DISPOSITIVO COMBINADO DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS, TEMPORALES Y PERMANENTES.

- Sistema de protección que comprende un dispositivo combinado (3) de protección eléctrica en baja tensión frente a sobretensiones transitorias (3a) y frente a sobretensiones temporales y permanentes (3b) que trabajan en asociación con disparadores electromecánicos (2) que hacen que un dispositivo de conmutación (1) se abra cuando hay sobretensión en el suministro por encima de un tiempo específico dejando las cargas (5,

6) aguas abajo del dispositivo sin suministro; el dispositivo se proporciona con una parte que protege frente a - sobretensiones transitorias (3a) y otra parte que protege frente a sobretensiones temporales y permanentes (3b), en el que el dispositivo de protección combinado - se dispone aguas abajo del dispositivo de conmutación (1) sobre el que actúa y por lo tanto sólo se requiere para soportar cualquier sobretensión transitoria, temporal o permanente que pueda existir durante el tiempo que pasa desde el inicio de la sobretensión hasta la apertura del elemento de conmutación y es independiente de la red tras su accionamiento y la apertura del dispositivo de conmutación (1), - permite un tiempo de accionamiento desde el inicio de la sobretensión hasta la apertura del elemento de conmutación que puede variar de acuerdo con el nivel de sobretensión, y es programable para evitar acciones de deslizamiento que dejarían al usuario sin servicio innecesariamente; caracterizándose por que: - permite procesar tanto el valor máximo como el valor rms de la señal de la red para producir el deslizamiento y el accionamiento del dispositivo de conmutación (1), - El disparador electromecánico recibe una señal de deslizamiento en conformidad con una secuencia de impulsos que tiene un valor promedio de un impulso al siguiente con un tiempo de conducción creciente

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08381019.

Solicitante: CIRPROTEC, S.L..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MARTIN PEIDRO, JOSE ANTONIO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 29 de Mayo de 2008.

Fecha Concesión Europea: 28 de Julio de 2010.

Clasificación PCT:

  • G01R15/04 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 15/00 Detalles de dispositivos para proceder a las medidas de tipos previstos en los grupos G01R 17/00 - G01R 29/00, G01R 33/00 - G01R 33/26 o G01R 35/00. › Divisores de tensión.
  • H02H3/20 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 3/00 Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática respondiendo directamente a un cambio indeseado de las condiciones eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (especialmente adaptados para máquinas o aparatos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas H02H 7/00; sistemas para conmutación de la alimentación de reserva H02J 9/00). › sensibles a un exceso de tensión.
  • H02H3/22 H02H 3/00 […] › de corta duración, p. ej. rayos.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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DISPOSITIVO COMBINADO DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS, TEMPORALES Y PERMANENTES.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de esta invención es un dispositivo combinado de protección eléctrica en baja tensión contra sobretensiones transitorias, temporales o permanentes, destinado para ser instalado preferentemente en el punto de enlace de la instalación del usuario con la red general de distribución en baja tensión.

Se considera sobretensión cualquier tensión con un valor, ya sea de pico o eficaz, superior el valor nominal del sistema. Los estándares internacionales proporcionan la siguiente información:

Las sobretensiones transitorias son, en general, de tipo impulsional y muy corta duración, pueden ser oscilatorias o no, pero suelen amortiguarse rápidamente, durando normalmente menos de unos pocos milisegundos. En general están provocadas por descargas atmosféricas, maniobras en la red eléctrica y actuación de dispositivos de protección tales como fusibles.

Las sobretensiones temporales se definen como aquellas que se producen en una ubicación dada y son de duración relativamente larga, generalmente son inferiores a algunos minutos, para duraciones superiores se pueden considerar como sobretensiones permanentes. Suelen estar provocadas por operaciones de conmutación, no linealidad en la red, reducciones súbitas de consumo y roturas o mala conexión del conductor de neutro.

