Unidad de conmutación para conmutar tensiones continuas elevadas.

Unidad de conmutación (1) para conmutar tensiones continuas elevadas,

con dos bornes de conexión (11, 12), que sobresalen de una carcasa (10) y están acoplados en forma electroconductora mediante una vía de conductores (22), y con un sistema de contacto (7) mecánico, que está dispuesto entre el primer y el segundo borne de conexión (11, 12), con dos contactos (15, 16) que pueden moverse uno con respecto a otro y pasarse desde una posición de cerrado a una posición de abierto, así como con un dispositivo seccionador (27, 27') activable mediante un fusible térmico (8) para extinguir un arco voltaico (26) que se produce al abrir los contactos (15, 16), caracterizada porque el fusible térmico (8) comprende una zona de fusión (19) que está dispuesta en la vía de conductores (22) y está conectada, por un lado, al sistema de contacto (7) y, por otro lado, al primer borne de conexión (12) mediante una sección de conductor (20) móvil, activándose el dispositivo seccionador (27, 27') y separándose en la zona de fusión (19) la conexión entre la sección de conductor (20) y el sistema de contacto (7), si como consecuencia del arco voltaico (26) se alcanza o excede la temperatura de fusión de la zona de fusión (19).

Unidad de conmutación para conmutar tensiones continuas elevadas.

El invento trata de una unidad de conmutación para conmutar tensiones continuas elevadas, particularmente para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua y un dispositivo eléctrico, con dos bornes de conexión, que sobresalen de una carcasa y están acoplados en forma electroconductora mediante una vía de conductores, y con un sistema de contacto mecánico, que está dispuesto entre el primer y el segundo borne de conexión, con dos contactos que pueden moverse uno con respecto a otro y pasarse desde una posición de cerrado a una posición de abierto, así como con un dispositivo seccionador activable mediante un fusible térmico para extinguir un arco voltaico que se produce al abrir los contactos. En este caso se entiende por fuente de corriente continua particularmente un generador (equipo solar) fotovoltaico y por dispositivo eléctrico particularmente un inversor.

En unidades de conmutación de este tipo, en la conmutación de tensiones continuas elevadas hasta 1500V (DC) se producen entre las zonas de contacto, como consecuencia de las altas intensidades de campo (por ionización de gas) , canales conductivos que son conocidos como arcos voltaicos eléctricos, o bien plasmas de arco voltaico. El arco voltaico que se produce al interrumpir los contactos de conmutación debe apagarse lo más rápidamente posible, dado que el arco voltaico libera una gran cantidad de calor (temperatura de gas de algunos miles de grados Kelvin) que causa un calentamiento intenso de los contactos de conmutación y del entorno. Debido a ese calentamiento intenso pueden producirse daños en la unidad de conmutación, por ejemplo, un incendio de la unidad de conmutación, y también de la unidad de instalación de orden superior.

Por la DE 20 2008 010 312 U1 se conoce un equipo fotovoltaico o equipo solar con un así llamado generador fotovoltaico que, por su lado, se compone de módulos solares agrupados, reunidos para formar generadores parciales. Los módulos solares están conectados en serie o están presentes en fases paralelas. Mientras un generador parcial cede su potencia de corriente continua mediante dos bornes, la potencia de corriente continua de todo el generador fotovoltaico se alimenta a una red de tensión alterna mediante un inversor. Para mantener reducidos en este caso el gasto de cableado y las pérdidas de potencia entre los generadores parciales y el inversor central se disponen así llamadas cajas de conexión de generador cerca de los generadores parciales. La potencia de corriente continua acumulada de este modo se conduce usualmente al inversor central mediante un cable en común.

Debido al sistema, los equipos fotovoltaicos suministran en forma continua una corriente de operación y una tensión de operación en el rango entre 180V (DC) y 1500V (DC) . Una separación fiable de los componentes o dispositivos eléctricos del equipo fotovoltaico que actúa como fuente de corriente continua es deseable, por ejemplo, para propósitos de instalación, montaje o servicio, así como particularmente también para la protección general de personas. Un dispositivo seccionador correspondiente debe ser capaz de realizar una interrupción bajo carga, es decir, sin desconexión previa de la fuente de corriente continua.

Para la interrupción de carga pueden emplearse interruptores mecánicos (contacto de conmutación) . Éstos tienen la ventaja de que con una apertura de contacto realizada también está establecida una separación galvánica del dispositivo eléctrico (inversor) de la fuente de corriente continua (equipo fotovoltaico) .

