Conjunto de protección contra sobretensiones.

Conjunto de protección contra las sobretensiones que comprende:

- un módulo de protección

(20) contra las sobretensiones que comprende al menos un varistor (1) con un umbral energético máximo de funcionamiento;

- un aparato de corte eléctrico (21) que comprende unas entradas (22) destinadas a conectarse a una línea a proteger, unos contactos principales (23) controlados por un mecanismo de disparo (24), y unas salidas (25A) conectadas al módulo de protección contra las sobretensiones (20), estando interconectados los medios de accionamiento mecánico (33) de dicho módulo con los medios de disparo (24, 27) para accionar la apertura de los contactos principales (23);

- unos medios de desconexión adaptados para controlar el mecanismo de disparo (24) antes de que dicho varistor alcance su nivel energético máximo de funcionamiento;

caracterizado porque los medios de desconexión comprenden:

- unos primeros medios térmicos de desconexión que comprenden un primer umbral energético de desconexión (U1) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas bajas inferiores a un primer nivel de corriente (I1);

- unos segundos medios electrónicos de desconexión que comprenden un segundo umbral energético de desconexión (U2) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas medias comprendidas entre un primer y un segundo nivel intermedio de corriente (I2A, I2B); y

- unos terceros medios mecánicos de desconexión que comprenden un tercer umbral energético de desconexión (U3) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas fuertes superiores a un tercer nivel de corriente (I3);

siendo los tres umbrales energéticos de desconexión (U1, U2, U3) inferiores al umbral energético máximo de funcionamiento.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2010/000767.

Solicitante: SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 35 RUE JOSEPH MONIER 92500 RUEIL-MALMAISON FRANCIA.

Inventor/es: DOMEJEAN, ERIC, CHABERT,CHRISTOPHE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad para limitar... > H02H9/04 (sensibles a un exceso de tensión (pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Interruptores de protección, p. ej. disyuntores... > H01H83/10 (accionados por una tensión excesiva, p. ej. para protección contra los rayos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Detalles de los interruptores o relés de protección... > H01H71/20 (con masa fusible)

PDF original: ES-2455548_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Conjunto de protección contra sobretensiones Campo técnico de la invención La invención se refiere a un conjunto de protección contra las sobretensiones que comprende un módulo de protección contra sobretensiones que comprende al menos un varistor con un umbral energético máximo de funcionamiento. Un aparato de corte eléctrico comprende unas entradas destinadas a conectarse a una línea a proteger, unos contactos principales controlados por un mecanismo de disparo, y unas salidas conectadas al módulo de protección contra sobretensiones. Los medios de accionamiento mecánico de dicho módulo están interconectados con los medios de disparo para accionar la apertura de los contactos principales. El conjunto de protección contra las sobretensiones comprende unos medios de desconexión adaptados para controlar el mecanismo de disparo antes de que dicho varistor alcance su nivel energético máximo de funcionamiento.

Estado de la técnica anterior

Es conocido asociar un dispositivo de protección contra las sobretensiones, que comprende un limitador de sobretensión de elementos no lineales variables con la tensión, con un dispositivo de corte eléctrico accionado por un mecanismo de accionamiento. El limitador de sobretensión y el dispositivo de corte eléctrico están conectados en serie.

Los limitadores de sobretensión denominados pararrayos integran unos componentes de protección contra sobretensiones como unos varistores, unos descargadores de gas o unos diodos transil. Cada componente de protección contra sobretensiones comprende su propio modo de fin de vida útil el cual depende de la tecnología utilizada.

En particular para los varistores, el estado de la técnica describe dos modos distintos de final de vida útil. El primer modo de fin de vida útil consiste en un calentamiento ligado al paso de una corriente de fuga a través del varistor. En general, esta corriente de fuga aumenta con el tiempo cuando se acelera el envejecimiento del varistor.

El otro modo de degradación consiste en que se produce un cortocircuito rápido del varistor. Este tipo de defecto se produce en presencia de una descarga tipo rayo o de una sobretensión industrial de la red que supera la capacidad energética del componente.

Tal como se describe en el documento EP 1607995, el dispositivo de corte eléctrico puede adoptar una posición de disparo y una posición de bloqueo que corresponden respectivamente al estado abierto y al estado cerrado de los contactos eléctricos. Un circuito de disparo coopera con el mecanismo de accionamiento para provocar el desplazamiento de los contactos del dispositivo de desconexión hacia el estado abierto, en particular en caso de destrucción del limitador de sobretensión especialmente al final de la vida útil de dichos elementos no lineales. El limitador de sobretensión que comprende, en particular, un varistor conectado a un separador térmico. En caso de un calentamiento excesivo del varistor tras un defecto de funcionamiento, la fusión del separador térmico actúa directamente sobre el mecanismo de accionamiento y provoca la apertura de los contactos eléctricos del dispositivo de corte eléctrico. El separador térmico está situado en el entorno del varistor y se calienta por conducción indirecta.

