ES2228591T3 - Disyuntor. - Google Patents
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Abstract
Un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje (100), incluyendo una cámara de vacío (1) que contiene al menos un contacto fijo (7) y al menos un contacto móvil (6) que pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito (100), y medios de accionamiento que están conectados operativamente al contacto móvil (6) y proporcionan la energía requerida para mover dicho contacto móvil (6) y para determinar su acoplamiento/desacoplamiento con respecto a dicho contacto fijo (7), incluyendo dichos medios de accionamiento un accionador electromagnético (2), caracterizado porque incluye una pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) que están conectadas eléctricamente a dicho contacto móvil (6) y a un sistema de suministro de potencia eléctrica, siendo adecuadas dichas tiras metálicas (5), en un estado de cortocircuito, para contrarrestar la fuerza de repulsión generada entre el contacto móvil (6) y el contacto fijo (7), manteniendo dicho contacto fijo (7) y dicho contacto móvil (6) acoplados entre sí al menos durante un paso inicial de dicho cortocircuito.
Description
Disyuntor.
La presente invención se refiere a un disyuntor
de circuito de potencia de bajo voltaje que tiene funciones y
características mejoradas; más específicamente, la expresión
"disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje" se utiliza
para hacer referencia a un disyuntor de circuito para aplicaciones
con voltajes operativos inferiores a 1000 voltios.
En general, en los sistemas eléctricos
industriales de bajo voltaje en los que están implicadas altas
corrientes y por lo tanto altos niveles de potencia, se usan
normalmente dispositivos específicos, denominados comúnmente en la
técnica disyuntores automáticos de circuito de potencia. Dichos
disyuntores de circuito de potencia, que operan típicamente con
corrientes CA cuyos valores operativos nominales, según las
aplicaciones, pueden variar en un amplio rango, típicamente de unos
pocos cientos a varios miles de amperios, han sido ideados para
proporcionar algunas características técnicas que se requieren para
garantizar la operación correcta del circuito de suministro de
potencia eléctrica que protegen y de las cargas conectadas a los
mismos.
En particular, protegen las cargas contra eventos
anormales producidos por ejemplo por mal funcionamiento relacionado
con los cortocircuitos o debido a sobrecargas abriendo
automáticamente dicho circuito de suministro de potencia; permiten
la correcta introducción/exclusión de cargas en/de el circuito de
suministro de potencia eléctrica; garantizan que la corriente
nominal para los varios usuarios conectados sea realmente igual a la
requerida, y permiten, por intervención manual en una palanca
operativa de dicho disyuntor de circuito y por la correspondiente
separación de los contactos móviles de los contactos fijos, el
completo aislamiento de una carga con respecto a una fuente de
alimentación y la consiguiente desconexión del circuito que
protegen. Estos disyuntores de circuito de potencia están concebidos
para garantizar esta operación así como otras características para
una duración operativa útil prevista; en particular, según las
prescripciones de las normas aplicables, los fabricantes definen una
duración mecánica del disyuntor de circuito, entendida como el
número de movimientos de apertura/cierre que el disyuntor de
circuito es capaz de realizar en ausencia de corriente, y una
duración eléctrica, entendida como el número de operaciones de
conmutación de apertura/cierre que pueden realizar en presencia de
una corriente igual al valor nominal requerido.
Hay actualmente varias soluciones constructivas
para disyuntores de circuito de potencia de voltaje bajo que usan
principalmente dos técnicas de interrupción de corriente: es decir,
una primera técnica conocida como interrupción con aislamiento de
aire, en la que el acoplamiento/desacoplamiento de los contactos se
produce en aire a temperatura y presión ambiente; y una segunda
técnica conocida como interruptor con aislamiento de vacío, en la
que el acoplamiento/desacoplamiento de los contactos se produce en
un ambiente al vacío. Las operaciones de conmutación de
apertura/cierre se producen en ambos métodos de interrupción
utilizando dispositivos de accionamiento apropiados que están
conectados operativamente a los contactos móviles del disyuntor de
circuito y proporcionan la energía requerida para mover dichos
contactos móviles y producir su acoplamiento/desacoplamiento con los
contactos fijos correspondientes.
En el estado corriente de la técnica, los
dispositivos de accionamiento usados están constituidos en general
por sistemas de accionamiento del tipo mecánico que usan sistemas
cinemáticos apropiados de empuje por muelle. Tal sistema según el
preámbulo de la reivindicación 1 se conoce, por ejemplo, por
EP-A-0867903. La asociación de
dichos dispositivos de accionamiento con los dos métodos de
interrupción utilizados, a pesar de permitir la ejecución adecuada
de las funciones requeridas del disyuntor de circuito, en cualquier
caso comporta algunos inconvenientes y desventajas.
