DISYUNTOR ELECTRICO.

Un disyuntor eléctrico (1) para proteger un circuito eléctrico (3) contra cargas de corriente excesivas,

que comprende

- un disyuntor (11) para disponerse en dicho circuito eléctrico (3);

- primer medio (13) para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) en respuesta a una señal de disparo (14);

- medio (17) para recibir (IF) y almacenar (MEM) una orden de umbral de corriente programable (CC);

- medio (15) para detectar un nivel de corriente (CL) en dicho circuito eléctrico (3); y

- medio de procesamiento (16) para generar dicha señal de disparo (14) en función de dicha orden de umbral de corriente programable almacenada (CC) y dicho nivel de corriente detectado (CL);

que se caracteriza por

- un segundo medio (12) para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) si una corriente que fluye en dicho circuito eléctrico supera una corriente asignada predeterminada (IR) por un periodo de tiempo mayor a una duración especificada (31, 32)

Disyuntor eléctrico.

La presente invención se refiere a un disyuntor eléctrico para proteger un circuito eléctrico contra corrientes de carga excesivas.

Los disyuntores eléctricos se usan de forma típica en redes de distribución de electricidad en varias situaciones en la red, con el fin de monitorizar el nivel de corriente que fluye en la red, e interrumpir la corriente eléctrica si el nivel de corriente que fluye a través del disyuntor eléctrico excede ciertos umbrales o límites.

Para lograr una protección adecuada en la zona de baja tensión de la red, se usan generalmente disyuntores magnetotérmicos. Un disyuntor magnetotérmico insertado en un circuito eléctrico abrirá automáticamente el circuito eléctrico para desconectar una zona de la red, si el nivel de corriente a través del disyuntor eléctrico excede de un nivel peligroso, esto es, cuando sucede una condición de sobrecarga. En este tipo de disyuntor eléctrico, esto se consigue típicamente por medio de un elemento térmico resistivo que modificará sus dimensiones mecánicas por la temperatura debida al incremento de nivel de corriente. Un elemento térmico, sin embargo, no responderá de manera instantánea a una condición de sobrecarga. Más bien, el tiempo que el elemento térmico necesita para variar sus dimensiones mecánicas depende de su masa térmica, y por otro lado también de la cantidad de corriente de sobrecarga. El tiempo que requiere el elemento térmico para responder como corresponde a una condición particular de sobrecarga varía entre fracciones de segundo y alrededor de una hora. Obviamente, también influye la temperatura ambiente en este tiempo de respuesta. Las características no instantáneas de la respuesta de un elemento térmico son apropiadas para la protección del circuito eléctrico y, por ello, la red completa contra una condición de sobrecarga permanente causada, por ejemplo, por la conexión en paralelo de excesivas cargas en el circuito eléctrico, mientras que picos de corriente cortos no causarán un disparo indeseado del disyuntor eléctrico. Estos picos de corriente se generan cuando se encienden cargas eléctricas como televisiones o motores eléctricos.

Por otra parte, las características de respuesta no instantánea hacen que un disyuntor eléctrico sólo con un elemento térmico convencional sea menos adecuado para la protección contra altos niveles de sobreintensidad de la parte de la red asociada que pueden ser causados, por ejemplo, por una condición de cortocircuito. En esta situación se requiere una respuesta rápida del disyuntor.

Para proporcionar un tiempo rápido de respuesta en esas condiciones de sobrecarga extrema, un disyuntor eléctrico para el uso en la red de baja tensión está dotado al efecto de un elemento electromagnético, por ejemplo, una bobina, que generará una fuerza magnética dependiendo de la cantidad de corriente que fluye a través del disyuntor eléctrico. Si la fuerza generada por el elemento magnético excede un cierto umbral de fuerza, el elemento magnético disparará el disyuntor eléctrico con algunos milisegundos de retraso para prevenir daños instantáneos en la red.

Además de este tipo convencional de disyuntor electromagnético, otros tipos convencionales de disyuntores comprenden sólo un elemento térmico, o sólo un elemento electromagnético, para abrir un circuito eléctrico cuando ha sucedido una condición de sobrecarga.

Cada uno de estos y otros tipos de disyuntores eléctricos convencionales tiene una así llamada corriente asignada. Este parámetro describe el nivel de corriente a partir del cual el disyuntor debe abrir el circuito eléctrico. Un nivel de corriente por encima del nivel de corriente asignada supone una condición de sobrecarga que eventualmente levará al disparo del disyuntor eléctrico. La corriente asignada está determinada por el diseño del disyuntor eléctrico, por ejemplo, el tamaño, la masa térmica, la restricción mecánica y otras condiciones de los elementos térmico y/o magnético. Hoy en día, existe en el mercado una variedad de disyuntores eléctricos con una variedad de corrientes asignadas, adaptadas a la variedad de necesidades que surgen a partir de la existencia de una variedad de consumidores, niveles de carga y restricciones de carga de la red. Sin embargo, uno o más parámetros de una instalación eléctrica pueden cambiar en ocasiones por razones varias.

