Seccionador para la interrupción galvánica de corriente continua.

Dispositivo seccionador (1) para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua (2) yun equipo eléctrico (3),

en particular entre un generador fotovoltaico y un inversor, con un contacto mecánico deconmutación (7) conductor de corriente y un sistema electrónico semiconductor (8) conectado en paralelo al mismoque, con el contacto de conmutación (7) cerrado, actúa como corte de corriente, estando la corriente de arco voltaico(LB), con el sistema electrónico semiconductor (8) en estado conductor de corriente, conmutado del contacto deconmutación (7) al sistema electrónico semiconductor (8), caracterizado porque

- el sistema electrónico semiconductor (8) presenta un primer interruptor de semiconductor (11a) y un segundointerruptor de semiconductor (11b) conectado en serie al mismo,

- una entrada de control (15) del sistema electrónico semiconductor (8) está conectada de tal manera al contacto deconmutación (7) que, con el contacto de conmutación (7) abriéndose, un voltaje de arco voltaico (ULB) generado pormedio del contacto de conmutación (7) como resultado de un arco voltaico (LB), conmuta el sistema electrónicosemiconductor (8) al estado de conducción de corriente, presentado el sistema electrónico semiconductor (8) unacumulador de energía (13) que debido al arco voltaico (LB) se carga dentro de la duración del arco voltaico (tLB), y

- un elemento temporizador (14) arranca después de transcurrido el tiempo de carga (tLB) del acumulador de energía(13) para la desconexión sin arco voltaico del sistema electrónico semiconductor (8).

Seccionador para la interrupción galvánica de corriente continua El invento trata un dispositivo seccionador para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua y un equipo eléctrico, con un contacto mecánico de conmutación conductor de corriente y un sistema electrónico semiconductor conectado en paralelo con el mismo, según el término genérico de la reivindicación 1. Un dispositivo seccionador de este tipo se conoce, a modo de ejemplo, por el documento DE 10 2005 040 432 A1.

Se entiende, en este caso, por fuente de corriente continua, en particular, un generador fotovoltaico (planta de energía solar) y por equipo eléctrico, en particular, un inversor.

Por el documento DE 20 2008 010 312 U1 se conoce una instalación fotovoltaica o planta de energía solar con un denominado generador fotovoltaico que, por un lado, se compone de módulos fotovoltaicos reunidos por grupos en sub-generadores que a su vez están conectados en serie o se presentan en circuitos paralelos. Mientras que un sub-generador entrega su potencia de corriente continua por medio de dos bornes, la potencia de corriente continua de todo el generador fotovoltaico es alimentada a una red de corriente alterna por medio de un inversor. Para mantener reducido el gasto en cableado y las pérdidas de potencia entre los sub-generadores y el inversor central, se disponen las así llamadas cajas de conexión de generadores próximas a los sub-generadores. Una potencia de corriente continua conectada de este modo es conducida, habitualmente, por medio de un cable común al inversor central.

Debido a que por un lado, la instalación fotovoltaica entrega, condicionada por el sistema, de forma permanente una corriente de trabajo en el intervalo entre 180 V (CC) y 1500 V (CC) y, por otro lado por ejemplo, con propósitos de instalación, montaje o mantenimiento y, en particular, también para la protección personal general se desea un seccionamiento fiable de los componentes o dispositivos eléctricos de la instalación fotovoltaica activa como fuente de corriente continua, un dispositivo seccionador correspondiente debe estar en condiciones de realizar una interrupción bajo carga, es decir, sin una desconexión previa de la fuente de corriente continua.

Para el seccionamiento de carga se puede usar un interruptor mecánico (contacto de conmutación) con la ventaja de que con la apertura de contacto realizado se produce una separación galvánica de la instalación eléctrica (inversor) de la fuente de corriente continua (instalación fotovoltaica) . Sin embargo, es una desventaja que los contactos mecánicos de conmutación de este tipo se desgastan muy rápidamente a causa del arco voltaico que se produce al abrir el contacto o es necesario un gasto adicional para incluir y enfriar el arco voltaico, lo que se realiza, habitualmente, mediante un interruptor mecánico correspondiente con una cámara de extinción.

