DISPOSITIVO COMBINADO DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA A BAJA TENSIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS Y PROLONGADAS CON RECONEXIÓN AUTOMÁTICA.

Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática. Objeto de la invención El objeto de la presente invención es un dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática, para su instalación en un punto de suministro individual. La presente invención se caracteriza porque combina en un solo dispositivo un circuito para protección contra sobretensiones transitorias, así como un circuito para la protección contra sobretensiones prolongadas. Este dispositivo trabaja junto con una unidad de control remoto, que controla la desconexión de un elemento de corte cuando está presente una sobretensión en la tensión de alimentación durante cierto tiempo, produciendo además la reconexión del elemento de corte cuando la tensión de alimentación cae a sus valores normales. La presente invención se caracteriza asimismo porque cuando la sobretensión es de un carácter prolongado, el dispositivo puede tener algunos medios que modifiquen el tiempo que transcurre hasta la desconexión en función del nivel de tensión de la sobretensión. La presente invención se caracteriza porque las señales de control enviadas desde el dispositivo de protección combinado hasta la unidad de control remoto y desde ésta a la unidad de corte, adoptan valores que producen la desconexión o reconexión del dispositivo de corte si la tensión de alimentación supera un umbral de tensión o si la tensión de alimentación disminuye los valores habituales, respectivamente. La invención se caracteriza asimismo porque el dispositivo tiene una fuente de alimentación que envía dos tensiones estabilizadas, una de ellas está estabilizada doblemente y tiene una baja deriva térmica, usándose dicha tensión por un lado para obtener dos tensiones de referencia muy estables, y por el otro para servir como suministro para la electrónica del circuito, debido a que está doblemente estabilizada proporciona la electrónica de la unidad con un funcionamiento estable sobre amplios intervalos de tensión de entrada y temperatura. Otra característica que tiene el dispositivo de protección es una alta estabilidad en el caso de perturbaciones lentas en la tensión de alimentación que pueden causar conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo, lo que podría dañar la instalación o las cargas conectadas a ésta. Esta estabilidad se consigue equipando al dispositivo con un intervalo de espera para la desconexión y reconexión, y además los circuitos comparadores incluyen histéresis. Por lo tanto, la presente invención entra dentro del ámbito de los dispositivos que junto con los dispositivos de 40 control y protección, tales como interruptores de circuito magnetotermicos y diferenciales permite que se consiga protección contra sobretensiones transitorias y prolongadas. Antecedentes de la invención 45 Hasta ahora han estado disponibles en el mercado dispositivos que proporcionan protección por un lado contra sobretensiones transitorias y por el otro contra sobretensiones prolongadas.   En ningún caso existen dispositivos conocidos que combinen en un solo elemento de equipo la protección combinada contra sobretensiones prolongadas y contra sobretensiones transitorias. Esta disposición combinada significa un ahorro de espacio en su conjunto en los paneles de control y de protección de las viviendas en los que el espacio en general es muy limitado. El problema de espacio en los paneles de control y protección en los que los elementos de corte empleados son relés electromecánicos, relés o contactores en estado sólido aumenta, ya que tienen que completar la protección de la instalación con un segundo elemento de corte, interruptor magnetotérmico o diferencial, que garantice la seguridad de la instalación. Por lo tanto, en estas instalaciones la característica de ahorro de espacio se aprecia que es significante por la disposición combinada de protección contra sobretensiones prolongadas y contra sobretensiones transitorias. 60 Otra desventaja encontrada en los dispositivos que existen en el mercado es la ausencia de un medio de suministro estabilizado con bajas derivas térmicas para la tensión de referencia, siendo posible que haya derivas térmicas sustanciales, lo que significará variaciones en los valores de la tensión de entrada para conexión o desconexión. 2 Aunque existen dispositivos de protección contra sobretensiones prolongadas que producen la desconexión después de que se haya excedido un umbral de tensión durante un cierto tiempo, estos dispositivos carecen por una parte de medios de protección contra sobretensiones transitorias, así como medios para su reinicio automático cuando la sobretensión prolongada ha recuperado su valor normal. Además, en los dispositivos que tienen un intervalo de espera contra fluctuaciones en la tensión de alimentación, pueden surgir situaciones en las que, después de que dicho intervalo de espera haya transcurrido, se produzcan conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo, por lo que es conveniente evitar dichas conexiones repetidas incluyendo histéresis o memoria en el sistema. Por otro lado, se ha observado que algunos de los dispositivos de protección existentes producen desconexiones por medio de un solo impulso que actúa sobre un triac, un MOSFET o un relé. Esto en ocasiones es