Disyuntor de corriente continua de alta tensión.

Un aparato disyuntor para corriente continua de alta tensión configurado para interrumpir una corriente de falla que se produce en un conductor para corriente continua de alta tensión (15),

comprendiendo dicho aparato:

- una disposición limitadora de intensidad de corriente (11, 11''') que tiene al menos una sección (12, 12'', 12''') con al menos un dispositivo de semiconductores (13) del tipo de desactivación y al menos un descargador de sobretensiones (14) que le está conectado en paralelo, estando al menos una sección conectada en serie con dicho conductor para corriente continua,

- medios (16) configurados para detectar la presencia de una corriente de falla en dicho conductor para corriente continua y

- una unidad (17) configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla a la detección de su presencia, incluyendo dicho control la desactivación de todos los dispositivos de semiconductores de dicha disposición circuital,

caracterizado por cuanto que el aparato comprende, además, un disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18', 18''') conectado en serie con dicha disposición limitadora de intensidad de corriente e incluyendo un conmutador

mecánico (19, 19''') y que dicho disyuntor para corriente continua mecánico está configurado para permitir la interrupción de una corriente de falla en dicho conductor para corriente continua una vez que se hayan desactivado dichos dispositivos de semiconductores (13) de dicha disposición circuital.

Disyuntor de corriente continua de alta tensión CAMPO DE LA INVENCIÓN Y ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La invención se refiere a un aparato disyuntor de alta tensión, para corriente continua, configurado para interrumpir una corriente de falla que se produzca en un conductor de alta tensión de corriente continua, cuyo aparato comprende:

- una disposición circuital limitadora de corriente que tiene al menos una sección con al menos un dispositivo de semiconductores del tipo de desactivación y al menos un descargador de sobretensiones con el que está conectado en paralelo, estando al menos una sección configurada para conectarse en serie con dicho conductor de corriente continua, -medios configurados para detectar la presencia de una corriente de falla en dicho conductor de corriente continua, y -una unidad configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla a la detección de su presencia, incluyendo dicho control la desactivación de todos los dispositivos de semiconductores de dicha disposición circuital.

Alta tensión significa una tensión > 10 kV y suele ser una tensión de varios centenares de kV con respecto a tierra.

Dicho aparato disyuntor de alta tensión para corriente continua puede disponerse en un sistema de transporte de alta tensión de corriente continua (DC) para obtener la interrupción de corrientes de falla que se produzcan en dicho conductor de corriente continua. En general, como una consecuencia de un cortocircuito a tierra. Por lo tanto, es de gran importancia que sea capaz, en muy corto plazo, tal como en el orden de magnitud de unos pocos centenares de μs, al producirse dicho límite de corriente de falla, impedir que esta corriente de falla produzca impactos importantes sobre el equipo conectado al sistema, lo que constituye la razón para utilizar dispositivos de semiconductores del tipo de desactivación, que puedan abrirse dentro de unos pocos μs, como conmutadores en una disposición limitadora de corriente de dicho aparato disyuntor.

Un aparato de este tipo es conocido a través del documento US 5 999 388 y un aparato conocido similar se ilustra en la Figura 1 adjunta, en donde la disposición limitadora de intensidad de corriente 1 tiene ochos secciones 2 conectadas en serie y cada sección tiene al menos un dispositivo de semiconductores del tipo de desactivación 3, en este caso un IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) y al menos un descargador de sobretensiones 4 al que está conectado en paralelo. Cada símbolo de IGBT puede, en realidad, significar un gran número, tal como 10, de IGBTs conectados en serie y lo mismo puede aplicarse al descargador de sobretensiones 4. Un elemento rectificador en la forma de al menos un diodo será conectado también en antiparalelo con cada dispositivo de semiconductores ilustrado en las Figuras de la presente invención. Sin embargo, estos diodos han sido omitidos por razones de simplicidad en las Figuras. La disposición 1 está configurada conectarse en serie con un conductor de corriente continua 5 en un potencial de alta tensión. Se ilustra como que el aparato tiene medios 6 para detectar la presencia de una corriente de falla en el conductor de corriente continua DC y para enviar información al respecto a una unidad de control 7 configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla controlando los dispositivos de semiconductores 3.

La desactivación de los IGBTs 3 de una sección individual 2 durante una falla operativa inserta el descargador de sobretensiones correspondiente 4 en la línea. La tensión a través de la sección viene dada, casi independiente de la corriente de falla, por el nivel protector del descargador de sobretensiones o banco de descargadores de sobretensiones (pluralidad de descargador de sobretensiones) de dicha sección. Suponiendo que el nivel de tensión de protección de la disposición completa, que se ilustra en la Figura 1, corresponde a 1.60 veces la tensión de corriente continua DC prevista para el control de corriente continua, la inserción de más de cinco descargador de sobretensiones (bancos de descargadores de sobretensiones) reducirá la corriente de falla. La inserción de cinco bancos de descargadores de sobretensiones limitará la corriente de falla al nivel de intensidad de corriente en la instancia del tiempo de interrupción.