Las unidades de conmutación de este tipo se conocen generalmente a partir del estado de la técnica. Los arcos voltaicos que se producen al abrir los contactos bajo carga se mueven rápidamente a dispositivos de apagado previstos para ello, donde tiene lugar el correspondiente apagado de arco voltaico. La fuerza necesaria para ello tiene lugar por medio de campos magnéticos, así llamados campos de soplado, que típicamente se generan por medio de uno o varios imanes permanentes. Por medio de una conformación especial de las zonas de contacto y de la pieza conductora de arco voltaico se conduce el arco voltaico a correspondientes cámaras de apagado, donde se realiza el apagado de arco voltaico según principios conocidos.

Dichas cámaras de apagado se componen, por ejemplo, de paquetes de chapas de apagado. Como material para los paquetes de apagado se emplean usualmente materiales ferromagnéticos, dado que el campo magnético que acompaña el arco voltaico trata, en la cercanía de un material ferromagnético, de correr a través de las chapas de apagado que magnéticamente son mejores conductoras. De este modo se produce un efecto de aspiración en dirección de las chapas de apagado, que causa que el arco voltaico se mueva a la disposición de las chapas de apagado y se divida entre éstas.

En unidades de conmutación mecánicas sencillas aparecen en la práctica numerosas fuentes de fallo que afectan en forma desventajosa o hasta hacen imposible una conmutación segura. Un defecto posible es la falta de un componente apagador de arco voltaico, como, por ejemplo, de una chapa de apagado o del imán de soplado. Además, también los componentes montados incorrectamente pueden causar el fallo de la unidad de conmutación, por ejemplo, por una colocación del imán de soplado con los polos invertidos. Particularmente en el caso de sistemas interruptores híbridos existen otras posibilidades de fallo debido a componentes electrónicos faltantes o defectuosos.

Para poner el equipo fotovoltaico en un estado que sea seguro para las personas y el equipo en el caso de que se presenten casos de fallo de este tipo, debe interrumpirse el circuito eléctrico en forma duradera para que el operador pueda detectar el fallo y reemplazar la unidad de conmutación. En un pasaje a ese estado no debe dañarse o destruirse la carcasa de conmutación del aparato, de modo que las partes conductoras de corriente permanezcan aisladas. El pasaje en un caso tal de fallo ocurre por medio de un así llamado elemento a prueba de fallos de la unidad de conmutación, sin que previamente deban tomarse medidas de activación, por ejemplo, una intervención manual o cosas por el estilo.

Los elementos típicos a prueba de fallos se activan por exceder una densidad de corriente (intensidad de corriente por superficie) admisible que depende del material. En este caso se funde un conductor eléctrico y se interrumpe el circuito eléctrico. Esto es un método usual para detectar y desconectar sobrecorrientes, como se utiliza, por ejemplo, en cortacircuitos fusibles. Sin embargo, este método no permite emplearse en equipos fotovoltaicos, dado que aquí no se parte de una determinada densidad de corriente, o bien de un determinado nivel de corriente. La activación, o bien detección de fallo, debe más bien realizarse independientemente del nivel de corriente.

Por la DE 10 2008 049 472 A1 se conoce un descargador de sobretensión con al menos un elemento descargador, así como un dispositivo de desconexión, en el que, por un lado, puede llevarse a cabo una desconexión realizable térmicamente de al menos un elemento descargador. Por otro lado, existe la posibilidad de inducir el caso de cortocircuito en el caso de más carga energética, particularmente térmica. En este caso, en el recorrido de movimiento de una sección de conductor movida por el dispositivo de desconexión se encuentra, entre una zona de fusión y un elemento conductor que forma un contracontacto, un dispositivo de detención separable térmicamente. Con una activación y en el caso de sobrecarga se interrumpe por medio del dispositivo de detención el movimiento de la sección de conductor antes de alcanzar la posición final. Si existe un caso de fallo, en el que el dispositivo de desconexión no puede interrumpir en forma segura la corriente y se produce o se mantiene un arco voltaico entre la conexión fija del elemento de descarga y de la sección de conductor, lo cual es análogo a una introducción adicional de calor, se suprime el efecto de detención y se mueve la sección de conductor móvil a la posición final. Un dispositivo de protección contra sobretensión aguas arriba, particularmente un fusible, se encarga de manera conocida en sí de la desconexión del cortocircuito y, por consiguiente, de la desconexión del descargador de sobretensión de la red.