En una red de distribución de energía, puede surgir la necesidad de actualizar el nivel de corriente de disparo o el grado de protección del circuito protegido por el disyuntor eléctrico. Para conseguir esto con disyuntores convencionales, es necesario reemplazar el disyuntor eléctrico existente que tiene una corriente asignada dada, por un disyuntor eléctrico que tenga una corriente asignada distinta, adaptada a la nueva situación. Esto es laborioso, consume tiempo y puede ser particularmente desfavorable en grandes redes de distribución de electricidad. El cambio del nivel de corriente de disparo de un disyuntor durante la operación sostenida del mismo es imposible. La necesidad de proporcionar e instalar una variedad de disyuntores diferentes con una variedad de corrientes asignadas dadas lleva a inflexibilidades con impactos adversos en los costes de mantenimiento y administración de una red. Sería muy deseable una mayor flexibilidad a este respecto. El documento EP-A 0571838 revela un disyuntor eléctrico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención se ha hecho para resolver los problemas antes mencionados y otros asociados con la técnica anterior.

Un disyuntor eléctrico de acuerdo con la presente invención es ventajoso en que las características de protección de la carga del disyuntor se han hecho programables. De esta manera se obtiene un disyuntor eléctrico que es adecuado para una variedad de consumidores, niveles de carga y restricciones de carga de una red, sin la necesidad de realizar trabajos de sustitución o de mantener disponible un gran número de distintos tipos de disyuntores.

La programación del disyuntor eléctrico puede realizarse en una variedad de distintas formas. Preferentemente, el disyuntor eléctrico incluye medios de comunicación sobre la línea de potencia para recibir órdenes de umbrales de corriente a través del circuito eléctrico protegido por el disyuntor eléctrico. Estas órdenes recibidas de umbrales de corriente son almacenadas por el disyuntor eléctrico hasta que se recibe otra orden de umbral de corriente. Tales órdenes pueden estar generadas por una instalación central para la administración de una sección dada de red que comprende una pluralidad de consumidores e disyuntores eléctricos asociados. Es ventajoso adaptar la instalación central de forma que las órdenes de umbrales de corriente puedan ser dirigidas a disyuntores específicos en la sección de red. Esto permitirá al operador de red administrar de forma remota un consumidor específico conectado a un disyuntor eléctrico singular con un grado de flexibilidad alto y costes de administración bajos. Por ejemplo, los cambios en un contrato de suministro relativos al consumo máximo de corriente admisible pueden implementarse rápidamente reprogramando el disyuntor eléctrico por administración remota.

Adicional o alternativamente, es más ventajoso aún equipar las instalaciones centrales de forma que una orden de umbral de corriente pueda dirigirse a un grupo o todos los disyuntores eléctricos de una zona de la red. Como medio de ejemplo, en repuesta al suceso de una condición global de sobrecarga en la totalidad de zona de la red administrada por la instalación central, se pueden programar umbrales de corriente adecuados, esto es, menores, para un gran número de disyuntores eléctricos, para prevenir una avería global o apagón sin la necesidad de desconectar la totalidad de la sección de red. Tales condiciones globales de sobrecarga pueden ocurrir, por ejemplo, si un gran número de consumidores demanda corriente de la sección de red a niveles cercanos pero inferiores al umbral normal de corriente aplicable a los consumidores. De forma similar, en condiciones de baja carga en la sección de red sería ventajoso programar umbrales de corriente superiores en un grupo o todos los disyuntores eléctricos de la sección de red de manera que se permita un mayor consumo individual de corriente a los consumidores de dicha sección.

De forma alternativa o adicional a la provisión de medios para la recepción de órdenes de umbrales de corriente programables por medio de la comunicación sobre línea de potencia en el circuito eléctrico al que el disyuntor eléctrico...

1. Un disyuntor eléctrico (1) para proteger un circuito eléctrico (3) contra cargas de corriente excesivas, que comprende

- un disyuntor (11) para disponerse en dicho circuito eléctrico (3);

- primer medio (13) para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) en respuesta a una señal de disparo (14);

- medio (17) para recibir (IF) y almacenar (MEM) una orden de umbral de corriente programable (CC);

- medio (15) para detectar un nivel de corriente (CL) en dicho circuito eléctrico (3); y

- medio de procesamiento (16) para generar dicha señal de disparo (14) en función de dicha orden de umbral de corriente programable almacenada (CC) y dicho nivel de corriente detectado (CL);

que se caracteriza por

- un segundo medio (12) para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) si una corriente que fluye en dicho circuito eléctrico supera una corriente asignada predeterminada (I_R) por un periodo de tiempo mayor a una duración especificada (31, 32).

2. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo medio (12) comprende

- un elemento de detección del nivel de corriente térmico; y

- medio para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) si dicho elemento de detección del nivel de corriente térmico supera un umbral de temperatura.

3. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho segundo medio (12) comprende

- un medio de detección del nivel de corriente electromagnético que incluye una bobina; y

- medio para hacer que dicho disyuntor (11) abra dicho circuito eléctrico (3) si una fuerza magnética generada por dicha bobina supera un umbral.

4. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo medio (12) comprende

- un medio detección del nivel de corriente térmico para detectar térmicamente una cantidad de corriente, (I) que fluye en dicho circuito eléctrico;

- medio para hacer que dicho disyuntor abra dicho circuito eléctrico (3) si dicho medio de detección del nivel de corriente térmico supera un umbral de temperatura que determina la corriente asignada (I₁) de dicho disyuntor eléctrico (1);

- medio de detección del nivel de corriente electromagnético que incluye una bobina para generar una fuerza magnética de acuerdo con la cantidad de corriente (I) que fluye en dicho circuito eléctrico (3); y

- medio para hacer que dicho medio disyuntor abra dicho circuito eléctrico si dicha fuerza magnética generada por dicha bobina supera un umbral de fuerza (I₂);

- dicho medio de detección de corriente electromagnético y dicho medio de detección del nivel de corriente térmico están dimensionados de modo que un nivel de corriente eléctrica (I₂) correspondiente a dicho umbral de fuerza es mayor que dicho nivel de corriente eléctrica asignada (I₁).

5. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho disyuntor (11) comprende

- un elemento de interrupción mecánica en serie con un elemento de interrupción en estado sólido;

- dicho segundo medio (12) para hacer que dicho disyuntor abra dicho circuito eléctrico si una corriente (I) que fluye en dicho circuito eléctrico (3) supera una corriente asignada predeterminada (I₁) está dispuesto para disparar dicho elemento de interrupción mecánico; y

- dicho primer medio (13) para hacer que dicho disyuntor abra dicho circuito eléctrico en respuesta a una señal de disparo (14) está dispuesto para disparar dicho elemento de interrupción en estado sólido.

6. El disyuntor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho primer medio (13), dicho segundo medio (12) y dicho disyuntor (11) están integrados en una única unidad.

7. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho medio (15) para detectar un nivel de corriente en dicho circuito eléctrico comprende

- medio (R) para convertir una corriente eléctrica que fluye en dicho circuito eléctrico en una tensión; y

- medio (151) para detecta dicha tensión y emitir una señal de detección del nivel de corriente (CL) correspondiente.

8. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicho medio (15) para convertir una corriente eléctrica en una tensión comprende una impedancia en paralelo (R) o una disposición de bobinas acopladas magnéticamente para constituir un transformador o un dispositivo de efecto hall o un resistor magnético o una bobina de Rogosky.

9. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho medio de procesamiento (16) está adaptado para generar dicha señal de disparo (14) después de que dicho nivel de corriente detectado (CL) ha superado de forma continua dicho umbral de corriente programado (I₃, I₄, I₅) para una duración Tj especificada.

10. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha duración específica se puede programar para depender del nivel detectado de corriente (CL) en dicho circuito eléctrico (3).

11. El disyuntor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, que comprende medio (17) para recibir y almacenar una orden que especifica dicha duración Tj.

12. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, que comprende

- medio para almacenar un segundo umbral de corriente (I₁) mayor que dicho umbral de corriente programado (I₃, I₄,I₅);

- siendo dicha duración específica una primera duración predeterminada o programada, si dicho nivel de corriente detectado (CL) está por encima de dicho umbral de corriente programado (I₃, I₄,I₅) y por debajo de dicho segundo umbral de corriente (I₁), y una segunda duración, predeterminada o programada, y más corta que dicha primera duración si dicho nivel de corriente detectado (CL) está por encima de dicho segundo umbral de corriente (I₁).

13. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende

- medio para recibir una segunda orden de umbral de corriente;

- estando dicho segundo medio de almacenamiento de umbral de corriente adaptado para almacenar dicho segundo umbral de corriente de acuerdo con dicha segunda orden de umbral de corriente.

14. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que

- dicho umbral de corriente programable (I₃, I₄, I₅) es menor que dicho nivel de corriente asignado (I₁); y

- dicho segundo umbral de corriente (I₁) es menor que el nivel de corriente (I₂) correspondiente a dicho umbral de fuerza.

15. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho medio de procesamiento (16) está adaptado para:

- proporcionar una pluralidad de relaciones funcionales (331, 332, 333), especificando cada una para una pluralidad de niveles de corriente (I) una duración asociada correspondiente (t); y

- seleccionar una de dichas relaciones funcionales (331, 332, 333) de acuerdo con dicha orden de umbral de corriente (CC).

16. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dichas relaciones funcionales se almacenan en dicho medio de procesamiento (16) en forma de tablas o en forma de rutinas de software para calcular dichas relaciones funcionales.

17. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el medio (17) para recibir una orden de cierre de circuito; y medio (13) para operar dicho disyuntor (11) para cerrar circuito eléctrico en respuesta a dicha orden de cierre de circuito.

18. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el medio (17) para recibir una orden de interrupción del circuito; y medio (13) para operar dicho disyuntor (11) para abrir circuito eléctrico (3) en respuesta a dicha orden de interrupción del circuito.

19. El disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende el medio de comunicación de la línea de alimentación (171, IF) para recibir dichas órdenes a través de una línea de alimentación eléctrica pública (BT, 2) que alimenta dicho circuito eléctrico (3) a través de dicho disyuntor (11).

20. El disyuntor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que

- dicho primer medio (13) comprende una bobina (131) para accionar magnetoeléctricamente un miembro móvil (132) y un disyuntor auxiliar (133) conectados en serie con dicha bobina (131);

- estando dicho disyuntor (11) y dicho disyuntor auxiliar (133) acoplados mecánicamente con dicho miembro móvil (132) para su accionamiento;

- siendo un desplazamiento (?133) requerido para abrir dicho disyuntor auxiliar (133) más grande que un desplazamiento (?11) requerido para abrir dicho disyuntor (11).

21. Un medidor de electricidad (100) para medir la cantidad de energía suministrada a un consumidor de electricidad (Hn) a través de un circuito eléctrico (3) que comprende un disyuntor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

22. El medidor de electricidad (100) de acuerdo con la reivindicación 21, que comprende

- medio (18) para multiplicar dicho nivel de corriente detectado (CL) con una tensión de suministro (U) de dicho circuito eléctrico (3) con el fin de obtener una medida de los niveles de energía instantáneos activos y reactivos suministrados a dicho circuito eléctrico (3); y

- medio (18) para integrar dichos niveles de energía instantáneos obtenidos en el tiempo con el fin de obtener la energía activa y reactiva suministrada a dicho circuito eléctrico (3).

23. Una red de distribución de energía, que comprende

- al menos una planta de energía eléctrica para generar energía eléctrica para distribuir a una pluralidad de consumidores (H1, H2,... , Hn).

- una red de distribución de energía eléctrica (AT, MT, BAT) para distribuir la energía generada por dicha al menos una planta de energía a dichos consumidores (H1, H2,... , Hn); y

- Una pluralidad de disyuntores de circuito eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 y/o una pluralidad de medidores de electricidad (100) de acuerdo con la reivindicación 21 ó 22.

24. La red de distribución de energía de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende la administración y el control de instalaciones (21) para monitorizar las condiciones de carga en dicha red de distribución de energía (AT, MT, BT) y para generar al menos una de dichas órdenes para dichos disyuntores de circuito eléctrico (1) de acuerdo con dichas condiciones de carga monitorizadas.

25. La red de distribución de energía de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende

- una pluralidad de subestaciones primarias (Tp) dispuestas entre porciones de alta tensión (AT) y porciones de media tensión (MT) de dicha red de distribución de electricidad;

- una pluralidad de subestaciones secundarias (Ts) dispuestas entre porciones de media tensión (MT) y porciones de baja tensión (BT) de dicha red de distribución de electricidad;

- medio de comunicación (CBT) dispuesto en al menos una de dichas subestaciones secundarias para recibir órdenes de dichas instalaciones de administración y control (21) y para generar dichas órdenes de umbrales de corriente (CC) y/o órdenes de cierre del circuito y/u órdenes de interrupción del circuito de acuerdo con las órdenes recibidas de dichas instalaciones de administración y control (21);

- medio de comunicación de la línea de alimentación (24) para inyectar dichas órdenes generadas por dicho medio de comunicación (CBT) en una porción de baja tensión (BT, 2) de dicha red de distribución de electricidad para la transmisión a al menos uno de dichos consumidores de electricidad (H1, ... , Hn).

- estando dichas instalaciones de administración y control (21) y dicho medio de comunicación (CBT) dispuestos de modo que se comunican entre sí a través de una red de teléfono público (20).

26. La red de distribución de electricidad de acuerdo con la reivindicación 25, en la que dicha red de teléfono público es una red de telefonía móvil inalámbrica (20, 23).