados conectados subsecuentemente en serie a lo largo de las líneas de alimentación respectivas y un bobinado secundario, un comparador de voltaje conectado al bobinado secundario para comparar un voltaje inducido en el transformador con un voltaje de referencia y luego en el caso de una falla por fuga en el circuito de alimentación/carga proporcionar una señal de desconexión para que el circuito de desconexión abra los conmutadores para desconectar la carga proveniente de la fuente de alimentación, y una trayectoria de circuito que comprende un detector/comparador de voltaje combinando y que se extiende a través de los lados opuestos y por fuera del transformador para detectar y comparar dos voltajes fase a fase de las líneas de alimentación entre sí y luego en el caso de una falla por desequilibrio de voltaje en el circuito de alimentación/carga que simula una condición de falla por fuga para que lo detecte el transformador y el comparador de voltaje proporcione una señal de desconexión .
2. 2. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 1, en donde el detector/comparador del voltaje combinado se ajusta para detectar los voltajes fase a fase de la primera y segunda líneas de alimentación con respecto a la tercera línea de alimentación en un lado del transformador para comparación y proporcionar una salida conectada al lado opuesto del transformador.
3. 3. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 2, en donde la salida del detector /comparador de voltaje combinado se conecta a la tercera línea de alimentación en el lado opuesto del transformador.
4. 4. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en donde un lado del transformador se orienta hacia la fuente de alimentación y el lado opuesto del transformador se orienta hacia la carga.
5. 5. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el detector/comparador de voltaje combinado comprende primero y segundo comparadores de voltaje que tienen pares respectivos de salidas transversales conectadas a las líneas de alimentación para el primer comparador de voltaje y comparar un voltaje fase a fase detectado con el otro voltaje fase a fase detectado y para el segundo comparador de voltaje para comparar el otro voltaje fase a fase con un solo voltaje fase a fase.
6. 6. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 5, en donde cada uno del primero y segundo comparadores de voltaje se proporciona con un divisor de potencial de entrada para el primer comparador de voltaje para comparar un voltaje fase a fase detectado con un porcentaje del otro voltaje fase a fase detectado y para el segundo comparador de voltaje para comparar el otro voltaje fase a fase con un porcentaje de un solo voltaje fase a fase.
7. 7. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 6, en donde los dos porcentajes son prácticamente iguales.
8. 8. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 5, en donde el detector/comparador de voltaje combinado incluye un elemento conectado en serie a lo largo de la trayectoria de circuito para conducción para simular una condición de la falla por fuga, el elemento tiene una terminal control conectada a una salida combinada del primero y segundo comparadores de voltaje.
9. 9. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 8, en donde el elemento se proporciona mediante un rectificador controlado por silicio .
10. 10. El interruptor automático de circuito según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que incluye un segundo transformador que tiene al menos tres bobinados primarios ligeramente desequilibrados conectados en serie a lo largo de las líneas de alimentación respectivas y un bobinado secundario, y un comparador de voltaje asociado conectado al bobinado secundario para comparar un voltaje inducido en el transformador con un voltaje de referencia y luego, en el caso de una falla por sobrecarga de corriente en el circuito de alimentación/carga proporcionar una señal de desconexión para que el circuito de desconexión abra los conmutadores con el fin de desconectar la carga proveniente de la fuente de alimentación. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se presenta un interruptor automático de circuito (10) para utilizarse en un circuito de alimentación/carga formado por una fuente de alimentación de CA trifásica (11) y una carga (12) conectada a la fuente de alimentación (11) por medio de tres líneas de alimentación electrificadas (R-R', S-S1 y T-T'). El interruptor automático (10) comprende un circuito de desconexión (60) que incluye conmutadores (SW1) conectados en serie con las líneas de alimentación respectivas orientadas hacia la fuente de alimentación (11), un transformador (TI) que tiene al menos tres bobinados primarios equilibrados (Pl a P3) conectados subsecuentemente en serie a lo largo de las líneas de alimentación respectivas y un bobinado secundario (Sl), y un comparador de voltaje (50) conectado al bobinado secundario (Sl) para comparar un voltaje inducido en el transformador (TI) con un voltaje de referencia y luego en el caso de una falla por fuga proporcionar una señal de desconexión para que el circuito de desconexión (60) abra los conmutadores (S 1). Se proporciona una trayectoria de circuito (X) que tiene un detector/comparador de voltaje (30) combinado y se extiende a través de los lados opuestos y por fuera del transformador (TI) para detectar y comparar dos voltajes fase a fase entre sí y luego en el caso de una falla de desequilibrio de voltaje simular una condición de falla por fuga para que sea detectada por el transformador (TI) y el comparador de voltaje (50) proporcione una señal de desconexión.