La presente invención combina en un único dispositivo un circuito de protección contra sobretensiones transitorias, así como un circuito que protege frente a sobretensiones temporales y permanentes. El dispositivo combinado funciona en asociación con los disparadores electromecánicos comerciales, generalmente de tipo emisión (shunt) o mínima tensión que hacen que un dispositivo de conmutación asociado se abra cuando hay una sobretensión durante un tiempo o permanentemente en la tensión de alimentación durante un período que exceda el tiempo establecido. La apertura del dispositivo de conmutación, deja la instalación y las cargas conectadas aguas abajo del mismo sin alimentación, evitando su daño o destrucción.

Cuando la sobretensión es temporal o permanente, el dispositivo de la presente invención tiene unos medios que garantizan que el tiempo total transcurrido desde el inicio de la sobretensión a la apertura del dispositivo de conmutación varía de acuerdo con el nivel de sobretensión. Cuanto mayor sea la sobretensión, menor será el tiempo de retardo en la activación del dispositivo de corte, asegurando de esta manera que las cargas disipan una potencia que es similar o menor en el margen de sobretensiones considerado. El uso de un tiempo de accionamiento variable evita deslizamientos no deseados, lo que dejaría al usuario sin servicio innecesariamente.

La señal de accionamiento generada por el dispositivo combinado de protección y aplicada a la descarga electromecánica unida al dispositivo de conmutación, adopta unos valores que hacen que el dispositivo de conmutación se abra cuando la tensión de alimentación excede un valor predeterminado.

El dispositivo objeto de la invención puede utilizarse en instalaciones monofásicas y trifásicas, con la excepción de las variantes de la construcción de menor importancia.

Por lo tanto, esta invención se circunscribe dentro del ámbito de los dispositivos que, asociados con dispositivos de conmutación comerciales tales como disyuntores, permiten la protección frente a sobretensiones transitorias, temporales y permanentes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Hasta la fecha existen dispositivos en el mercado que sólo protegen frente a las sobretensiones transitorias. El uso de tales dispositivos se ha generalizado durante muchos años, y suelen utilizar componentes electrónicos tales como varistores de óxido de metal y/o supresores de gas y configuraciones adaptadas a los diferentes sistemas de alimentación (TT, TN, TI) en redes monofásicas y trifásicas. Estos dispositivos pueden ser dañados o pueden quedar fuera de servicio cuando se producen sobretensiones temporales de larga duración o permanentes, ya que no suelen estar construidos para soportar este tipo de sobretensión.

La existencia de dispositivos de protección frente a sobretensiones temporales y permanentes como, por ejemplo, la patente ES 2170671 B1, que dependiendo de su forma de realización, puede dar lugar a uno o varios de los siguientes problemas:

- Los dispositivos pueden ser dañados por sobretensiones transitorias ya que no

incluyen medios de protección internos específicos lo que limitan su valor.

- Estos dispositivos están frecuentemente asociados con un disyuntor operado por

corriente residual como un elemento de conmutación o forman parte intrínseca

de ellos, si la protección se realiza provocando una corriente de fuga a tierra los

dispositivos no serán aplicables cuando ésta no esté disponible, no actuarán

adecuadamente cuando exista una resistencia con un valor alto o los tiempos de accionamiento pueden variar, dependiendo de la resistencia de los mismos. En otros casos la corriente residual es provocada colocando el dispositivo entre la entrada y la salida del conmutador operado por corriente residual (derivación), este sistema desconecta el suministro a las cargas, sin embargo no logra el aislamiento galvánico entre la entrada y la salida requerido por los estándares, y esta falta de aislamiento puede causar problemas de seguridad tanto para los usuarios como para la instalación. Otra desventaja a considerar es el caso de las instalaciones que requieren el uso de diversos disyuntores operados por corriente residual, ya que para proporcionar protección total el costo y el espacio necesarios aumentarían considerablemente.

Se conoce en el estado de la técnica un dispositivo de protección descrito en EP 1401075 en el que se describe una protección frente a la sobretensión que tiene un primer comparador que proporciona una tensión de señal interna (Us) cuando la tensión de red (Un) está por encima de un valor límite permisible, una etapa de tiempo de retardo que proporciona una tensión de señal modificada (U's) y un segundo comparador que proporciona una tensión de señal de deslizamiento (Ua) cuando la tensión de señal modificada está por encima de un valor de referencia (U2).