Un elemento a prueba de fallos de este tipo tampoco es apropiado para el caso de utilización descrito anteriormente, dado que también aquí la detección de fallos ocurre recién a partir de una determinada sobrecorriente. Un arco voltaico inminente se produciría en el caso de fallo... [Seguir leyendo]

1. Unidad de conmutación (1) para conmutar tensiones continuas elevadas, con dos bornes de conexión (11, 12) , que sobresalen de una carcasa (10) y están acoplados en forma electroconductora mediante una vía de conductores (22) , y con un sistema de contacto (7) mecánico, que está dispuesto entre el primer y el segundo borne de conexión (11, 12) , con dos contactos (15, 16) que pueden moverse uno con respecto a otro y pasarse desde una posición de cerrado a una posición de abierto, así como con un dispositivo seccionador (27, 27’) activable mediante un fusible térmico (8) para extinguir un arco voltaico (26) que se produce al abrir los contactos (15, 16) , caracterizada porque el fusible térmico (8) comprende una zona de fusión (19) que está dispuesta en la vía de conductores (22) y está conectada, por un lado, al sistema de contacto (7) y, por otro lado, al primer borne de conexión (12) mediante una sección de conductor (20) móvil, activándose el dispositivo seccionador (27, 27’) y separándose en la zona de fusión (19) la conexión entre la sección de conductor (20) y el sistema de contacto (7) , si como consecuencia del arco voltaico (26) se alcanza o excede la temperatura de fusión de la zona de fusión (19) .

2. Unidad de conmutación (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo seccionador (27, 27’) comprende un elemento de muelle (28, 35) precargado, cuya fuerza de muelle (F, F’) actúa a lo largo de una dirección de separación (A) indirecta o directamente sobre la sección de conductor (20) .

3. Unidad de conmutación (1) según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el elemento de muelle (28, 35) desvía, al activarse el dispositivo seccionador (27, 27’) , la sección de conductor (20) alrededor de un punto de giro (34) distanciado con respecto a la zona de fusión (19) .

4. Unidad de conmutación (1) según la reivindicación 3, caracterizada porque el dispositivo seccionador (27, 27’)

desvía la sección de conductor (20) en un ángulo de giro mayor o igual que 90°.

5. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la carcasa (10) presenta una cámara de aislamiento (30, 30’) , que es adyacente a la zona de fusión (19) y en la que la sección de conductor

(20) está alojada después de una activación realizada del dispositivo seccionador (27, 27’) .

6. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el dispositivo seccionador (27, 27’) presenta un elemento separador (29, 36) que se mantiene móvil en la carcasa (10) y está guiado contra la sección de conductor (20) .

7. Unidad de conmutación (1) según la reivindicación 6, caracterizada porque el elemento de separación (29, 36) cubre al menos parcialmente en forma aislante la sección de conductor (20) con respecto a la zona de fusión (19) después de una activación realizada.

8. Unidad de conmutación (1) según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizada porque el elemento de separación (29) está guiado en forma desplazable en la carcasa (10) y se retrae junto con la sección de conductor (20) a la cámara de aislamiento (30) al activarse el dispositivo seccionador (27) .

9. Unidad de conmutación (1) según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizada porque el elemento de separación (36)

se mantiene giratoriamente móvil en la carcasa (10) y, al activarse el dispositivo seccionador (27’) , gira la sección de conductor (20) alrededor del punto de giro (34) distanciado con respecto a la zona de fusión (19) .

10. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el sistema de contacto (7) presenta un contacto móvil (17a) y un contacto fijo (17b) o dos contactos móviles (17a, 17b) , estando la zona de fusión (19) acoplada en forma termoconductora al contacto fijo (17b) , o bien a uno de los contactos móviles (17b) , mediante un soporte de contacto (16) electroconductor.

11. Unidad de conmutación (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque el contacto móvil (15) está acoplado mediante un mecanismo de activación (24, 25) a una palanca basculante (13) para accionar el sistema de contacto (7) .

12. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la sección de conductor (20) móvil es un elemento de conexión flexible, particularmente en forma de cordón conductor (20) , cuyo extremo fijo está soldado en forma inseparable al primer borne de conexión (12) y cuyo extremo flojo está soldado a la zona de fusión (19) , preferentemente al soporte de contacto (16) .

13. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la carcasa (10) aloja

la vía de conductores (22) , el sistema de contacto (7) mecánico, el dispositivo seccionador (27, 27’) y el fusible térmico (8) .

14. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la carcasa (10) y el elemento de separación (29, 36) están fabricados de un material de plástico termoestable, particularmente de un material duroplástico.

15. Unidad de conmutación (1) según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el elemento de separación (29, 36) y/o la cámara de aislamiento (30, 30’) están fabricados de un material de plástico, que es

desgasificador en caso de incendio, particularmente de poliamida.

16. Dispositivo seccionador (27, 27’) para la interrupción de corriente continua entre una fuente de corriente continua y un dispositivo eléctrico, particularmente entre un generador fotovoltaico (2) y un inversor (3) , con una unidad de conmutación (1) conductora de corriente según una de las reivindicaciones 1 a 15.