En particular, los disyuntores de circuito con
interrupción con aislamiento de aire y accionamiento mecánico tienen
una duración mecánica que puede variar de unos pocos miles a un
máximo de unas pocas decenas de miles de operaciones de conmutación,
y una duración eléctrica considerablemente más baja, debido
principalmente a la formación de arcos eléctricos intensos que
deterioran considerablemente los contactos. En el caso de la
asociación del accionamiento mecánico con el método de interrupción
por vacío, la duración eléctrica aumenta considerablemente y llega
en la práctica al mismo orden de magnitud que la duración mecánica.
Sin embargo, para asegurar en ambos casos la duración mecánica
prevista, hay que programar y realizar correctamente un plan de
mantenimiento complejo durante el uso del disyuntor de circuito,
para compensar las variaciones producidas por desgaste y
envejecimiento que son típicas de los sistemas mecánicos. es claro
que tal plan de mantenimiento obliga a la extracción del disyuntor
de circuito del servicio activo, el uso de mano de obra y el
consiguiente gasto de tiempo y costo, y resulta especialmente
oneroso en todas las aplicaciones en las que es esencial
proporcionar protección contra las interrupciones inesperadas, tal
como, por ejemplo, en las industrias de transformación.
También se deberá observar que los dispositivos
de accionamiento con sistemas cinemáticos de empuje por muelle son
inherentemente muy complicados y voluminosos; el nivel de energía
mecánica que deben desarrollar es proporcional a los varios niveles
de rendimiento eléctrico del disyuntor de circuito en el que se
utilizan, por ejemplo, capacidad de interrupción para
cortocircuitos, corriente nominal, etcétera, y requiere operaciones
largas y complicadas de verificación y calibración.
La finalidad de la presente invención es
proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje
que tiene una vida útil más larga que los tipos conocidos de
disyuntor de circuito y al mismo tiempo permite eliminar
completamente, o al menos reducir considerablemente, las
intervenciones de mantenimiento necesarias para garantizar dicha
vida útil.
Dentro del alcance de esta finalidad, un objeto
de la presente invención es proporcionar un disyuntor de circuito de
potencia de bajo voltaje cuya vida útil es considerablemente más
larga que en los disyuntores de circuito de la técnica conocida y en
particular en el que las duraciones mecánica y eléctrica se
maximizan y tienen sustancialmente el mismo valor.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje
cuya arquitectura constructiva es considerablemente menos complicada
que la de los tipos conocidos de disyuntor de circuito.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje
que es altamente fiable, relativamente fácil de fabricar y de costo
competitivo.
Esta finalidad, estos objetos y otros que serán
evidentes a continuación se logran con un disyuntor de circuito de
potencia de bajo voltaje, incluyendo una cámara al vacío que
contiene al menos un contacto fijo y al menos un contacto móvil que
pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia
con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito, y medios de
accionamiento que están conectados operativamente al contacto móvil
y proporcionan la energía requerida para mover dicho contacto móvil
y para determinar su acoplamiento/desacoplamiento con respecto a
dicho contacto fijo, caracterizado porque dichos medios de
accionamiento incluyen un accionador electromagnético.
De esta manera, utilizando un sistema de
accionamiento del tipo electromagnético y realizando las operaciones
de conmutación de apertura/cierre en vacío, se obtiene la doble
ventaja de aumentar considerablemente la vida útil del disyuntor de
circuito y de eliminar simultáneamente, o al menos reducir
considerablemente, las intervenciones de mantenimiento necesarias
durante el uso del disyuntor de circuito; el accionador del tipo
electromagnético es de hecho prácticamente inmune a los problemas de
desgaste y envejecimiento que son típicos de los accionadores
mecánicos.
Otras características y ventajas de la invención
serán evidentes por la descripción de una realización preferida pero
no exclusiva de un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje
según la invención, ilustrado solamente a modo de ejemplo no
limitativo en los dibujos anexos, donde:
La figura 1 es una vista esquemática de un
disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje según la
invención.
La figura 2 es una vista esquemática de un
accionador electromagnético que se puede usar en el disyuntor de
circuito según la invención.
Con referencia a la figura 1, el disyuntor de
circuito de potencia de bajo voltaje según la invención, designado
en general con el número de referencia 100, incluye un recinto 1 que
está en vacío y contiene al menos un contacto fijo 7 y al menos un
contacto móvil 6. En particular, el recinto de vacío 1, que
constituye la cámara de interrupción del disyuntor de circuito,
puede estar constituido por un bulbo de forma apropiada dentro del
que se mantiene vacío; la realización del bulbo y la manera en que
el vacío se mantiene dentro de él son ampliamente conocidas en la
técnica y son por consiguiente no se describen más.
