Actuador magnético biestable (5) para una disposición de disyuntor de media tensión,

que comprende al menosuna bobina eléctrica (7) para conmutar una armadura ferromagnética (6) entre una primera posición límite y unasegunda posición límite por efecto de un campo electromagnético, al menos un imán permanente (8) para sujetar laarmadura (6) en una de las dos posiciones límite correspondientes respectivamente a una posición de conmutacióneléctrica abierta y a una cerrada del disyuntor conectado mecánicamente, en que la armadura (6) comprende unémbolo superior (9) que descansa sobre un elemento ferromagnético de núcleo (10) de una de las bobinas eléctricas(7) para la sujeción estática de la armadura (6) en la primera posición límite, cuyo émbolo está fijado a un vástago deémbolo (12) que se extiende a través del elemento ferromagnético de núcleo (10) y a través del imán permanente (8)para acoplar mecánicamente el actuador (5) a la disposición de disyuntor, en que la armadura (6) comprende unémbolo inferior (13), caracterizado porque el émbolo inferior (13) es fijado de forma desbloqueable al lado opuestodel vástago de émbolo (12) a una distancia axial del elemento de núcleo (10) y puede moverse hacia el elemento denúcleo (10) con el fin de desplazar la armadura (6) a la segunda posición límite reduciendo el flujo magnético en elémbolo superior (9).

Actuador magnético biestable para un disyuntor de media tensión

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un actuador magnético biestable para un disyuntor de media tensión que

comprende al menos una bobina eléctrica para conmutar una armadura ferromagnética entre una primera posición límite y una segunda posición límite por efecto de un campo electromagnético, al menos un imán permanente para sujetar la armadura en una de las dos posiciones límite correspondientes a una posición de conmutación eléctrica abierta o una cerrada del disyuntor conectado mecánicamente, en que la armadura comprende un émbolo superior que descansa sobre un elemento ferromagnético de bobina de la bobina eléctrica para la sujeción estática de la

armadura en la primera posición límite, cuyo émbolo está fijado a un vástago de émbolo que se extiende a través del elemento ferromagnético de bobina y a través del imán permanente para acoplar mecánicamente el actuador al disyuntor.

Un disyuntor de media tensión con una tensión nominal entre 1 y 72 kV puede ser montado en un equipo de conmutación con envoltura metálica para uso en interiores, o puede ser instalado en exteriores en una subestación. 15 Hoy en día, los disyuntores de vacío han reemplazado a disyuntores al aire para aplicaciones en interiores. Las características de disyuntores de media tensión vienen dadas por estándares internacionales. Especialmente, disyuntores de vacío de intensidad de corriente nominal de hasta 300 amperios. Estos disyuntores interrumpen la corriente creando y extinguiendo el arco en el recipiente de vacío. Son aplicados generalmente para tensiones de hasta alrededor de 35.000 V, que corresponde aproximadamente al rango de media tensión de sistemas eléctricos.

Los disyuntores de vacío tienden a tener vidas útiles esperadas mayores que los disyuntores al aire.

Sin embargo, la presente invención no es sólo aplicable a disyuntores de vacío, sino también a disyuntores al aire o disyuntores SF6 modernos que tienen una cámara llena de hexafluoruro de azufre gaseoso.

Antecedentes de la invención

Es una cuestión de conocimiento general usar un actuador magnético con elevada densidad de fuerza para accionar

contactos móviles con el fin de interrumpir la corriente eléctrica en el campo tecnológico de media tensión. Los actuadores magnéticos conocidos tienen un diseño con un núcleo fijo en el centro del dispositivo, y dos émbolos móviles, uno encima y otro debajo del núcleo, que están conectados con un vástago de émbolo. Un dispositivo así debe generar una elevada fuerza de sujeción estática en la posición cerrada para bloquear resortes de apertura y contacto. La magnitud de esta fuerza de sujeción estática es el parámetro clave para el diseño de los disyuntores

enteros y por razones de espacio y peso es generalmente ventajoso generar esta fuerza con un pequeño actuador magnético. En la posición abierta, se necesita una menor fuerza de sujeción estática para mantener el disyuntor en la posición abierta. Para llevar el actuador de la posición cerrada a la abierta se necesita alimentar con energía eléctrica la bobina eléctrica del actuador.