Contrariamente, si para la desconexión de carga se usan interruptores de semiconductor potentes, aparecen incluso en funcionamiento normal, pérdidas de potencia inevitables en los semiconductores. Por lo demás, con semiconductores de potencia de este tipo no se garantiza una desconexión galvánica y, consecuentemente, una protección de personas fiable.

Por el documento DE 102 25 259 B3 se conoce un conector eléctrico de enchufe configurado como conector de carga que, a la manera de un interruptor híbrido, tiene un elemento interruptor de semiconductor en forma, por ejemplo, de un tiristor en la carcasa del inversor y contactos principales y auxiliares conectados con los módulos fotovoltaicos. En un proceso de desenchufe, el contacto principal de aguas abajo está conectado en paralelo con el contacto auxiliar aguas arriba y que conectado en serie con el elemento de contacto semiconductor. En este caso, el elemento de contacto semiconductor es controlado para prevenir la formación de arco voltaico o para la extinción del arco voltaico, conectando y desconectando periódicamente.

Por el documento DE 103 15 982 A2 para la interrupción de la corriente continua es conocido en sí, un interruptor electromagnético híbrido de corriente continua con un contacto principal accionado electromagnéticamente y con un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) como interruptor de semiconductor.

Sin embargo, los interruptores híbridos presentan siempre una fuente de energía externa para controlar el interruptor de semiconductor y para la operación de un sistema electrónico semiconductor en el que está incorporado el interruptor de semiconductor.

El invento tiene como objetivo presentar un dispositivo seccionador especialmente apropiado para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua, en particular un generador fotovoltaico, y un dispositivo eléctrico, en particular un inversor.

Este objetivo se consigue según el invento, mediante las características de la reivindicación 1. Para ello, el seccionador comprende, apropiadamente, un contacto mecánico de conmutación diseñado para un arco voltaico temporario, es decir, una duración de arco voltaico de menos de 1 ms, preferentemente menor o igual a 500 µs. Al contacto mecánico de conmutación (interruptor o seccionador) se encuentra conectado en paralelo un sistema electrónico semiconductor que comprende un primer interruptor de semiconductor, preferentemente un IGBT, y un

segundo interruptor de semiconductor, preferentemente un MOSFET (transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico) .

El sistema electrónico semiconductor del seccionador según el invento no presenta ningún tipo de fuente de energía adicional y, por consiguiente, actúa como corte de corriente cuando dicho interruptor mecánico está cerrado, es decir de alta resistencia y, por lo tanto, prácticamente sin corriente y sin tensión. Debido a que con contactos mecánicos de conmutación cerrados no fluye corriente a través del sistema electrónico semiconductor y, por ello, en particular a través de este o todo interruptor de semiconductor no se produce una caída de tensión, el circuito semiconductor tampoco presenta pérdidas de potencia con el interruptor mecánico cerrado. Más bien, el sistema electrónico semiconductor obtiene la energía necesaria para su funcionamiento del dispositivo seccionador, es decir del sistema de seccionadores mismo. Para ello, se recurre a y se hace uso de la energía del arco voltaico que se produce al abrir el interruptor mecánico. En este caso, una entrada de control del sistema electrónico semiconductor o del interruptor de semiconductor está conectado de tal manera con los contactos mecánicos de conmutación que cuando abre el interruptor, la tensión del arco voltaico se conecta por medio del interruptor o bien por medio de sus contactos de conmutación y el sistema electrónico semiconductor paralelo a ello conecta, gracias al arco voltaico, el sistema electrónico semiconductor de manera electro-conductora, es decir con baja resistencia y, por lo tanto, conductor de corriente.

