Disyuntor híbrido.

Un disyuntor híbrido que interrumpe las corrientes de falta que comprende:

- un interruptor mecánico (31) a través del cual pasa una corriente normal, estando dispuesto el interruptormecánico para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo; y

- un dispositivo disyuntor (32) de semiconductores al cual se conmuta una corriente de fallo, estando dispuesto eldispositivo disyuntor de semiconductores para interrumpir dicha corriente de fallo,caracterizado por que

- el interruptor mecánico tiene una leva (33) del ruptor con dos contactos (33a-b) que se apoyan en los contactosestacionarios (34a-b) de un circuito cuando se cierra, siendo giratoria la leva del ruptor giratoria en torno a un eje35 de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionariosde forma que se abra el interruptor mecánico;

- los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias (x1, x2) del eje de rotación de forma quelas separaciones (z1,z2) entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios sondiferentes cuando se abre el interruptor mecánico; y

- el dispositivo disyuntor de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto (33b) de la leva del ruptor ydel contacto estacionario (34b), el cual se separa al máximo cuando se abre el interruptor mecánico.

Disyuntor híbrido Campo técnico de la invención La presente invención está relacionada generalmente con disyuntores híbridos.

Descripción de la técnica relacionada y antecedentes de la invención Para superar las desventajas más graves de los disyuntores de estado sólido se han propuesto diversos disyuntores híbridos. El disyuntor híbrido es una combinación de un disyuntor mecánico convencional y un disyuntor de estado sólido. En funcionamiento nominal la corriente fluye a través del disyuntor mecánico y se usa únicamente el disyuntor de estado sólido durante las averías. Como en el caso de los disyuntores de estado sólido, se pueden usar interruptores unidireccionales y bidireccionales dependiendo de los requisitos de la aplicación.

En las Figuras 1a-c se muestra en los diagramas esquemáticos del circuito un disyuntor híbrido bidireccional que incluye un disyuntor mecánico convencional 11 y un disyuntor 12 de estado sólido durante diferentes etapas de funcionamiento.

Durante una avería de polo a polo la corriente fluye a través del disyuntor mecánico 11. En un instante de tiempo se abre el disyuntor mecánico 11 y se conecta el disyuntor 12 de estado sólido. Según se abre el disyuntor mecánico 11 se inicia un arco a través del disyuntor mecánico 11 y si la tensión del arco es suficiente, el disyuntor híbrido conmutará la corriente de fallo al disyuntor 12 de estado sólido según se ilustra en la Figura 1a. Después de la conmutación de la corriente y la extinción del arco, la corriente de fallo fluye a través del disyuntor 12 de estado sólido según se ilustra en la Figura 1b. Para evitar la re-ignición del arco, el tiempo de conducción debe ser lo suficientemente largo para permitir que se enfríe la distancia entre contactos en el disyuntor mecánico 11 para evitar la re-ignición. Cuando el disyuntor 12 de estado sólido se desconecta, la energía almacenada en la inductancia de bucle se absorbe con el elemento de protección de sobretensión según se ilustra en la Figura 1c.

Las Figuras 2a-b son diagramas de la corriente de arco y la tensión del arco, respectivamente, en función del tiempo del funcionamiento del disyuntor híbrido bidireccional de las Figuras 1a-c.

El disyuntor híbrido requiere la misma cantidad de semiconductores que el disyuntor de estado sólido completo. Sin embargo, para el disyuntor híbrido, las pérdidas por conducción no son un problema porque la corriente en funcionamiento nominal fluye a través del disyuntor mecánico. Además, por la misma razón, el enfriamiento no es un problema crucial para el disyuntor híbrido. No obstante, se requieren disipadores de calor porque la corriente de fallo se conmuta al disyuntor de estado sólido durante las averías.

El documento WO2008/153575 divulga un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención Sin embargo, el uso de disyuntores mecánicos convencionales en combinación con un disyuntor de estado sólido es un reto debido a las capacidades limitadas de la especificación de corriente del disyuntor de estado sólido. El disyuntor mecánico puede interrumpir una corriente de fallo de algunas decenas de kiloamperios donde los dispositivos controlables de estado sólido pueden sólo típicamente interrumpir corrientes de algunos kiloamperios.

Además, si la inductancia de bucle es elevada, se requiere un tiempo largo de conmutación. Un tiempo largo de conmutación tiene como consecuencia, sin embargo, un aumento adicional de la magnitud de la corriente de fallo y por tanto el disyuntor de estado sólido tiene que interrumpir corrientes muy elevadas.

Aún más, el tiempo de conducción del disyuntor de estado sólido es crítico debido a que (i) se requiere un tiempo largo de conducción para conmutar completamente la corriente del disyuntor mecánico al disyuntor de estado sólido,

(ii) se requiere un tiempo largo de conducción cuando la inductancia de bucle es elevada, y (iii) se requiere un tiempo largo de conducción para extinguir la tensión de arco del disyuntor mecánico, es decir para asegurar que ninguna corriente no fluya a través del disyuntor mecánico. Sin embargo los tiempos largos de conducción tienen como consecuencia pérdidas altas por conducción y, como resultado, un calentamiento del dispositivo que puede conducir a fallos del dispositivo.

En consecuencia, es un objeto de la presente invención disponer de un disyuntor híbrido que aborde los problemas anteriores.

Es un objeto particular de la invención disponer de un disyuntor híbrido, que tenga una corriente de pico menor, un tiempo de conmutación más corto, y un tiempo de conducción más corto.

Es un objeto adicional de la invención disponer de un disyuntor híbrido, tal que tenga una rápida detección de

averías, y un tiempo muerto más corto.