El documento EP 0 898 780 B1 describe un actuador magnético con una armadura ferromagnética que puede

desplazarse linealmente entre dos posiciones límite y que está conectada mecánicamente a un disyuntor y que en las posiciones límite está bajo la influencia de fuerzas generadas magnéticamente. La armadura y el cuerpo ferromagnético de derivación están dispuestos sucesivamente en un espacio entre un primer y un segundo tope. Los topes son superficies de polo de circuitos magnéticos que incluyen al menos un imán permanente para generar una fuerza de sujeción para la armadura. Este dispositivo conocido debe igualmente accionar un disyuntor de vacío. En

la posición cerrada, el cuerpo ferromagnético de derivación está apartado de la armadura. La derivación puede ser movida entonces hacia la armadura para iniciar la operación de apertura del disyuntor. La solución conocida está basada en un diseño que no usa el potencial completo de la fuerza de sujeción estática ya que el área efectiva entre la armadura móvil y el yugo fijo está limitada al área que está dentro de la bobina. La consecuencia es que el actuador es casi el doble de grande de lo necesario.

45 El documento WO 03/030188 A1 da a conocer un actuador magnético adicional, especialmente para un disyuntor de vacío que tiene un gran diseño. Se necesitan dos bobinas eléctricas con el fin de accionar el actuador magnético o llevar un disyuntor conectado desde una posición de conmutación abierta a una cerrada. Un primer flujo magnético es generado por la armadura y el yugo de un modo tal que la armadura es sujetada en una posición límite y la bobina eléctrica genera un segundo flujo magnético que acciona la armadura. El imán permanente está situado entre

50 el yugo y un elemento de retorno magnético fijo, de modo que el flujo magnético discurre a través del elemento de retorno magnético. Adicionalmente, la armadura fuera del yugo cubre una cara frontal del yugo, en que dicha cara discurre perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de la armadura. Dado que el imán permanente se proporciona para sujetar la armadura magnética en una de dos posiciones límite, no se requiere ni bloqueo mecánico ni una alimentación de corriente eléctrica constante.

55 También esta solución conocida usa la armadura para generar la fuerza de sujeción estática en ambas posiciones límite. Esto implica un segundo camino magnético desde los imanes a la armadura que es efectivo sólo en la posición límite abierta. Este segundo camino magnético incrementa nuevamente tamaños y pesos del actuador magnético. También requiere un espacio cerrado en torno a la armadura. El cuerpo ferromagnético de derivación forma los dos topes que tienen que satisfacer funciones magnéticas. Esto incrementa adicionalmente el tamaño y peso del actuador. La solución conocida implica conducir el cuerpo ferromagnético de derivación de vuelta al tope

inferior durante la operación de apertura. Esta conducción requiere energía adicional que no está disponible para la operación de apertura, que es la operación más crítica de un disyuntor en caso de conmutación por cortocircuito. El documento EP 1843375 A1 da a conocer un actuador de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Constituye un objeto de la presente invención proporcionar un actuador magnético biestable para un disyuntor de media tensión que tenga dimensiones pequeñas y que permita una operación de apertura de bajo consumo de

energía.

Sumario de la invención

De acuerdo con la invención, se proporciona un actuador magnético biestable para un disyuntor de media tensión que comprende al menos una bobina eléctrica para conmutar una armadura ferromagnética entre una primera posición límite y una segunda posición límite por efecto de un campo electromagnético, al menos un imán 15 permanente para sujetar la armadura en una de las dos posiciones límite correspondientes a una posición de conmutación eléctrica abierta o una cerrada del disyuntor conectado mecánicamente, en que la armadura comprende un émbolo superior que descansa sobre un elemento ferromagnético de bobina de la bobina eléctrica para la sujeción estática de la armadura en la primera posición límite, cuyo émbolo está fijado a un vástago de émbolo que se extiende a través del elemento ferromagnético de núcleo y a través del imán permanente para

acoplar mecánicamente el actuador al disyuntor, en que la armadura comprende también un émbolo inferior fijado de forma desbloqueable al lado opuesto del vástago de émbolo a una distancia axial del elemento de núcleo y que puede moverse hacia el elemento de núcleo con el fin de desplazar la armadura a la segunda posición límite reduciendo el flujo magnético en el émbolo superior.