Se entiende por conducción indirecta el hecho de que al separador térmico no lo atraviesa la corriente eléctrica que atraviesa al varistor. Se entiende por conducción directa el hecho de que al separador térmico lo atraviesa una corriente eléctrica.

El uso de un separador térmico que se calienta, en particular, por conducción indirecta presenta a menudo algunos inconvenientes. El calibrado del separador térmico es restrictivo en cuanto a la elección del material y en cuanto a la cantidad de material utilizado para realizar el separador. El separador térmico se calibra por lo general para que se funda tras un calentamiento del varistor al que atraviesan unas corrientes de fuga. Sin embargo, este mismo separador térmico no está destinado a fundirse cuando el varistor se calienta tras una descarga tipo rayo. En caso de fusión del separador térmico tras una descarga tipo rayo acarrearía la falta de disponibilidad del limitador de sobretensión para futuras descargas tipo rayo, no siendo deseable esta última situación.

Con la presencia en la red de sobretensiones temporales que aparecen con una corriente de defecto a tierra o una descarga a la red de distribución pública, la energía disipada en el pararrayos puede ser elevada y provocar rápidamente la destrucción de los componentes de protección contra sobretensiones. Estas sobretensiones temporales que aparecen en la red se denominarán de aquí en adelante TOV (Temporar y Over Voltage) . La corriente de defecto resultante de una TOV también provoca un calentamiento del varistor detectado por un separador térmico. La amplitud de la corriente de defecto es, en este caso, mucho mayor que en el caso de corriente de fuga vinculada al envejecimiento del varistor. Este separador térmico debe entonces, en teoría, intervenir con una constante de tiempo relativamente corta (algunos segundos) para hacer frente a la influencia de las TOV y con una constante de tiempo relativamente larga (algunos minutos, e incluso algunas horas) para hacer frente al defecto del varistor que genera unas bajas corrientes de fuga. Además, este separador térmico no debe intervenir en presencia de una descarga tipo rayo.

En la actualidad, tal como se describe en la solicitud de patente FR 284678, algunos dispositivos electromagnéticos de disparo permiten proteger a los componentes de protección contra sobretensiones cuando unas corrientes de cortocircuito atraviesan a estos componentes. Para garantizar la función pararrayos garantizando una tensión en los bornes del aparato inferior a 2, 5 kV cuando una corriente de rayo de 25 kA pasa a través del este, es necesario minimizar la impedancia total de los componentes de protección contra sobretensiones y de los dispositivos de desconexión situados en serie de tal modo que no aumente la tensión de protección del dispositivo global.

Si la impedancia total es demasiado alta de tal modo que la tensión de protección del pararrayos es superior a 2, 5 kV entonces las cargas sensibles situadas en paralelo al pararrayos no estarán correctamente protegidas contra los riesgos de cebado.

Si la zona de disparo es extensa y, en particular, si se busca obtener un disparo para las corrientes eléctricas de baja intensidad, tradicionalmente de unos amperios a unas decenas de amperios, entonces los dispositivos electromagnéticos de disparo no son del todo adecuados.

A título de ejemplo, el dispositivo de protección debe dispararse a partir de 30 A para garantizar una zona de superposición con la protección térmica. En ausencia de superposición, puede que el componente de protección contra sobretensiones entre en cortocircuito sin que este defecto lo detecte un dispositivo de protección. Con un dispositivo electromagnético de disparo, como por ejemplo un actuador de paleta, se comprueba que el número de amperios vuelta (número de espiras) es muy grande y, de hecho, incompatible con el valor máximo posible de impedancia para mantener el criterio de tensión de protección.

Los sistemas de protección existentes solo permiten garantizar que el varistor no entrará en cortocircuito sea cual sea el tipo de tensión y la intensidad de la corriente de defecto. Así pues, cuando el varistor entra en cortocircuito, se forma un arco eléctrico entre los bornes del componente de protección contra sobretensiones. Si el nivel de corriente de cortocircuito de la instalación es muy alto (tradicionalmente superior a 50 kA efectivos) , los efectos ligados a este arco eléctrico son importantes. En... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Conjunto de protección contra las sobretensiones que comprende:

- un módulo de protección (20) contra las sobretensiones que comprende al menos un varistor (1) con un umbral energético máximo de funcionamiento; -un aparato de corte eléctrico (21) que comprende unas entradas (22) destinadas a conectarse a una línea a proteger, unos contactos principales (23) controlados por un mecanismo de disparo (24) , y unas salidas (25A) conectadas al módulo de protección contra las sobretensiones (20) , estando interconectados los medios de accionamiento mecánico (33) de dicho módulo con los medios de disparo (24, 27) para accionar la apertura de los contactos principales (23) ; -unos medios de desconexión adaptados para controlar el mecanismo de disparo (24) antes de que dicho varistor alcance su nivel energético máximo de funcionamiento; caracterizado porque los medios de desconexión comprenden:

-unos primeros medios térmicos de desconexión que comprenden un primer umbral energético de desconexión (U1) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas bajas inferiores a un primer nivel de corriente (I1) ; -unos segundos medios electrónicos de desconexión que comprenden un segundo umbral energético de desconexión (U2) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas medias comprendidas entre un primer y un segundo nivel intermedio de corriente (I2A, I2B) ; y -unos terceros medios mecánicos de desconexión que comprenden un tercer umbral energético de desconexión (U3) para proteger el varistor contra las corrientes eléctricas denominadas fuertes superiores a un tercer nivel de corriente (I3) ;

siendo los tres umbrales energéticos de desconexión (U1, U2, U3) inferiores al umbral energético máximo de funcionamiento.

2. Conjunto de protección según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer nivel de corriente (I1) es superior o igual al primer nivel intermedio de corriente (I2A) , el segundo nivel intermedio de corriente (I2B) estrictamente superior al primer nivel intermedio de corriente (I2A) ; y el segundo nivel intermedio de corriente (I2B) superior o igual al tercer nivel de corriente I3 (I2A <= I1; I2B > I2A; I3 <= I2B) .

3. Conjunto de protección según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los primeros medios térmicos de desconexión conectados de forma mecánica al varistor comprenden:

- un primer separador térmico (P1) , actuando la fusión del primer separador térmico (P1) en caso de calentamiento del varistor (1) sobre los medios de accionamiento mecánico (33) , comprendiendo dicho primer separador térmico (P1) una primera constante de tiempo de fusión (01) y una primera temperatura de fusión (T1) ; -un segundo separador térmico (P2) , actuando la fusión del segundo separador térmico (P2) en caso de calentamiento del varistor (1) sobre los medios de accionamiento mecánico (33) , comprendiendo dicho segundo separador térmico (P2) una segunda constante de tiempo de fusión (02) y una segunda temperatura de fusión (T2) , siendo superior la segunda temperatura de fusión (T2) a la primera temperatura de fusión (T1) , y siendo superior la primera constante de tiempo de fusión (01) a la segunda constante de tiempo de fusión (02) .

4. Conjunto de protección según la reivindicación 3, caracterizado porque los primeros medios térmicos de desconexión comprenden unos medios elásticos (12) que proporcionan una fuerza de desplazamiento (Fd) destinada a accionar el desplazamiento de los medios de accionamiento (10) desde una primera posición armada hacia una posición de disparo, quedando retenidos de forma mecánica los medios de accionamiento (10) en la posición armada mediante dichos primer y segundo separadores térmicos (P1, P2) , liberando la fusión de uno de los dos separadores térmicos el desplazamiento de los medios de accionamiento (10) .

5. Conjunto de protección según la reivindicación 4, caracterizado porque el primer separador térmico (P1) y el segundo separador térmico (P2) ejercen respectivamente una primera y una segunda fuerzas de retención (Fr1, Fr2) sobre los medios de accionamiento (10) , ejerciéndose dichas fuerzas de retención en serie sobre los medios de accionamiento (10) , provocando la fusión de un separador térmico de forma sucesiva la anulación de una de las fuerza de retención (Fr1, Fr2) y la liberación del desplazamiento de los medios de accionamiento (10) .

6. Conjunto de protección según la reivindicación 5, caracterizado porque el primer separador térmico (P1) y el segundo separador térmico (P2) ejercen respectivamente una primera y una segunda fuerzas de retención (Fr1, Fr2) sobre los medios de accionamiento (10) , ejerciéndose dichas fuerzas de retención de manera paralela sobre los medios de accionamiento (10) , provocando la fusión de un separador térmico de forma sucesiva la anulación de una de las dos fuerza de retención (Fr1, Fr2) , la anulación de la otra fuerza de retención (Fr1, Fr2) y el desplazamiento de los medios de accionamiento (10) .

7. Conjunto de protección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos segundos medios electrónicos de desconexión comprenden unos medios de medición de corriente conectados a unos medios de procesamiento.

8. Conjunto de protección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos terceros medios de desconexión comprenden un pistón asociado a una cámara de corte de aparato de corte eléctrico (21) en la cual está integrado un contacto eléctrico.

9. Conjunto de protección según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho pistón de desplaza con la aparición de una onda de presión causada por la repulsión del contacto eléctrico en presencia de corrientes eléctricas denominadas fuertes, controlando el desplazamiento del pistón al mecanismo de disparo (24) .