También se conoce la existencia de unos dispositivos de protección combinados para sobretensiones transitorias y permanentes con reconexión automática como el que se describe en la patente EP 1701424 A1, este dispositivo se asocia con una unidad de control remoto que actúa en un dispositivo de conmutación que desconecta la tensión de alimentación de las cargas cuando hay una sobretensión permanente, el dispositivo combinado también actúa en la unidad de control remoto reconectando el dispositivo de conmutación de corte cuando la tensión de alimentación vuelve a valores aceptables.

Para garantizar la reconexión de los dispositivos de conmutación son necesarios unos dispositivos electromecánicos externos especiales o se utilizan directamente unos dispositivos de conmutación que incorporan internamente los medios necesarios para hacer la reconexión; la complejidad de los sistemas indicados significa que son costosos y sólo unos pocos fabricantes de dispositivos de conmutación proporcionan algunas de estas opciones. Por el contrario, el dispositivo combinado objeto de la invención actúa en conmutadores de uso común de bajo coste del tipo suministrado por todos los fabricantes de dispositivos de conmutación.

Como resultado de la situación descrita los sistemas de protección de sobretensión con reconexión automática se utilizan casi exclusivamente en instalaciones donde se requiere un alto grado de continuidad del servicio, por ejemplo en segundas residencias o instalaciones aisladas.

Otro punto muy importante a tener en cuenta es el lugar ocupado por el dispositivo de protección combinado con reconexión automática dentro de la instalación eléctrica. Siempre recibe la tensión de alimentación incluso cuando una sobretensión permanente de potencia provoca la apertura del dispositivo de conmutación. El accionamiento del dispositivo de conmutación protege las cargas; sin embargo, se requiere el dispositivo combinado para soportar cualquier posible perturbación desde la red eléctrica.

Otra desventaja de los dispositivos de protección conocidos, con o sin reconexión, es el uso del valor máximo de la señal de entrada de la onda senoidal...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de protección que comprende un dispositivo combinado (3) de protección eléctrica en baja tensión frente a sobretensiones transitorias (3a) y frente a sobretensiones temporales y permanentes (3b) que trabajan en asociación con disparadores electromecánicos (2) que hacen que un dispositivo de conmutación (1) se abra cuando hay sobretensión en el suministro por encima de un tiempo específico dejando las cargas (5, 6) aguas abajo del dispositivo sin suministro; el dispositivo se proporciona con una parte que protege frente a - sobretensiones transitorias (3a) y otra parte que protege frente a sobretensiones temporales y permanentes (3b), en el que el dispositivo de protección combinado

- se dispone aguas abajo del dispositivo de conmutación (1) sobre el que actúa y por lo tanto sólo se requiere para soportar cualquier sobretensión transitoria, temporal o permanente que pueda existir durante el tiempo que pasa desde el inicio de la sobretensión hasta la apertura del elemento de conmutación y es independiente de la red tras su accionamiento y la apertura del dispositivo de conmutación (1),

- permite un tiempo de accionamiento desde el inicio de la sobretensión hasta la apertura del elemento de conmutación que puede variar de acuerdo con el nivel de sobretensión, y es programable para evitar acciones de deslizamiento que dejarían al usuario sin servicio innecesariamente;

caracterizándose por que:

- permite procesar tanto el valor máximo como el valor rms de la señal de la red para producir el deslizamiento y el accionamiento del dispositivo de conmutación (1),

- El disparador electromecánico recibe una señal de deslizamiento en conformidad con una secuencia de impulsos que tiene un valor promedio de un impulso al siguiente con un tiempo de conducción creciente.