una fuente de error, a través de la desconexión inoportuna para señales de ruido, o para el impulso que ha sido insuficiente para producir la desconexión. Se conocen dispositivos de protección que generan un tren de impulsos para garantizar la desconexión, aunque no tienen medios para permitir la reconexión del dispositivo de corte cuando la sobretensión que originó la desconexión ha desaparecido. Se conoce a partir del estado de la técnica un monitor de la línea de red eléctrica automático y un sistema controlador como el descrito en el documento US 5858756, en el que el dispositivo se usa para controlar la tensión eléctrica suministrada a un sistema o aparato eléctrico controlando la tensión eléctrica suministrada y evitando que la tensión eléctrica suministrada alcance el sistema o aparato eléctrico cuando las tensiones eléctricas suministradas no están dentro de un intervalo predeterminado y para restaurar automáticamente la tensión eléctrica suministrada al sistema o aparato eléctrico cuando la tensión eléctrica suministrada está dentro del intervalo predeterminado. Este sistema tiene algunas desventajas que la presente invención supera. 30 Por lo tanto, uno de los objetivos de la invención es conseguir un dispositivo de protección con alta inmunidad a las interferencias presentes en las redes, para que en el caso de que esto pase, el elemento de corte se vuelva a conectar cuando la interferencia haya desaparecido, y también en el sentido opuesto, el dispositivo será capaz de desconectarse de nuevo si se reconectó cuando la tensión de entrada era demasiado alta. 35 Por lo tanto, es un objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas que supera las desventajas que se han mencionado anteriormente y por lo tanto consigue:   - Una reducción del espacio necesario en el cuadro de distribución incorporando de manera combinada la protección combinada contra sobretensiones transitorias y prolongadas. - Que el dispositivo de protección contra sobretensiones prolongadas actúe después de que haya transcurrido un tiempo y un umbral de tensión se haya superado, siendo posible tener algunos medios que modifiquen el tiempo transcurrido hasta la desconexión en función del nivel de sobretensión, así como tener medios que eviten las conexiones y desconexiones repetidas en cortos intervalos de tiempo en el caso de fluctuaciones lentas en la tensión de alimentación. - Un dispositivo con alta inmunidad a interferencias en las redes, y en el caso de que tenga lugar una desconexión fortuita del elemento interruptor, la reconexión del mismo cuando la interferencia se haya desvanecido, así como producir la desconexión del elemento interruptor si la reconexión se realizó de forma inapropiada, ya que la tensión de entrada continúa siendo demasiado alta a pesar de la interferencia. - Un dispositivo que es capaz de reconectar el elemento de corte cuando la sobretensión que originó la apertura del mismo haya desaparecido. - Tener una fuente de alimentación que proporcione: - Una tensión doblemente estabilizada - Una tensión estabilizada - Una tensión proporcional a la tensión de entrada 3 Estos objetos se consiguen mediante un dispositivo de protección de acuerdo con la reivindicación 1. Descripción de la invención El objeto... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de aplicación en el punto individual de alimentación que está conectado a una unidad de control remoto (2) y a un elemento de corte (3), estando el dispositivo formado por la asociación de un circuito (4) de protección contra sobretensiones transitorias y por un circuito (5) contra sobretensiones prolongadas, y ambos montados a fin de que formen un solo conjunto en el que circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas está formado por: - Una unidad de alimentación eléctrica (6) - Una unidad de control (7) - Una unidad de potencia (8) en el que: - El circuito (5) de protección contra sobretensiones prolongadas actúa para que cuando la tensión de alimentación supere un valor umbral que dura un tiempo máximo genere señales que cuando se aplican a la unidad de control remoto (2) producen la desconexión de la unidad de corte (3), y cuando la tensión de alimentación vuelve a sus valores normales genere otros valores de las señales que se aplican a la unidad de control remoto y que producen la reconexión de la unidad de corte (3), caracterizado porque - La unidad de alimentación eléctrica (6) está formada a su vez por una fuente de tensión estabilizada (9) que sirve para enviar un tensión positiva doblemente estabilizada (+Vcc) y una tensión negativa estabilizada (-Vcc), también está formada por un circuito (10) para obtener una tensión directa con(Vc1) proporcional a la tensión de alimentación alterna. La tensión positiva (+Vcc) se usa simultáneamente para alimentar la unidad de control y para la obtención de dos tensiones de referencia (Vref1 y Vref2), en el que, la fuente de tensión estabilizada (9) proporciona la tensión negativa estabilizada (-Vcc) por medio de un diodo Zener (DZ2), esta tensión se usa exclusivamente para alimentar algunos excitadores (12) y (14), además, el circuito (9) también proporciona la tensión doblemente estabilizada (+Vcc), en el que la primera estabilización se realiza por medio de un diodo Zener (DZ1), mientras que la segunda estabilización, que proporciona una baja deriva térmica, se pone en práctica por medio del transistor (Q1), los resistores (R1), (R2), (R3) y un dispositivo de estabilización de precisión (REF); el uso de esta doble estabilización garantiza una gran estabilidad de las tensiones (+Vcc), (Vref1) y (Vref2) con respecto a variaciones en la tensión de alimentación y en la temperatura. 