Tan pronto el sistema electrónico semiconductor se torne levemente electro-conductor comienza a conmutar la corriente del arco voltaico del interruptor mecánico al sistema electrónico semiconductor. En este caso, el correspondiente voltaje de arco voltaico o bien la corriente de arco voltaico carga un acumulador de energía en forma de, preferentemente, un condensador que se descarga de manera selectiva generando un voltaje de control para la desconexión sin arco voltaico del sistema electrónico semiconductor. La duración o constante de tiempo especificada y, por lo tanto, la duración de carga del acumulador de energía o condensador determina la duración del arco voltaico.

Preferentemente, a continuación del proceso de carga arranca un elemento temporizador durante el cual el sistema electrónico semiconductor es controlado sin arco voltaico actuando como corte de corriente. En este caso, el elemento temporizador está ajustado a una extinción segura y un enfriamiento fiable del arco voltaico y/o del plasma.

El invento parte del concepto de que para una interrupción de la corriente continua a prueba de contacto y fiable se puede usar un dispositivo seccionador bipolar híbrido puro cuando es posible aplicar un sistema electrónico semiconductor sin fuente de energía propia. Esto, a su vez, puede ser conseguido, como se ha reconocido, usando la energía de arco voltaico generada al abrir un interruptor mecánico conectado paralelo al sistema electrónico para el funcionamiento del sistema electrónico. Para ello, el sistema electrónico podría presentar un acumulador de energía, que al menos acumula una parte de la energía del arco voltaico, que después está a disposición... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo seccionador (1) para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua (2) y un equipo eléctrico (3) , en particular entre un generador fotovoltaico y un inversor, con un contacto mecánico de conmutación (7) conductor de corriente y un sistema electrónico semiconductor (8) conectado en paralelo al mismo que, con el contacto de conmutación (7) cerrado, actúa como corte de corriente, estando la corriente de arco voltaico (LB) , con el sistema electrónico semiconductor (8) en estado conductor de corriente, conmutado del contacto de conmutación (7) al sistema electrónico semiconductor (8) , caracterizado porque

- el sistema electrónico semiconductor (8) presenta un primer interruptor de semiconductor (11a) y un segundo interruptor de semiconductor (11b) conectado en serie al mismo,

- una entrada de control (15) del sistema electrónico semiconductor (8) está conectada de tal manera al contacto de conmutación (7) que, con el contacto de conmutación (7) abriéndose, un voltaje de arco voltaico (ULB) generado por medio del contacto de conmutación (7) como resultado de un arco voltaico (LB) , conmuta el sistema electrónico semiconductor (8) al estado de conducción de corriente, presentado el sistema electrónico semiconductor (8) un acumulador de energía (13) que debido al arco voltaico (LB) se carga dentro de la duración del arco voltaico (tLB) , y

- un elemento temporizador (14) arranca después de transcurrido el tiempo de carga (tLB) del acumulador de energía

(13) para la desconexión sin arco voltaico del sistema electrónico semiconductor (8) .

2. Dispositivo seccionador (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque, después de transcurrido el tiempo de carga (tLB) del acumulador de energía (13) , la corriente de interruptor (I) que fluye debido al arco voltaico (LB) está conmutada completamente al sistema electrónico semiconductor (8) .

3. Dispositivo seccionador (1) según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la duración del arco voltaico (tLB) está determinada en función de la duración o capacidad de carga del acumulador de energía (13) .

4. Dispositivo seccionador (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sistema electrónico semiconductor (8) presenta un IGBT y un MOSFET conectado en serie al mismo.

5. Dispositivo seccionador (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque para la carga del acumulador de energía (13) el voltaje de arco voltaico (ULB) es tomado entre el primer interruptor de semiconductor (11a) y el segundo interruptor de semiconductor (11b) .

6. Dispositivo seccionador (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el (primer) interruptor de semiconductor (11a) presenta una entrada de control conducida a través de una resistencia ideal (R) al potencial de tensión, positivo con el contacto de conmutación (7) abierto, de la fuente de corriente continua (2) .

7. Dispositivo seccionador (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por un elemento seccionador

(10) para la interrupción galvánica de corriente continua, conectado en serie al circuito paralelo compuesto del contacto mecánico de conmutación (7) y el sistema electrónico semiconductor (8) .