2. Sistema de protección según la reivindicación 1 caracterizado por que la parte del dispositivo que protege frente a sobretensiones temporales y permanentes para una red monofásica está provista de

- un fusible (7), -una primera fuente de alimentación (8) para obtener una tensión estabilizada continua para el suministro a un controlador (16), -un filtro pasa baja de alta frecuencia (9) dispuesto a la salida de la primera fuente de alimentación (8), -una segunda fuente de alimentación (10) para obtener una tensión estabilizada continua para el suministro a un actuador (11), -un programa de gestión (12) que adapta la señal de salida del controlador (16) a la tensión y las necesidades de corriente del actuador (11),

- un atenuador de voltaje (13) que a su salida obtiene una señal proporcional a la tensión de la red, adaptada a los niveles de tensión admisibles por el controlador (16),

- una protección frente a sobretensiones transitorias ultra rápidas (14) y un filtro

pasa baja de alta frecuencia (15), -un indicador luminoso (12) que se activa cuando existe sobretensión, -un indicador luminoso (13) que indica la presencia de tensión a la entrada del

dispositivo combinado y el correcto funcionamiento del controlador.

3. Sistema de protección según la reivindicación 2 caracterizado por que:

- la primera fuente de alimentación (8) consiste en:

C1, R1: Impedancia de limitación de corriente D1: Diodo rectificador C2: Condensador de filtro DS1: Diodo supresor que tiene una doble función además de limitar el valor de posibles sobretensiones transitorias ultra rápidas, también actúa como estabilizador de tensión de una manera similar a un diodo zener;

- el filtro (9) que se conecta a la salida de la primera fuente de alimentación (8) comprende:

R2, C3: que es un filtro pasa baja de alta frecuencia;

- la segunda fuente de alimentación (10) consiste en: D2: Rectifica la tensión de la red en media onda Z1: Diodo zener para reducir el valor de la señal máxima del rectificador R3: Limita la corriente circulante a través del diodo Z2. C4: Condensador de filtro que permite una tensión continua con una ondulación reducida Z2: Diodo zener que limita y estabiliza la tensión de alimentación del actuador;

- el atenuador de voltaje (13) que consiste en:

R4, R5 y D3: Las resistencias reducen el valor de la tensión de salida del disyuntor para adecuar los niveles de la entrada del controlador. El diodo D3 elimina la parte negativa de la señal alterna;

la parte de protección frente a sobretensiones transitorias ultra rápidas (14) comprende DS2 que es un diodo supresor de sobretensiones transitorias ultra rápidas;

- el filtro pasa baja de alta frecuencia (15) consiste en R6, R7 y C5 y se utiliza por las mismas razones que en el caso de la fuente de alimentación 1.

4. Sistema de protección según la reivindicación 2 caracterizado por que el programa de gestión (12) y la indicación de activación consiste en un transistor Q, cuando la salida OUT 2 del controlador adopta un nivel alto permite la circulación de la corriente por el indicador luminoso (12) y por el actuador RL (11), que produce una señal de deslizamiento que acciona el disparador electromecánico, el programa de gestión (12) también está provisto de una resistencia R8 dimensionada de manera que con un nivel alto en la salida OUT 2 del controlador (16) se proporcione una corriente de base en el transistor Q suficiente para la conducción.

5. Sistema de protección según la reivindicación 2 caracterizado por que la indicación de funcionamiento (17) consiste en: R9, I3:

6. Sistema de protección según la reivindicación 4 caracterizado por que el actuador

(11) es un relé electromecánico.

7. Sistema de protección según la reivindicación 4 caracterizado por que los actuadores (11) son dispositivos de estado sólido como triacs y tiristores.

8. Sistema de protección según la reivindicación 1 caracterizado por que para las redes trifásicas el dispositivo de protección combinado para redes trifásicas consiste en una parte que protege frente a - sobretensiones transitorias y otra parte que protege frente a sobretensiones temporales y permanentes que comprende

- una etapa de protección y rectificación de entrada (20), -una primera fuente de alimentación (21) del controlador (23), -un filtro pasa baja de alta frecuencia (22) asociado con dicha fuente de

alimentación (21), -un atenuador de voltaje (24), -un filtro pasa baja de alta frecuencia (25) asociado con dicho atenuador en su

salida, -un controlador (23), -un indicador de funcionamiento (26), -un actuador (28), -un programa de gestión (27) y una indicación de activación (12).