40 - La unidad de control (7) genera una serie de impulsos, en función de la comparación realizada entre los de la tensión (+Vcc) proporcional a la tensión de entrada y las tensiones de referencia (Vref1) y (Vref2) en algunos comparadores (COMP1) y (COMP2) que incorporan un margen de tensión de histéresis; los impulsos generados se aplican sucesivamente a un elemento de conmutación de la unidad de potencia (8) que produce la activación de la unidad de control remoto (2) tanto para la desconexión como para la reconexión del elemento de corte. 2. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de control (7) recibe las señales (+Vcc) (-Vcc) y (Vc1) de la unidad de alimentación eléctrica (6), y envía las señales (Vc2) y (Vc3) a la unidad de potencia, estando formada la unidad de control (7) por: - Comparadores (COMP1) y (COMP2) cuyas salidas se llevan a   - Un temporizador variable que se utiliza como retardo, con su salida conectada a, - Un (ASTABLE 1) (11) y a otro multivibrador astable (ASTABLE 2) (13), éste último a través de un inversor (16). - Excitadores, (EXCITADOR ENCENDIDO) (12) y (EXCITADOR APAGADO) (14) conectados a la salida del (ASTABLE 1) y el (ASTABLE 2), respectivamente. 60 3. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque en el (COMP1) y   en el (COMP2) la comparación se realiza entre la señal (Vc1), proporcional a la tensión de alimentación y las señales (Vref 1) y (Vref2), respectivamente. 4. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y 5 prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad de control (7) genera algunas señales periódicas (Vc2) y (Vc3) cuando la tensión (Vc1) supera el valor (Vref1) durante un tiempo máximo preestablecido (tmax1) o cuando la tensión (Vc1) supera el valor (Vref2) durante otro tiempo máximo preestablecido (tmax2). 10 5. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la tensión de referencia (Vref1) estará al menos el 15% por encima de la tensión nominal y el tiempo máximo (tmax1) se ajustará preferiblemente en el intervalo de 2 a 3 segundos. 15 6. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la tensión de referencia (Vref2) estará al menos el 30% por encima de la tensión nominal y el tiempo máximo (tmax1) se ajustará preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 1 segundo. 20 7. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cuando la tensión de alimentación supera su valor nominal por al menos el 15% durante un tiempo predeterminado mayor que (tmax1) por un lado el multivibrador astable (ASTABLE 1) (11) está desactivado, las señales (V1), (Vc2) y (Von) son cero y por otro lado el multivibrador astable (ASTABLE 2) está activado, cuya salida (V2) será una secuencia de impulsos 25 positiva que se aplican al circuito excitador (EXCITADOR APAGADO) (14) que adapta los niveles de la señal (V2) para obtener una señal (Vc3) adecuada para controlar algunos medios de conmutación (17) en la unidad de potencia (8). La unidad de potencia (8) aplica una señal (Voff) con la polaridad apropiada a la unidad de control remoto a fin de que esta produzca la desconexión del elemento de corte. 30 8. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cuando la tensión de entrada supera su valor nominal por al menos el 30% durante un tiempo predeterminado mayor que (tmax2), el funcionamiento es el mismo pero el tiempo de activación se reduce. 35 9. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque cuando la tensión de entrada cae a sus valores normales el valor de la tensión de salida cambia, causando la desactivación del (ASTABLE 2), las señales (V2), (Vc3) y (Voff) se convierten en cero y simultáneamente el (ASTABLE 1) (11) se activa, por lo que hay una secuencia de impulsos positivos (ASTABLE 1), cuya salida (V1) será una secuencia de 40 impulsos positiva que se aplican al circuito excitador (EXCITADOR ENCENDIDO) (12) que adapta los niveles de la señal (V1) para obtener una señal (Vc2) adecuada para controlar el medio de conmutación (17) en la unidad de potencia. La unidad de potencia enviará una señal (Von) que será un tren de impulsos con la polaridad apropiada a la unidad de control remoto a fin de que ésta realice la reconexión del elemento de corte. 45 10. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque en paralelo con el medio de conmutación de la unidad de potencia se montan algunos diodos que cortan los picos de tensión residual de los varistores. 50 11. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y prolongadas con reconexión automática de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se usa tanto en suministros monofásicos como trifásicos. 12. Dispositivo combinado de protección eléctrica a baja tensión contra sobretensiones transitorias y 55 prolongadas con reconexión automática de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los comparadores (COMP1) y (COMP2) tienen un margen de tensión de histéresis en el que la tensión de alimentación para la que se hace la desconexión está por encima de la tensión de reconexión, proporcionando el dispositivo junto con el retardo con una alta inmunidad a fluctuaciones lentas en la tensión de alimentación. 11   12   13   14     16   17   18   19