El contacto fijo 7 está conectado eléctricamente,
utilizando medios conductores convencionales 4, por ejemplo, una
barra de cobre, a un usuario a alimentar, no representado; a su vez,
el contacto móvil 6 se conecta eléctricamente, en virtud de medios
conductores 5, a una línea de suministro de potencia, que tampoco se
muestra en la figura. Dichos medios conductores 5 pueden estar
constituidos por una pluralidad de tiras metálicas flexibles que se
empaquetan juntos y están perforadas en sus extremos opuestos, para
acomodar medios para conexión al contacto móvil 6 y a la línea de
suministro de potencia. Como se representa esquemáticamente en la
figura 1, según una solución que es estructuralmente simple y
funcionalmente efectiva, las tiras metálicas están dispuestas para
formar un giro sustancialmente en forma de U; de esta manera, cuando
se produce un estado de cortocircuito, los dos brazos del giro en
forma de U quedan afectados por dos fuerzas que están orientadas en
direcciones mutuamente contrarias y para contrarrestar las fuerzas
de repulsión que se generan durante el cortocircuito y tienden a
separar los contactos. De esta manera, las tiras permiten mantener
los contactos cerrados durante un corto intervalo inicial del
cortocircuito, durante el que, por ejemplo, otro disyuntor de
circuito incluido posiblemente en la red de suministro puede
intervenir, evitando así intervenciones a destiempo y la
desactivación de usuarios que, en cambio, podrían seguir operando
correctamente. Una vez transcurrido este intervalo, si no ha
intervenido otro disyuntor de circuito (si está presente), los
contactos se separan.
Los movimientos para abrir/cerrar el disyuntor de
circuito 100 se realizan desplazando el contacto móvil 6 para
producir su enganche/desenganche con respecto al contacto fijo
correspondiente 7; la energía requerida para efectuar estas
operaciones de conmutación se suministra por medios de accionamiento
apropiados que están conectados operativamente al contacto móvil 6
en virtud de una cadena cinemática que se designa en general con el
número de referencia 3 en la figura 1. En la realización
representada en la figura 1, un solo polo del disyuntor de circuito
100 se representa por razones de sencillez de la descripción.
En la realización del disyuntor de circuito de
potencia de bajo voltaje según la invención los medios de
accionamiento incluyen un accionador electromagnético 2; el uso de
un accionador de este tipo permite prolongar considerablemente la
vida útil del disyuntor de circuito, puesto que no tiene los
problemas de posible desgaste y/o daño que son típicos de los
accionadores de tipo mecánico, que permite en particular hacer la
vida eléctrica útil del disyuntor de circuito prácticamente igual a
su duración mecánica. Además, el accionador electromagnético
garantiza la correcta ejecución de los movimientos de
apertura/cierre del disyuntor de circuito sin precisar
intervenciones de mantenimiento durante su vida útil, o al menos
durante un número considerablemente grande de operaciones de
conmutación. En una realización preferida, el accionador
electromagnético 2 es un accionador electromagnético de imán
permanente. Una realización posible del accionador de imán
permanente 2 se describe en la Solicitud de Patente europea número
97203501.8, cuya descripción se supone incluida aquí como
referencia. En particular, como se representa en la figura 2, el
accionador de imán permanente 2 incluye un yugo magnético 10, una
armadura 30 que se puede mover dentro del espacio formado por el
yugo 10, y un pivote 20 que está fijado a la armadura 30 y es
adecuado para transmitir el movimiento a la cadena cinemática 3 y
por lo tanto en último término al contacto móvil 6.