La invención está basada en el efecto de que la fracción del flujo del al menos un imán permanente será drenada

hacia el émbolo inferior. La fuerza que es generada por el flujo remanente en las transiciones desde el elemento de núcleo al émbolo superior ya no es suficiente para bloquear el accionamiento contra la fuerza de apertura... [Seguir leyendo]

1. Actuador magnético biestable (5) para una disposición de disyuntor de media tensión, que comprende al menos una bobina eléctrica (7) para conmutar una armadura ferromagnética (6) entre una primera posición límite y una

segunda posición límite por efecto de un campo electromagnético, al menos un imán permanente (8) para sujetar la armadura (6) en una de las dos posiciones límite correspondientes respectivamente a una posición de conmutación eléctrica abierta y a una cerrada del disyuntor conectado mecánicamente, en que la armadura (6) comprende un émbolo superior (9) que descansa sobre un elemento ferromagnético de núcleo (10) de una de las bobinas eléctricas

(7) para la sujeción estática de la armadura (6) en la primera posición límite, cuyo émbolo está fijado a un vástago de

émbolo (12) que se extiende a través del elemento ferromagnético de núcleo (10) y a través del imán permanente (8) para acoplar mecánicamente el actuador (5) a la disposición de disyuntor, en que la armadura (6) comprende un émbolo inferior (13) , caracterizado porque el émbolo inferior (13) es fijado de forma desbloqueable al lado opuesto del vástago de émbolo (12) a una distancia axial del elemento de núcleo (10) y puede moverse hacia el elemento de núcleo (10) con el fin de desplazar la armadura (6) a la segunda posición límite reduciendo el flujo magnético en el

émbolo superior (9) .

2. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 1, caracterizado porque la armadura (6) comprende además un yugo ferromagnético (11) que rodea la bobina eléctrica (7) y el imán permanente (8) con el fin de crear un circuito magnético que incluye el émbolo superior (9) y el émbolo inferior (13) .

3. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 1, caracterizado porque se proporciona fuerza de 20 gravedad o fuerza elástica adicional para el movimiento inicial del émbolo inferior (13) hacia el elemento de núcleo

(10) tras desbloquearlo del vástago de émbolo (12) .

4. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda posición límite de la armadura (6) está definida por un elemento de tope (14) fijado al vástago de émbolo (12) adyacente al émbolo inferior (13) .

5. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 1, caracterizado porque una placa intermedia (15) de material no magnético está dispuesta entre el émbolo inferior (13) y el elemento de núcleo (10) para controlar la distancia magnética entre ambas partes de la armadura (6) .

6. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 5, caracterizado porque el grosor de la placa

intermedia (15) está dimensionado correspondientemente a la magnitud de la intensidad de corriente en la bobina 30 eléctrica (10) que es necesaria para iniciar la operación de desplazamiento de la armadura (6) .

7. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 1, caracterizado porque el émbolo inferior (13) comprende medios de fijación para sujetar o soltar el émbolo inferior (13) respecto al vástago de émbolo (12) .

8. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de fijación comprenden dos elementos de pinza (16a, 16b) fijados de forma pivotante a la superficie inferior (17) del émbolo

inferior (13) y correspondientes a una ranura (18) en el vástago de émbolo (12) para sujetar el émbolo inferior (13) a éste.

9. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de fijación comprenden un elemento de resorte (19) para presionar los elementos de pinza (16a, 16b) contra la ranura (18) del vástago de émbolo (12) .

10. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de fijación comprenden una disposición de brazo de palanca (20) accionable para superar los elementos de pinza (16a, 16b) con el fin de soltar el émbolo inferior (13) del vástago de émbolo (12) .

11. Actuador electromagnético biestable (5) según la reivindicación 10, caracterizado porque se proporciona un

cable de Bowden (21) para soltar la disposición de brazo de palanca (20) mediante un actuador eléctrico, que opera 45 con bajo consumo de energía, de acuerdo con una señal de control eléctrica.

12. Disyuntor de media tensión con al menos un interruptor de vacío (1) , cada uno de los cuales comprende contactos eléctricos móviles (2, 3) para la interrupción de la corriente eléctrica, que opera a través de un eje intermedio (4) común para acoplar mecánicamente los contactos eléctricos móviles (2, 3) a un actuador magnético biestable (5) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.