Mecanismo de disparo termo-magnético para interruptores.

Un mecanismo termo-magnético de disparo (4, 4') para un interruptor eléctrico de potencia (2),

que comprende un circuito eléctrico y un circuito magnético, ambos conectados mecánica y eléctricamente con el mecanismo de accionamiento (5) del interruptor, en el que el circuito magnético comprende un imán permanente (8) y elementos de un material magnéticamente suave conectado a sus polos, elementos que forman los yugos (9a, 9b) o (9a, 9b') del circuito, entre los que se sitúa la armadura del circuito magnético, siendo la armadura un electroimán, caracterizado por que el electroimán (10) está hecho con dos núcleos separables, uno fijo (10a) y el otro móvil (10b) o (10b'), conectados individualmente con el par respectivo de yugos (9a, 9b) o (9a, 9b') y que hacen contacto entre sí frontalmente en el estado cerrado del mecanismo de disparo (4, 4'), y están hechos de un material ferromagnético que cuando se calienta por encima de la temperatura de Curie (TC) cambia sus características ferromagnéticas a características paramagnéticas y las bobinas (11a, 11b) del electroimán (10) se bobinan sobre los elementos separables del núcleo (10a, 10b o 10b') en direcciones opuestas entre sí con respecto a los dos elementos separables.

Mecanismo de disparo termo-magnético para interruptores La invención se refiere a un mecanismo de disparo termo-magnético para interruptores de protección de circuitos eléctricos en las redes de transmisión eléctrica, y en particular, para interruptores que protegen los circuitos eléctricos de los receptores de la energía eléctrica contra cortocircuitos o sobrecargas.

Existen dispositivos comúnmente conocidos para el disparo de un interruptor que protege un circuito eléctrico, en el que se usan dos mecanismos independientes. Uno es un disparo electromagnético que reacciona a la aparición de una corriente de cortocircuito, es decir una corriente de un valor que excede en muchas veces el valor de la corriente nominal del dispositivo protegido. El otro es un elemento termo-bimetálico que reacciona ante la aparición de una corriente de sobrecarga, es decir una corriente que crece lentamente, de un valor que supera el valor de la corriente nominal del dispositivo protegido en no más de unas pocas docenas porcentuales.

La descripción de patente EP 1526560 describe un interruptor que comprende un disparo electromagnético y un disparo térmico que se sitúan en una carcasa común. El recorrido de la corriente principal del interruptor contiene los contactos del interruptor principal, un disparo electromagnético y un disparo térmico. El disparo electromagnético es la bobina en la corriente principal colocada en un núcleo magnético. Si fluye una corriente de cortocircuito a través del devanado de la bobina del recorrido principal, el disparo electromagnético provoca la apertura de los contactos del interruptor principal. Si tiene lugar una corriente de sobrecarga, el disparo térmico situado en el recorrido de corriente auxiliar activa un mecanismo de desconexión adicional que abre los contactos del interruptor principal. El disparo térmico es un circuito electromagnético que comprende un núcleo magnético, una bobina de corriente auxiliar colocada sobre el yugo del núcleo, una armadura magnética y un elemento termo-bimetálico o un imán permanente hecho de un material con permeabilidad magnética variable. La bobina de corriente calienta el elemento termo-bimetálico o el imán permanente, que después de alcanzar una temperatura adecuada provoca el movimiento de la armadura magnética que cierra el circuito magnético del disparo magnético y actúa el mecanismo de desconexión adicional para los contactos del interruptor principal. La solución presentada incluye dos mecanismos independientes para el disparo del interruptor, lo que complica el diseño del disparo y alarga el recorrido de la corriente del interruptor.

El documento WO-A-0243095 describe un mecanismo de disparo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La esencia del mecanismo termo-magnético de disparo para un interruptor eléctrico de potencia, comprende un circuito eléctrico y un circuito magnético, ambos conectados mecánica y eléctricamente con el mecanismo de accionamiento del interruptor, en el que el circuito magnético comprende un imán permanente y elementos hechos de un material magnéticamente suave conectado a sus polos, elementos que son los yugos del circuito entre los que se sitúa la armadura del circuito magnético, la armadura es un electroimán hecho con dos núcleos separables, uno fijo y el otro móvil, conectados individualmente con el par respectivo de yugos y que hacen contacto entre sí frontalmente en el estado cerrado del mecanismo de disparo. Los núcleos están hechos de un material ferromagnético que cuando se calienta por encima de la temperatura de Curie (TC) cambia sus características de ferromagnético a paramagnético. Las bobinas del electroimán se bobinan en direcciones opuestas entre sí sobre los elementos separados del núcleo con respecto a los dos elementos que pueden separarse.