Es un objeto adicional de la invención disponer de un disyuntor híbrido, tal que sea compacto, robusto y fiable.

Estos objetos entre otros son, de acuerdo a la presente invención, logrados mediante disyuntores híbridos según se reivindica en las reivindicaciones adjuntas de la patente.

De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un disyuntor híbrido que corta las corrientes de fallo, donde el disyuntor comprende un interruptor mecánico a través del cual pasa una corriente normal, estando un interruptor mecánico dispuesto para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo, y un dispositivo disyuntor de estado sólido o semiconductor, al cual se conmuta la corriente de fallo, estando dispuesto el dispositivo disyuntor de semiconductores para interrumpir la corriente de fallo. El interruptor mecánico tiene una leva del ruptor con dos contactos estacionarios que impactan con contactos estacionarios de un circuito cuando se cierra, siendo la leva del ruptor giratoria en torno a un eje de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionarios de forma que se abra el interruptor mecánico. La leva del ruptor se dispone de forma asimétrica, por ejemplo, los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias del eje de rotación, de forma que las separaciones entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios son diferentes cuando el interruptor mecánico se abre. El dispositivo disyuntor de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto de la leva del ruptor y con el contacto estacionario que se separan al máximo cuando el interruptor mecánico se abre.

Se obtiene mediante tal disyuntor híbrido, una interrupción más rápida y una corriente de corte comparablemente más baja.

Más en detalle, el interruptor mecánico se enclavará en una posición abierta con una corriente más baja y por tanto el tiempo muerto será más corto, implicando una corriente de corte comparablemente más baja. Una corriente de corte más baja a su vez, tiene como resultado una disipación de energía considerablemente más baja en el dispositivo disyuntor de semiconductores y por tanto, se puede reducir el espacio ocupado por el dispositivo.

Además, se propone una estrategia de control en combinación con el disyuntor híbrido asimétrico.

En un modo de realización el dispositivo disyuntor inventivo de semiconductores inventivo comprende en consecuencia una unidad de control dispuesta para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductor es en función del tiempo. Se permite que la conmutación de la corriente aumente durante el control de la avería de forma controlada.

Preferiblemente, la unidad de control está configurada para conmutar completamente la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores durante un periodo de tiempo determinado, cuando el interruptor mecánico se abre completamente y se enclava en la posición abierta para asegurar que el espacio entre contactos se enfría suficientemente. Cuando el periodo de tiempo determinado concluye, se interrumpe la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores. Así, se puede asegurar que se interrumpe la corriente sin riesgo de reignición en la separación entre contactos.

En una implementación particular, el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) y la unidad de control, que puede ser una unidad de mando de puerta, está configurada para controlar la conmutación de corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores con medios de control de tensión de puerta del transistor bipolar de puerta aislada.

La unidad de mando de puerta puede medir la tensión a través del dispositivo disyuntor de semiconductores... [Seguir leyendo]

1. Un disyuntor híbrido que interrumpe las corrientes de falta que comprende:

-un interruptor mecánico (31) a través del cual pasa una corriente normal, estando dispuesto el interruptor mecánico para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo; y

- un dispositivo disyuntor (32) de semiconductores al cual se conmuta una corriente de fallo, estando dispuesto el dispositivo disyuntor de semiconductores para interrumpir dicha corriente de fallo,

caracterizado por que

-el interruptor mecánico tiene una leva (33) del ruptor con dos contactos (33a-b) que se apoyan en los contactos estacionarios (34a-b) de un circuito cuando se cierra, siendo giratoria la leva del ruptor giratoria en torno a un eje 10 35 de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionarios

de forma que se abra el interruptor mecánico;

-los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias (x1, x2) del eje de rotación de forma que las separaciones (z1, z2) entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios son diferentes cuando se abre el interruptor mecánico; y

- el dispositivo disyuntor de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto (33b) de la leva del ruptor y del contacto estacionario (34b) , el cual se separa al máximo cuando se abre el interruptor mecánico.

2. El disyuntor híbrido de la reivindicación 1 donde los contactos de la leva del ruptor se sitúan en lados opuestos del eje de rotación.

3. El disyuntor híbrido de la reivindicación 1 ó 2 donde el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende una

unidad (38) de control dispuesta para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores en función del tiempo.

4. El disyuntor híbrido de la reivindicación 3 donde la unidad de control está configurada para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores para aumentar linealmente.

5. El disyuntor híbrido de la reivindicación 3 ó 4 donde el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende un

transistor bipolar (36) de puerta aislada y la unidad de control está configurada para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores mediante el control de la tensión de puerta del transistor bipolar de puerta aislada, controlando preferiblemente por pasos la tensión de puerta del transistor bipolar de puerta aislada.

6. El disyuntor híbrido de cualquiera de las reivindicaciones 3-5 donde está configurada la unidad de control para conmutar completamente la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores durante un tiempo determinado cuando el interruptor mecánico se ha abierto completamente.

7. El disyuntor híbrido de la reivindicación 6 donde la unidad de control está configurada para interrumpir la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores cuando concluye el periodo de tiempo determinado.

8. El disyuntor híbrido de cualquiera de las reivindicaciones 3-5 donde la unidad de control está configurada para

iniciar el control de la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores en respuesta a la tensión a través del dispositivo disyuntor de semiconductores.

9. El disyuntor híbrido de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 donde el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende un puente (37) de diodos de forma que es capaz de interrumpir una corriente CC de falta en cualquier dirección o una corriente CA de falta.

10. El disyuntor híbrido de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 donde el disyuntor híbrido tiene una tensión nominal de hasta 1kV.