La armadura móvil 30 se puede configurar de
varias formas según las aplicaciones y/o requisitos específicos y se
puede prever monolíticamente y hacer de material ferromagnético o
por medio de una pluralidad de hojas magnéticas apiladas. A su vez,
el yugo 10 está constituido por dos partes de núcleo, designadas con
los números de referencia 40 y 50 respectivamente, que tienen un
perfil en forma de E y se montan en un soporte adecuado, no
representado, de manera que entre ellas se formen dos intervalos de
aire, designados con los números de referencia 18 y 19,
respectivamente. Dos imanes permanentes, designados con los números
de referencia 26 y 27 respectivamente, se montan en las superficies
opuestas de los dos brazos intermedios 13 y 23 de los núcleos 40 y
50; además, dos bobinas de excitación 44 y 45 están dispuestas en
los espacios formados entre el brazo central 13 y 23 y los dos
brazos de extremo, designados por los números de referencia 41 y 22
respectivamente, de los núcleos 40 y 50. En la práctica, cuando hay
que abrir o cerrar el disyuntor de circuito, dependiendo del tipo de
maniobra a realizar, una de las dos bobinas, por ejemplo, la bobina
44, es excitada eléctricamente; la energía de excitación se
suministra a la bobina 44 por una unidad de suministro de potencia,
designada esquemáticamente en la figura 1 con el número de
referencia 8, que incluye preferiblemente, según una solución
simple, no engorrosa y efectiva, uno o varios condensadores que se
dimensionan apropiadamente y son alimentados por la red eléctrica o
por una fuente auxiliar de potencia eléctrica. La unidad de
suministro de potencia 8 es controlada operativamente por una unidad
electrónica de órdenes 9, que también está conectada a la red de
suministro eléctrico; dicha unidad electrónica de órdenes 9, según
una orden de intervención que se origina, por ejemplo, a partir de
un sistema de protección o de un operador, produce la intervención
de la unidad de suministro de potencia 8; de esta manera los
condensadores descargan y energizan la bobina.
El flujo generado por la bobina excitada
eléctricamente permite superar la fuerza de retención aplicada por
los imanes permanentes 26 y 27 a la armadura móvil 30 y producir su
movimiento en la dirección de dicha bobina excitada 44. De esta
manera, el pivote 20 realiza un movimiento de traslación y transmite
el movimiento a la cadena cinemática 3. Como se representa
esquemáticamente en la figura 1, la cadena cinemática 3 incluye dos
articulaciones 35 y 36 que transmiten el movimiento del pivote 20 a
una palanca de transmisión 37; dicha palanca de transmisión 37,
girando alrededor de su punto de pivote 38, produce el movimiento de
un pivote de acoplamiento 39 que está acoplado rígidamente a ella y
está conectado al contacto móvil 6; de esta manera, éste último se
mueve, realizando en consecuencia la operación requerida.
Obviamente, según las aplicaciones y/o requisitos de construcción
específicos, la cadena cinemática 3 se puede modificar
apropiadamente, por ejemplo, variando el número de sus componentes
constructivos, su disposición relativa y/o su configuración
geométrica. Una vez realizada la operación, la bobina 44 ya no es
excitada y los imanes permanentes reanudan la aplicación de una
fuerza de retención a la armadura 30 manteniéndola en un equilibrio
estable en la posición a la que ha llegado. Una operación inversa
con respecto a la conmutación antes descrita se realiza exactamente
de la misma manera, pero al contrario, excitando, en este caso, la
bobina 45.
Claramente, el uso de un accionador así dispuesto
permite simplificar considerablemente la arquitectura de
construcción del disyuntor de circuito con respecto al estado
corriente de la técnica, eliminando o al menos reduciendo
considerablemente la necesidad de muelles y/o de otros componentes
complicados y engorrosos; también se deberá recalcar el hecho de que
el uso de una interrupción técnica por vacío no requiere fuerzas de
conmutación excesivas, de manera que la combinación de dicho método
de interrupción con un accionamiento electromagnético produzca un
efecto sinérgico que permite optimizar además las dimensiones
geométricas y la energía del disyuntor de circuito en conjunto, y
reducir también las operaciones de verificación y calibración.
Alternativamente, es posible usar un accionador
electromagnético sin imanes permanentes; en este caso, sin embargo,
el accionador debe estar provisto de un sistema que es adecuado para
mantener el pivote 20 en equilibrio estable a las posiciones a las
que llega al final de la operación de conmutación, de forma
diferente a lo que sucede al utilizar imanes permanentes, donde esta
función se produce automáticamente y sin utilizar componentes
adicionales.
Por razones de sencillez de la descripción, la
figura 1 ilustra un disyuntor de circuito de polo único; la solución
antes descrita se puede implementar en cualquier caso fácil y
efectivamente en el caso de un disyuntor de circuito de potencia
multipolo. En este caso, cada polo usa un recinto de vacío 1 que
contiene al menos un contacto fijo 6 y al menos un contacto móvil 7.
Cada contacto móvil 6 está conectado operativamente a medios de
accionamiento que suministran la energía requerida para mover dichos
contactos móviles y para determinar el acoplamiento/desacoplamiento
con respecto a los contactos fijos correspondientes.