Preferentemente, el núcleo móvil del electroimán se conecta permanentemente con el yugo del circuito magnético fijado mediante el pivote al polo del imán permanente.

Preferentemente, un muelle de tensión de una fuerza de tensión más pequeña que la fuerza de atracción entre los elementos del núcleo del electroimán, que es generada por el imán permanente, se fijan al yugo fijado mediante el pivote a un polo del imán permanente.

Alternativamente, el núcleo móvil del electroimán se conecta de modo deslizante con el yugo del circuito magnético, que se fija permanentemente al polo del imán permanente y se conecta permanentemente con un extremo de una barra de empuje situada en la abertura del yugo y que sobresale en el exterior de la superficie externa del yugo.

Preferentemente, sobre la barra de empuje que sobresale en el exterior de la superficie externa del yugo se sitúa un muelle de tensión, uno de cuyos extremos reposa sobre la superficie externa del yugo y el otro extremo reposa sobre un elemento de resistencia fijado al otro extremo de la barra de empuje. La fuerza de expansión del muelle de tensión es más pequeña de la fuerza de atracción entre los núcleos del electroimán, generada por el imán permanente.

Preferentemente, el núcleo del electroimán está hecho de un material cuya temperatura de Curie TC varía desde 60 a 150 ºC.

Preferentemente, el núcleo del electroimán está hecho de polvo o aglomerado férrico, de materiales magnéticamente suaves, materiales súper-paramagnéticos en la forma de: polvos, aglomeraciones, suspensiones u otras formas de partículas ferromagnéticas en tamaños nanométricos o micrométricos, aleaciones o composiciones basadas en gadolinio, estructuras de Perovskite.

Preferentemente, el número de las vueltas de las bobinas (11a, 11b) es diferente.

Preferentemente, la bobina del electroimán situada sobre el núcleo fijo está conectada con ese núcleo por medio de una pasta o cemento térmicamente conductor.

La ventaja del mecanismo de disparo termo-magnético de acuerdo con la invención es un diseño simple que permite la sustitución de los dos mecanismos de disparo independientes por un mecanismo que reacciona tanto al cortocircuito como a una sobrecarga del circuito protegido. Esto da como resultado la simplificación del recorrido de la corriente en el interruptor de protección. El mecanismo de disparo es aplicable a interruptores que requieran pequeñas dimensiones del mecanismo de disparo y la simplificación del recorrido de la corriente englobado en el interruptor que protege un circuito eléctrico.

La materia objeto de la invención se presenta como una realización en los dibujos en los que la fig. 1 muestra esquemáticamente el sistema de protección con un interruptor que incorpora el mecanismo de disparo de acuerdo con la presente invención, la fig. 2 -el mecanismo de disparo en estado cerrado en la primera realización de la invención, la fig. 3 -el mecanismo de disparo en estado abierto en la primera realización de la invención, la fig. 4 -el mecanismo de disparo en estado cerrado en la segunda realización de la invención y la fig. 5 -el mecanismo de disparo en estado abierto en la segunda realización de la invención.

El sistema de protección comprende un origen de la potencia 1, un interruptor 2 y un receptor de la energía 6 protegido. El origen de la potencia 1 se conecta con el interruptor 2 a través de un conductor 3a y un mecanismo de disparo 4, 4’. El interruptor 2 se conecta eléctricamente con el receptor 6 protegido a través de un conductor 3b. El receptor 6 se conecta con el origen de la potencia 1 a través de un conductor 3c. El origen de la potencia 1, el conductor 3a, el mecanismo de disparo 4, 4’, el interruptor 2, el conductor 3b, el receptor 6 y el conductor 3c forman juntos un interruptor eléctrico cerrado. El mecanismo de disparo 4, 4’ se construye en la forma de un circuito magnético. El interruptor 2 se conecta con un elemento de accionamiento 5 conectado mecánicamente preferentemente con el mecanismo de disparo 4, 4’ y se conecta eléctricamente con el receptor 6 protegido. El interruptor 2, el elemento de accionamiento 5 y el mecanismo de disparo 4, 4’ se pueden situar en una carcasa común 7.