Aunque dichos disyuntores para corriente continua de estado sólido, esto es, basados en conmutadores de semiconductores, responden casi instantáneamente a la demanda del sistema de protección y de control, un inconveniente de dicho aparato disyuntor es que tiene un gran número de dispositivos de semiconductores, tales como IGBTs, a conectarse en serie para ser capaces de asumir una tensión correspondiente a la tensión protectora de los bancos de descargador de sobretensiones, lo que da lugar a considerables gastos y también a importantes pérdidas de transferencia de potencia cuando la corriente del conductor de corriente continua DC circula a través de los dispositivos de semiconductores.

Las pérdidas de los disyuntores para corriente continua mecánicos, sobre la base de los disyuntores para corriente

continua estándar según se encuentra en las aplicaciones de corriente continua de alta tensión, son comparativamente muy pequeñas. El inconveniente de dichas soluciones de disyuntores DC mecánicos, es sin embargo, el retardo entre la señal de control desde el sistema de protección y la acción de interrupción. Incluso con un disyuntor para corriente continua estándar modificado se tardará de 10 a 20 ms hasta que se abran los contactos mecánicos, lo que es demasiado lento para la aplicación en un conductor de corriente continua de alta tensión, tal como una rejilla de distribución de corriente continua. Ésta es la razón por la que los disyuntores DC de estado sólido, con la apariencia ilustrada en la Figura 1, se hayan utilizado, hasta ahora, para realizar aparatos disyuntores para corriente continua de alta tensión.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es dar a conocer un aparato disyuntor para corriente continua de alta tensión del tipo definido en la introducción que se mejora en al menos algún aspecto en relación con dichos aparatos ya conocidos.

Este objetivo se obtiene, según la invención, proporcionando dicho aparato que comprende, además, un disyuntor para corriente continua mecánico conectado en serie con dicha disposición limitadora de la intensidad de corriente e incluyendo un conmutador mecánico y dicho disyuntor para corriente continua mecánico está configurado para permitir la interrupción de una corriente de falla en dicho disyuntor para corriente continua una vez que dichos dispositivos de semiconductores de dicha disposición se hayan desactivado.

Esto significa que durante condiciones normales, esto es, en ausencia de una falla operativa, la corriente en dicho conductor de corriente continua circulará a través de los dispositivos de semiconductores de la disposición limitadora de intensidad de corriente y dicho conmutador mecánico. Debido al hecho de que dicho disyuntor DC mecánico está configurado para permitir la interrupción de una corriente de falla, los dispositivos de semiconductores de dicha disposición limitadora de intensidad de corriente solamente tienen que realizar la limitación de la corriente de falla y no su interrupción, de modo que el nivel de tensión de protección de dicha disposición limitadora de intensidad de corriente puede reducirse con respecto a un aparato del tipo ilustrado en la Figura 1. Esto significa un menor número de dispositivos de semiconductores, tales como IGBTs, conectados en serie. Esta circunstancia operativa dará lugar, entonces, a una importante reducción de las pérdidas de transferencia de potencia en dicho aparato durante las condiciones de conducción normales.

Según una forma de realización de la invención, el nivel de tensión de protección de dicha disposición definida por dicho al menos un descargador de sobretensiones es una tensión de corriente continua prevista para un conductor de corriente continua con respecto a tierra + 10%. Esta circunstancia operativa puede compararse con un nivel de tensión de protección típico de un aparato, según la Figura 1, en el orden de magnitud de 150-160% de la tensión de corriente continua para la que está previsto el conductor de corriente continua. De este modo, el número de dispositivos de semiconductores conectados en serie en dicha disposición limitadora de intensidad de corriente y por ello, las pérdidas de transferencia de potencia de dicho aparato pueden reducirse en el orden de magnitud del 40%.

Según otra forma de realización de la invención, dicha al menos una sección... [Seguir leyendo]

1. Un aparato disyuntor para corriente continua de alta tensión configurado para interrumpir una corriente de falla que se produce en un conductor para corriente continua de alta tensión (15) , comprendiendo dicho aparato:

- una disposición limitadora de intensidad de corriente (11, 11â?â?â?) que tiene al menos una sección (12, 12â?â?, 12â?â?â?) con al menos un dispositivo de semiconductores (13) del tipo de desactivación y al menos un descargador de sobretensiones (14) que le está conectado en paralelo, estando al menos una sección conectada en serie con dicho conductor para corriente continua, -medios (16) configurados para detectar la presencia de una corriente de falla en dicho conductor para corriente continua y -una unidad (17) configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla a la detección de su presencia, incluyendo dicho control la desactivación de todos los dispositivos de semiconductores de dicha disposición circuital, caracterizado por cuanto que el aparato comprende, además, un disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?, 18â?â?â?) conectado en serie con dicha disposición limitadora de intensidad de corriente e incluyendo un conmutador mecánico (19, 19â?â?â?) y que dicho disyuntor para corriente continua mecánico está configurado para permitir la interrupción de una corriente de falla en dicho conductor para corriente continua una vez que se hayan desactivado dichos dispositivos de semiconductores (13) de dicha disposición circuital.

