Interruptor de corriente híbrida.

Interruptor de corriente híbrida (100) que comprende una carcasa (1) desde la que sobresalen al exterior al menos un primer terminal y un segundo terminal adecuados para la conexión eléctrica de entrada y de salida con un circuito eléctrico asociado,

respectivamente, donde

comprende además, situados dentro de dicha carcasa (1):

- un interruptor de corriente principal (MS, 10) que comprende un primer contacto fijo (11) y un correspondiente primer contacto móvil (12), donde dichos primeros contactos fijo y móvil (11, 12) están conectados en serie con y situados entre dichos primer y segundo terminales;

- un interruptor de sistema electrónico de energía (PES, 20) que es adecuado para ser conectado en paralelo con dicho interruptor de corriente principal (10) y pueden ser cambiado entre un estado de conexión y un estado de desconexión;

caracterizado por

- un interruptor de corriente secundario (IS, 30) con un segundo contacto fijo (31) y un correspondiente segundo contacto móvil (32), donde dicho interruptor de corriente secundario (30) está conectado en serie al menos con dicho interruptor de sistema electrónico de energía (20);

- un eje de retención de contactos móviles (4) sobre el que son montados dicho primer contacto móvil (11) y dicho segundo contacto móvil (31), dicho eje de retención de contactos móviles (4) está situado dentro de la carcasa (1) rotando alrededor de un eje de rotación (101) para mover dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) entre una posición cerrada donde están acoplados con dichos primer y segundo contactos fijos (11, 31), respectivamente, y una posición abierta donde están eléctricamente separados de ellos, donde dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) están montados sobre dicho eje de retención de contactos móviles (4) con una inclinación angular con respecto al otro cuando se encuentran en la posición abierta.

Interruptor de corriente híbrida

La presente divulgación se refiere a un interruptor de corriente híbrida, por ejemplo un disyuntor o 5 seccionador del interruptor, con aislamiento integral, en particular para aplicaciones de bajo voltaje.

Con motivo de la presente divulgación el término "bajo voltaje" se refiere a aplicaciones con voltaje operativo hasta 1000V AC/1500V DC.

Como es conocido, los interruptores usados en circuitos de baja tensión, típicamente disyuntores, seccionadores, contactores, son dispositivos de protección diseñados para permitir la correcta operación de partes específicas de los circuitos eléctricos en los que están instalados, y de cargas eléctricas conectadas a tales circuitos eléctricos o partes de los mismos.

Por ejemplo, garantizan la disponibilidad de la corriente nominal necesaria para diferentes utilidades, permiten la conexión y desconexión apropiadas de cargas del circuito, protegen (especialmente los disyuntores) la red eléctrica y las cargas instaladas en ella frente a eventos de fallo tales como sobrecarga y cortocircuitos.

Hay disponibles en el mercado numerosas soluciones industriales para los dispositivos anteriormente 20 mencionados.

Los interruptores electromecánicos convencionales generalmente tienen una carcasa que aloja uno o varios polos eléctricos; cada polo comprende una pareja de contactos separables para generar, romper y conducir la corriente; en particular, un mecanismo de transmisión causa que los contactos móviles se muevan entre una primera 25 posición cerrada donde están acoplados a los contactos fijos correspondientes y una segunda posición abierta donde están distanciados hacia afuera de los contactos fijos correspondientes.

En la posición cerrada, los contactos bien diseñados suponen fugas de energía bastante bajas, mientras que en la posición abierta garantizan un aislamiento galvánico (eléctrico) del circuito en el flujo descendente siempre y 30 cuando la separación física entre los contactos esté por encima de un valor mínimo; tal aislamiento galvánico es muy importante en la práctica eléctrica común, porque permite una reparación y trabajos de mantenimiento seguros en el circuito en el que el interruptor está insertado.