El mecanismo de disparo 4, 4’ contiene un imán permanente 8 cuyos polos se conectan con elementos, hechos de un material magnéticamente suave, que forman los yugos del circuito magnético del mecanismo de disparo, estando el primer yugo fijo 9a permanentemente conectado con el primer polo del imán permanente 8 y estando el segundo yugo móvil 9b conectado rotativamente con el segundo polo del imán permanente 8, como en la primera realización de la invención, o estando el primer yugo fijo 9a permanentemente conectado con el primer polo del imán permanente 8 y estando el segundo yugo fijo 9b’ permanentemente... [Seguir leyendo]

1. Un mecanismo termo-magnético de disparo (4, 4’) para un interruptor eléctrico de potencia (2) , que comprende un circuito eléctrico y un circuito magnético, ambos conectados mecánica y eléctricamente con el mecanismo de 5 accionamiento (5) del interruptor, en el que el circuito magnético comprende un imán permanente (8) y elementos de un material magnéticamente suave conectado a sus polos, elementos que forman los yugos (9a, 9b) o (9a, 9b’) del circuito, entre los que se sitúa la armadura del circuito magnético, siendo la armadura un electroimán, caracterizado por que el electroimán (10) está hecho con dos núcleos separables, uno fijo (10a) y el otro móvil (10b) o (10b’) , conectados individualmente con el par respectivo de yugos (9a, 9b) o (9a, 9b’) y que hacen contacto entre sí

frontalmente en el estado cerrado del mecanismo de disparo (4, 4’) , y están hechos de un material ferromagnético que cuando se calienta por encima de la temperatura de Curie (TC) cambia sus características ferromagnéticas a características paramagnéticas y las bobinas (11a, 11b) del electroimán (10) se bobinan sobre los elementos separables del núcleo (10a, 10b o 10b’) en direcciones opuestas entre sí con respecto a los dos elementos separables.

2. Un mecanismo de disparo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el núcleo móvil (10b) del electroimán (10) se conecta permanentemente con el yugo (9b) del circuito magnético fijado mediante pivote al polo del imán permanente (8) .

3. Un mecanismo de disparo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que un muelle de tensión (13) que tiene una fuerza de tensión (FS) más pequeña que la fuerza de atracción magnética (FM) entre los elementos del núcleo (10a, 10b) del electroimán, generada por el imán permanente (8) , se fija al yugo (9b) del circuito magnético.

4. Un mecanismo de disparo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el núcleo móvil (10b’) del

electroimán (10) se conecta de modo deslizante al yugo (9b’) del circuito magnético, fijado permanentemente al polo del imán permanente (8) , y está conectado permanentemente a un extremo de una barra de empuje (15) situada en la abertura (14) del yugo (9b’) y que sobresale en el exterior de la superficie externa del yugo (9b’) .

5. Un mecanismo de disparo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que sobre la barra de empuje (15) se sitúa un muelle de expansión (16) uno de cuyos extremos reposa sobre la superficie externa del yugo (9b’) y el otro extremo reposa sobre un elemento de resistencia (17) fijado al otro extremo de la barra de empuje (15) , siendo la fuerza de expansión (FS) del muelle de expansión (16) más pequeña que la fuerza de atracción magnética (FM) entre los núcleos (10a, 10b’) del electroimán (10) , generada por el imán permanente (8) .

6. Un mecanismo de disparo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que el núcleo (10a, 10b, 10b’) está hecho de un material cuya temperatura de Curie TC está en el intervalo de 60 a 150 ºC.

7. Un mecanismo de disparo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por que el

núcleo del electroimán (10) está hecho de polvo o aglomerado férrico, de materiales magnéticamente suaves, 40 materiales súper-paramagnéticos en la forma de:

polvos, aglomeraciones, suspensiones u otras formas de partículas ferromagnéticas en tamaños nanométricos o micrométricos, aleaciones o composiciones a base de gadolinio, estructuras de Perovskite.

8. Un mecanismo de disparo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por que el número de las vueltas de las bobinas (11a, 11b) es diferente.

9. Un mecanismo de disparo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por que la bobina (11a) se conecta con el núcleo del electroimán (10a) por medio de una pasta o cemento térmicamente 50 conductores.