2. Un aparato según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que el nivel de tensión de protección de dicha disposición (11, 11â?â?â?) definido por dicho al menos un descargador de sobretensiones (14) es una tensión de corriente continua prevista para dicho conductor de corriente continua con respecto a tierra + 10%.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por cuanto que cada dicha al menos una sección (12, 12â?â?, 12â?â?â?) tiene una pluralidad de dichos dispositivos de semiconductores (13) conectados en serie y conjuntamente controlables por intermedio de dicha unidad de control (17) .

4. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que dicha disposición (11) comprende una pluralidad de dichas secciones (12, 12â?â?) individualmente controlables por dicha unidad de control (17) controlando dicho al menos un dispositivo de semiconductores que le está conectado.

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?â?â?) comprende, conectado en paralelo con dicho conmutador mecánico (19, 19â?â?â?) , al menos un módulo que tenga al menos un dispositivo de semiconductores (21) del tipo de desactivación y al menos un descargador de sobretensiones (22) que le está conectado en paralelo y que dicha unidad de control (17) está configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla controlando el disyuntor para corriente continua mecánico en el orden siguiente: activación de los dispositivos de semiconductores (21) de dicho al menos un módulo, la apertura de dicho conmutador mecánico para conmutar la corriente de falla para circular a través de los dispositivos de semiconductores antes citados y desactivando estos dispositivos de semiconductores.

6. Un aparato según la reivindicación 5, caracterizado por cuanto que el nivel de tensión de protección del descargador de sobretensiones (22) de dicho al menos un módulo del disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?â?â?) es d.

3. 80% de la tensión de corriente continua prevista para uno de dichos conductores de corriente continua con respecto a tierra.

7. Un aparato según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por cuanto que dicho al menos un módulo de dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?â?â?) tiene una pluralidad de dispositivos de semiconductores (21) conectados en serie y conjuntamente controlables por intermedio de dicha unidad de control (17) .

8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por cuanto que dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18) comprende una pluralidad de dichos módulos (20) .

9. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por cuanto que dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18â?) tiene una conexión en serie de una inductancia (24) y una capacitancia (25) conectadas en paralelo con dicho conmutador mecánico (19â?) y por cuanto que la unidad de control (17) está configurada para controlar la interrupción de dicha corriente de falla abriendo dicho conmutador mecánico.

10. Un aparato según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que dicha al menos una sección de dicha disposición limitadora de intensidad de corriente (11â?â?) tiene una resistencia (26) conectada en paralelo con cada descargador de sobretensiones de dicha disposición y que el nivel de tensión de protección de dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18â?â?) es de.

100. 200% de la tensión de corriente continua prevista para dicho conductor de corriente continua.

11. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que dicho dispositivo/dispositivos de semiconductores (13, 21) es/son un IGBT/IGBTs, un GTO/GTOs o un IGCT/IGCTs.

12. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que está

configurado para interrumpir una corriente de falla que se produce en un conductor para corriente continua de alta tensión previsto para ser de un nivel de tensión > 10 kV, 10 kV â?" 1000 kV, 100 kV â?" 1000 kV o 300 kV â?" 1000 kV con respecto a tierra.

13. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que está

configurado para conectarse a un dicho conductor para corriente continua de alta tensión en una estación de conversión de corriente alterna/corriente continua, AC/DC.

14. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que está

configurado para estar dispuesto en una rejilla de distribución de corriente continua para proteger a los equipos que 15 le están conectados.

15. Una instalación para transmitir energía eléctrica a través de una corriente continua de alta tensión, caracterizada por cuanto que está provista de un aparato disyuntor para corriente continua (10) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

16. Un método para controlar un aparato disyuntor para corriente continua de alta tensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, con el fin de interrumpir una corriente de falla detectada en dicho conductor para corriente continua de alta tensión, caracterizado por cuanto que comprende las etapas siguientes:

a) desactivar los dispositivos de semiconductores (13) de dicha disposición limitadora de intensidad de corriente (11, 11â?â?, 11â?â?â?) y b) controlar dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?, 18â?â?, 18â?â?â?) para interrumpir la corriente de falla. 30

17. Un método según la reivindicación 16, caracterizado por cuanto que se aplica en un aparato en el que dicho disyuntor para corriente continua mecánico (18, 18â?â?â?) comprende, conectado en paralelo con dicho conmutador mecánico (19, 19â?â?) , al menos un módulo que tiene al menos un dispositivo de semiconductores (21) del tipo de desactivación y al menos un descargador de sobretensiones (22) que le está conectado y que la etapa b) incluye las sub-etapas siguientes:

c) activar los dispositivos de semiconductores (21) de dicho al menos un módulo (20, 20â?â?, 20â?â?â?) del disyuntor para corriente continua de tipo mecánico, d) abrir dicho conmutador mecánico (18, 18â?â?, 18â?â?â?) para conmutar la corriente que circula a través de dicho conmutador mecánico para circular a través de dicho dispositivo de semiconductores mencionado en último lugar y e) desactivar dichos dispositivos de semiconductores (21) de dicho módulo de disyuntor mecánico para corriente 45 continua (18, 18â?â?, 18â?â?â?) para la interrupción de dicha corriente de falla.