Aunque tales interruptores convencionales han demostrado ser muy robustos y fiables, en las aplicaciones de 35 corriente continua ("DC" por sus siglas en inglés) , y principalmente a relativamente alta tensión (por encima de 1500V) , el tiempo de interrupción puede ser bastante alto, y por lo tanto los arcos eléctricos que normalmente golpean entre los contactos mecánicos bajo separación pueden consecuentemente durar más tiempo.

Tales largos tiempos de producción de arcos resultan en un desgaste severo de los contactos, reduciendo así 40 significativamente la resistencia eléctrica, es decir el número de operaciones de conmutación que un interruptor puede desempeñar.

Para hacer frente a tales cuestiones en las aplicaciones DC, se han diseñado los así llamados disyuntores de estado sólido ("SSCBs" por sus siglas en inglés) que usan interruptores de sistema electrónico de energía ("PES" 45 por sus siglas en inglés) , usando dispositivos de energía basada en semiconductor, tal como la energía MOSFETs, transistores bipolares de puerta aislada ("IGBTs" por sus siglas en inglés) , tiristores Gate Turn-Off (GTO por sus siglas en inglés) o tiristores controlados por puerta integrada ("IGCTs" por sus siglas en inglés) , que pueden ser conectados y desconectados mediante una unidad de accionamiento de sistema electrónico para tener una fabricación de corriente y (más importante) operaciones de rotura sin arcos. 50

La ventaja principal de tales SSCBs es que tienen resistencia eléctrica potencialmente ilimitada debido a las operaciones sin arcos; por otro lado, los dispositivos PES adecuados para corrientes altas, por ejemplo por encima de 100A, tienen fugas de conducción de estado altísimas.

Por lo tanto, los SSCBs desperdician bastante energía y necesitan un enfriamiento intensivo para eliminar el calor generado y mantener la temperatura a niveles seguros.

Para mitigar estos problemas, se han concebido soluciones híbridas donde un interruptor convencional o principal ("MS" por sus siglas en inglés) es conectado en paralelo a un dispositivo PES; el interruptor principal 60 conduce la corriente en operaciones normales, mientras que el dispositivo PES sólo es usado en caso de rotura o fabricación.

Tales soluciones híbridas tienen fugas de energía bajas, en principio no superiores a aquéllas de los interruptores convencionales, y por lo tanto no requieren un enfriamiento especial también cuando son cargadas 65 continuamente a energía completa.

Pero otro inconveniente importante de los dispositivos PES es que en estado de desconexión, si un voltaje es aplicado a sus terminales, es decir un ánodo y cátodo para un IGCT, un colector y emisor para un IGBT, conducen una corriente pequeña (corriente de fuga) , por ejemplo hasta unas docenas de mA. Como consecuencia, los SSCBs y las soluciones híbridas han limitado las fugas de energía también en el estado abierto y no son adecuadas para el 5 aislamiento galvánico.

Esta severa limitación se puede evitar mediante otro interruptor convencional (interruptor de aislamiento o "IS" por sus siglas en inglés) que está conectado en serie al dispositivo PES.

El apropiado funcionamiento de tal dispositivo complejo requiere que los dispositivos IS, MS y PES sean accionados en una secuencia muy estricta y con señales de sincronización precisas en operaciones de rotura y de generación. Por ejemplo, en condiciones de funcionamiento normales, los dispositivos MS e IS están cerrados, y el dispositivo PES está en estado de desconexión. Cuando es necesario interrumpir el flujo de corriente (operación de abertura o rotura de corriente) , el dispositivo PES se conecta (sin que haya paso de corriente a través de él, debido 15 a que el voltaje a través del dispositivo, es decir la caída de voltaje en el dispositivo MS, es típicamente inferior que un voltaje de umbral, que es el voltaje emisor-colector (VCE por sus siglas en inglés) en el caso de los IGBTs y el voltaje de estado de conexión (VT por sus siglas en inglés) en el caso de los IGCTs) , el dispositivo MS se abre y se enciende un arco entre sus contactos. El voltaje de arco desvía la corriente hacia el dispositivo PES y el arco entre los contactos del dispositivo MS es extinguido inmediatamente después. El dispositivo PES se desconecta 20 rompiendo la corriente principal, donde este paso debería ser ejecutado sólo cuando la distancia entre los contactos del dispositivo MS es lo suficientemente grande como para evitar un reencendido del arco. Justo después el dispositivo IS se abre interrumpiendo también así la corriente de fugas. Cuando en cambio, es necesario cerrar los contactos (operaciones de generación de corriente) , empezando por una condición donde los dispositivos MS e IS están abiertos, y el dispositivo PES está en estado de desconexión, el dispositivo IS se cierra primero, generando 25 así sólo la corriente de fugas baja, luego el dispositivo PES se enciende generando la corriente principal o nominal, y después el dispositivo MS se cierra desviando así la corriente del dispositivo PES con un arco pequeño entre los contactos del dispositivo MS mismo.