9. Sistema de protección según la reivindicación 8 caracterizado por que la etapa de protección de entrada y rectificación (20) consiste en:

D1, D2, D3: Actúan como rectificador trifásico de la tensión de la red; D4: Protege los impulsos de corriente del neutro; PTC: Se utiliza como dispositivo de protección de entrada en lugar de un fusible, ya que evita que los picos de corriente que circulan a través del disparador de tipo emisión (shunt) lo dañen a pesar de un funcionamiento correcto.

10. Sistema de protección según las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por que el controlador está provisto de una entrada con un convertidor analógico/digital de manera que pueda obtener información completa de los parámetros de tensión de entrada más importantes para producir el deslizamiento: Duración de la sobretensión, valor rms (Vrms) y valor máximo (Vpk), una vez que la tensión de entrada ha excedido los niveles de tiempo y tensión predeterminados, el controlador genera en su salida OUT 2 una señal adecuada para disparar el disparador electromecánico, y el dispositivo es igualmente adecuado para llevar a cabo la programación en circuito.

11. Sistema de protección según la reivindicación 8 caracterizado por que el actuador

(28) consiste en un transistor Q de tipo MOSFET, controlado por su tensión de puerta y que además está provisto de:

R7: Se utiliza para evitar oscilaciones cuando el fototransistor del optoacoplador O1 está desconectado, evitando así deslizamientos no deseados; V4, D5: El transistor actúa sobre una carga inductiva y por lo tanto cuando el flujo de corriente se interrumpe, se crean unas sobretensiones, y para impedir que afecten al transistor son restringidas por medio de un varistor V4 y un diodo D5.

12. Sistema de protección según la reivindicación 8 caracterizado por que el programa de gestión (27) consiste en un fotodiodo O1, un resistencia R6 y un indicador de activación I2 de manera que cuando se detecta una sobretensión temporal o permanente que excede los tiempos y valores predeterminados, la tensión de salida OUT 2 del controlador adopta unos niveles altos, circulando la corriente a través del fotodiodo O1, R6 y el indicador de activación I2, lo que provoca la saturación de fototransistor O1 y se aplica una tensión que es aproximadamente igual a la tensión del diodo zener DZ1 a la puerta del transistor Q, logrando así su conducción y el accionamiento del disparador, donde la tensión zener se obtiene en base a la tensión trifásica rectificada SD+, por medio de R5 y DZ1, por lo tanto incluso en caso de que dos de las tres fases se pierdan se proporciona tensión para actuar sobre el transistor Q y sobre el disparador de tipo emisión (shunt).

13. Sistema de protección según la reivindicación 12 caracterizado por que la secuencia de impulsos recibida por los disparadores electromecánicos presenta un ciclo de servicio reducido de alrededor del (10%) y aumenta en cada impulso hasta que alcanza un máximo de alrededor del (90%).

14. Sistema de protección según la reivindicación 1 caracterizado por que el tiempo de accionamiento programable y variable que evita deslizamientos no deseados consiste en una zona (18) de no accionamiento del dispositivo de conmutación, a diferencia de otra zona (19) de activación del dispositivo de conmutación, donde los tiempos de la zona de no accionamiento son inferiores a una curva que establece el límite máximo del tiempo de accionamiento tA y que varía de acuerdo con el estado de la técnica.

15. Sistema de protección según la reivindicación 10 caracterizado por que el disparador electromecánico asociado con el dispositivo de conmutación es una 5 disparador de tipo emisión (shunt).

16. Sistema de protección según la reivindicación 10 caracterizado por que el disparador electromecánico asociado con el dispositivo de conmutación es una disparador de tensión mínima que actúa no sólo en el caso de sobretensión sino

10 también en tensión mínima.

17. Sistema de protección según la reivindicación 8 caracterizado por que el disparador de tipo emisión (shunt) del conmutador electromecánico se dispara incluso en caso de que se pierda la tensión de una o dos fases y por lo tanto la señal

15 de deslizamiento se genera a partir de la señal trifásica.


 

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