En una realización preferida, se dispone para
cada polo un solo accionador electromagnético 2 que está conectado
operativamente al contacto móvil correspondiente. De esta forma, es
posible operar los polos independientemente uno de otro. Por
ejemplo, programando adecuadamente la unidad electrónica de órdenes
9, es posible realizar una estrategia de operaciones de conmutación
en relación a las fases de la red eléctrica a la que el disyuntor de
circuito está conectado. En particular, es posible usar medios
medidores, tal como transformadores de medición, que envían
información acerca de la tendencia de corriente y/o voltaje de las
fases de la red a la unidad 9; a su vez, la unidad 9, en base a la
información recibida, mueve los accionadores 2 para realizar
operaciones sincronizadas para cada fase, independientemente de las
otras.
Esta solución ofrece ventajas significativas en
términos de eliminación, o al menos reducción considerable de los
transitorios de voltaje y corriente en la red, así como en términos
de limitar los esfuerzos electrodinámicos y térmicos, con
considerables beneficios consiguientes tanto para el equipo presente
en la red eléctrica como el disyuntor de circuito usado, aumentando
considerablemente su vida útil y fiabilidad.
Alternativamente, es posible usar un único
accionador electromagnético 2, un eje operativo que está conectado
operativamente a dicho accionador electromagnético 2 y, para cada
polo, una cadena cinemática 3 que es adecuada para conectar cada
contacto móvil a dicho eje operativo. En esta realización, las
operaciones de apertura/cierre del disyuntor de circuito se producen
simultáneamente para todos los polos, como se ha descrito
anteriormente y se puede realizar de forma sincronizada para una
fase, que se considera como referencia.
Se ha hallado en la práctica que el disyuntor de
circuito de potencia de bajo voltaje según la invención logra
completamente la finalidad y los objetos previstos, puesto que su
vida útil se incrementa con respecto a los tipos conocidos de
disyuntores de circuito sin precisar prácticamente intervenciones de
mantenimiento, con un beneficio consiguiente en términos técnicos y
económicos.
No se deberá ignorar el hecho de que todas las
funciones innovadoras y los aspectos novedosos del disyuntor de
circuito se pueden lograr utilizando elementos y materiales
comercializados comunes con costos muy bajos, según una solución
constructiva que es más simple y más compacta que la técnica
conocida.
Claims (8)
1. Un disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100), incluyendo una cámara de vacío (1) que contiene al
menos un contacto fijo (7) y al menos un contacto móvil (6) que
pueden estar acoplados/desacoplados mutuamente en correspondencia
con un estado cerrado/abierto del disyuntor de circuito (100), y
medios de accionamiento que están conectados operativamente al
contacto móvil (6) y proporcionan la energía requerida para mover
dicho contacto móvil (6) y para determinar su
acoplamiento/desacoplamiento con respecto a dicho contacto fijo (7),
incluyendo dichos medios de accionamiento un accionador
electromagnético (2), caracterizado porque incluye una
pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) que están conectadas
eléctricamente a dicho contacto móvil (6) y a un sistema de
suministro de potencia eléctrica, siendo adecuadas dichas tiras
metálicas (5), en un estado de cortocircuito, para contrarrestar la
fuerza de repulsión generada entre el contacto móvil (6) y el
contacto fijo (7), manteniendo dicho contacto fijo (7) y dicho
contacto móvil (6) acoplados entre sí al menos durante un paso
inicial de dicho cortocircuito.
2. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque
dicha pluralidad de tiras metálicas flexibles (5) están conectadas
entre sí para realizar un giro sustancialmente en forma de U.
3. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado
porque dicho accionador electromagnético (2) es un accionador
electromagnético de imán permanente.
4. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según una o varias reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque incluye una unidad electrónica de
órdenes (9) que, después de una orden de intervención, determina la
intervención de una unidad de suministro de potencia (8) que es
adecuada para alimentar dicho accionador electromagnético (2).
5. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque
dicha unidad de suministro de potencia (8) incluye uno o más
condensadores.
6. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque
es un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje multipolo y
porque incluye un único accionador electromagnético (2), un eje
operativo que está conectado operativamente a dicho único accionador
electromagnético (2), y, para cada polo, una cadena cinemática (3)
que es adecuada para conectar cada contacto móvil (6) a dicho eje
operativo.
7. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque
es un disyuntor de circuito de potencia de bajo voltaje multipolo y
porque incluye, para cada polo, un accionador electromagnético (2) y
una cadena cinemática (3) que es adecuada para conectar cada
contacto móvil (6) al accionador electromagnético correspondiente
(2).
8. El disyuntor de circuito de potencia de bajo
voltaje (100) según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado
porque las operaciones de apertura y/o cierre se sincronizan con
respecto a al menos una de las fases de la red eléctrica a la que el
disyuntor de circuito (100) está asociado operativamente.
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