En la práctica, el interruptor de aislamiento genera o rompe sólo corrientes de fuga pequeñas, normalmente 30 menores que 100 mA, y el desgaste de sus contactos es insignificante. De la misma manera, también los contactos del dispositivo MS están expuestos solo a arcos pequeños y cortos y su desgaste se reduce significativamente en comparación con un conmutador mecánico tradicional.

Como consecuencia, con soluciones híbridas puede ser ejecutado un número mucho mayor de operaciones 35 de generación o rotura eléctricas aun con corrientes altas.

El documento WO2011/018113 divulga un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

No obstante, sigue habiendo deseo de más mejoras de las soluciones híbridas conocidas, en particular en lo 40 que respecta a simplificar su disposición constructiva, realizar una coordinación mejor sincronizada de sus operaciones, y mantener tal sincronización durante mayor tiempo y posiblemente durante toda la vida útil.

Por lo tanto, la presente divulgación va dirigida a cumplir ese deseo y proporciona un interruptor de corriente híbrida que comprende una carcasa de la que sobresalen al exterior al menos un primer terminal y un segundo 45 terminal adecuados para la conexión eléctrica de entrada y de salida con un circuito eléctrico... [Seguir leyendo]

1. Interruptor de corriente híbrida (100) que comprende una carcasa (1) desde la que sobresalen al exterior al menos un primer terminal y un segundo terminal adecuados para la conexión eléctrica de entrada y de salida con un circuito eléctrico asociado, respectivamente, donde 5

comprende además, situados dentro de dicha carcasa (1) :

- un interruptor de corriente principal (MS, 10) que comprende un primer contacto fijo (11) y un correspondiente primer contacto móvil (12) , donde dichos primeros contactos fijo y móvil (11, 12) están conectados en serie con y situados entre dichos primer y segundo terminales; 10

- un interruptor de sistema electrónico de energía (PES, 20) que es adecuado para ser conectado en paralelo con dicho interruptor de corriente principal (10) y pueden ser cambiado entre un estado de conexión y un estado de desconexión;

caracterizado por - un interruptor de corriente secundario (IS, 30) con un segundo contacto fijo (31) y un correspondiente segundo 15 contacto móvil (32) , donde dicho interruptor de corriente secundario (30) está conectado en serie al menos con dicho interruptor de sistema electrónico de energía (20) ;

- un eje de retención de contactos móviles (4) sobre el que son montados dicho primer contacto móvil (11) y dicho segundo contacto móvil (31) , dicho eje de retención de contactos móviles (4) está situado dentro de la carcasa (1) rotando alrededor de un eje de rotación (101) para mover dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) entre 20 una posición cerrada donde están acoplados con dichos primer y segundo contactos fijos (11, 31) , respectivamente, y una posición abierta donde están eléctricamente separados de ellos, donde dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) están montados sobre dicho eje de retención de contactos móviles (4) con una inclinación angular con respecto al otro cuando se encuentran en la posición abierta.

2. Interruptor de corriente híbrida (100) según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que comprende además un único mecanismo de accionamiento (5) conectado operativamente a dicho eje de retención de contactos móviles (4) para accionar tanto dicho interruptor de corriente principal (10) como dicho interruptor de corriente secundario (30) .

3. Interruptor de corriente híbrida (100) según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicho mecanismo de accionamiento (5) es tal que dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) están esencialmente alineados entre sí cuando se encuentran en la posición cerrada.

4. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el 35 hecho de que dichos primer y segundo contactos móviles (12, 32) están montados sobre dicho eje de retención de contactos móviles (4) de manera que cuando se abre dicho interruptor de corriente principal (10) y dicho interruptor de corriente secundario (30) , dicho segundo contacto móvil (32) empieza a separarse físicamente de dicho segundo contacto fijo (31) sólo cuando dicho primer contacto móvil (12) está distanciado de dicho primer contacto fijo (11) en al menos una distancia predeterminada. 40

5. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o varias de las reivindicaciones 2-4, caracterizado por el hecho de que dicho único mecanismo de accionamiento (5) está adaptado para mover dicho eje de retención de contactos móviles (4) a una velocidad angular variable al menos cuando rota desde la posición cerrada a la posición abierta.

6. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha inclinación angular está comprendida entre 3º y 60º .

7. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho mecanismo de accionamiento (5) comprende un primer muelle de presión de contacto (13) 50 conectado operativamente a dicho primer contacto móvil (12) y un segundo muelle de presión de contacto (33) conectado operativamente a dicho segundo contacto móvil (32) , donde dichos primer y segundo muelles de presión de contacto (13, 33) tienen una rigidez asociada de manera que, en una posición cerrada bajo la acción de dicho mecanismo de accionamiento, la fuerza de contacto ejercida sobre el segundo contacto móvil (32) es superior a aquella ejercida sobre el primer contacto móvil (12) . 55

8. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende una unidad de orden (6) adaptada para cambiar dicho interruptor de sistema electrónico de energía (20) desde un estado de desconexión a un estado de conexión antes de que dicho primer contacto móvil (12) empiece a separarse físicamente de dicho primer contacto fijo (11) cuando se abre dicho interruptor de corriente 60 principal (10) y dicho interruptor de corriente secundario (30) .

9. Interruptor de corriente híbrida (100) según la reivindicación 8 donde dicha unidad de orden (6) está adaptada para cambiar dicho interruptor de sistema electrónico de energía (20) desde un estado de conexión a un estado de desconexión después de que dicho primer contacto móvil (12) esté distanciado de dicho primer contacto fijo (11) en 65 al menos una distancia predeterminada y antes de que dicho segundo contacto móvil (32) empiece a separarse físicamente de dicho segundo contacto fijo (31) cuando se abre dicho interruptor de corriente principal (10) y dicho interruptor de corriente secundario (30) .

10. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones precedentes donde dicha unidad de orden (6) está adaptada para cambiar dicho interruptor de sistema electrónico de energía (20) desde un estado 5 de conexión a un estado de desconexión después de que dicho segundo contacto móvil (32) esté acoplado con dicho segundo contacto fijo (31) y antes de que dicho primer contacto móvil (12) empiece a tocar físicamente dicho primer contacto fijo (11) cuando se cierra dicho interruptor de corriente principal (10) y dicho interruptor de corriente secundario (30) .

11. Interruptor de corriente híbrida (100) según la reivindicación 8 o 9 donde dicha unidad de orden (6) está adaptada para conducir también dicho único mecanismo de accionamiento (5) .

12. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho único mecanismo de accionamiento (5) comprende un motor de autocierre. 15

13. Interruptor de corriente híbrida (100) según la reivindicación 12, donde dicho motor de autocierre comprende un motor piezoeléctrico (50) .

14. Interruptor de corriente híbrida (100) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el 20 hecho de que dicho interruptor de corriente secundario (30) está conectado en serie también con dicho interruptor de corriente principal (10) .