Protección contra sobretensiones para convertidores con filtro EMV de entrada.

Dispositivo de protección contra sobretensiones para un convertidor (5) para alimentar energía eléctrica desde una fuente de tensión continua (15) en particular en una red de corriente alterna (4),

con un nivel de entrada de tensión continua (6) que presenta al menos dos líneas conductoras de corriente (22 a 24) y un filtro EMV (7) que comprende capacidades antiparásitas (13, 14) e inductancias antiparásitas (12), estando previstos descargadores de sobretensión (20, 21) para descargar sobretensiones a tierra, caracterizado por que los descargadores de sobretensión (20, 21) están conectados por detrás del filtro EMV (7), desde la fuente de tensión continua (15), a las líneas (22 a 24).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09161166.

Solicitante: SMA SOLAR TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: SONNENALLEE 1 34266 NIESTETAL ALEMANIA.

Inventor/es: GREIZER,FRANK, BREMICKER SVEN, JEPPE,ANDREAS, WOLF,DR.-ING. HENRIK, WESTPHAL,TORBEN, HÄRING,ADRIAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02H3/04 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 3/00 Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática respondiendo directamente a un cambio indeseado de las condiciones eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (especialmente adaptados para máquinas o aparatos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas H02H 7/00; sistemas para conmutación de la alimentación de reserva H02J 9/00). › con señalización o supervisión adicional a la desconexión, p. ej. para indicar que el aparato de protección ha funcionado.
  • H02H7/122 H02H […] › H02H 7/00 Circuitos de protección de seguridad especialmente adaptados para máquinas o aparatos eléctricos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas, y efectuando una conmutación automática en el caso de un cambio indeseable de las condiciones normales de trabajo (asociación estructural de órganos de protección con máquinas o aparatos específicos y su protección sin desconexión automática, ver la subclase correspondiente a tales máquinas o aparatos). › para inversores, es decir, convertidores de corriente continua en corriente alterna.
  • H02H9/04 H02H […] › H02H 9/00 Circuitos de protección de seguridad para limitar el exceso de corriente o de tensión sin desconexión (asociación estructural de dispositivos de protección con máquinas o aparatos específicos ver las subclases relativas a estas máquinas o aparatos). › sensibles a un exceso de tensión (pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T).

PDF original: ES-2509142_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Protección contra sobretensiones para convertidores con filtro EMV de entrada La invención se refiere a un dispositivo de protección contra sobretensiones para un convertidor para alimentar energía eléctrica desde una fuente de tensión continua en particular en una red de corriente alterna, con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1. Además, se señala un descargador de sobretensión especialmente adecuado para un dispositivo de protección contra sobretensiones de este tipo. Además, trata de una aplicación preferida del dispositivo novedoso de protección contra sobretensiones o del descargador de sobretensión novedoso.

Principalmente, la presente invención está relacionada con convertidores con los que se alimenta energía eléctrica desde una instalación fotovoltáica como fuente de tensión continua en una red de corriente alterna. En instalaciones fotovoltáicas es habitual agrupar módulos solares individuales para formar los denominados strings, que entonces se conectan con el convertidor a través de un cableado común. Sin embargo, la presente invención no está limitada a instalaciones fotovoltáicas como fuentes de tensión continua.

En particular, la invención está prevista para convertidores para alimentar energía eléctrica en una red de corriente alterna. Sin embargo, básicamente, el convertidor también puede servir para alimentar energía eléctrica desde la respectiva fuente de tensión continua directamente en un elemento consumidor, como, por ejemplo, una máquina eléctrica.

Sin embargo, precisamente en el caso de convertidores para alimentar energía eléctrica desde instalaciones fotovoltáicas existe un riesgo elevado de que, debido a descargas de rayos en el entorno cercano, las denominadas descargas cercanas, sobretensiones transitorias se acoplen en los cableados de los strings y se transmitan al convertidor debido a la superficie global grande de los módulos solares y debido a la longitud del cableado de los mismos hasta el respectivo convertidor. Estas sobretensiones transitorias constituyen un peligro para todos los componentes constructivos electrónicos y eléctricos del convertidor.

Estado de la técnica Para proteger convertidores para alimentar energía eléctrica de instalaciones fotovoltáicas en redes de corriente alterna frente a sobretensiones transitorias es habitual conectar descargadores de sobretensión a todas las líneas de alimentación hacia el convertidor, y concretamente de modo que estos descargadores de sobretensión actúan tanto entre las líneas de alimentación como entre cada línea de alimentación individual y la tierra. Mediante estos descargadores de sobretensión se protege máximamente el convertidor cuando sólo están previstos directamente por delante del nivel de entrada de tensión continua del mismo.

En un dispositivo de protección contra sobretensiones con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1, un nivel de entrada de tensión continua del convertidor presenta un filtro EMV que comprende capacidades antiparásitas e inductancias antiparásitas. Este filtro EMV sirve con medidas adicionales para la compatibilidad electromagnética de la alimentación de energía eléctrica a través del convertidor en la red de corriente alterna.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones de este tipo es conocido por el documento DE 3442932.

Los inventores han detectado que sobretensiones transitorias producidas no se descargan tan completamente a través de descargadores de sobretensión por delante del nivel de entrada de tensión continua de un convertidor que el nivel de tensión en la entrada del nivel de entrada de tensión continua del convertidor aún cambie de forma transitoria. En el nivel de entrada de tensión continua se puede producir una excitación de oscilaciones de los circuitos oscilantes existentes debido a las capacidades antiparásitas e inductancias antiparásitas del filtro EMV debido al cambio transitorio del nivel de tensión. Estas oscilaciones pueden tener una amplitud claramente mayor que su excitación, de modo que, a pesar de la debilitación realizada de una sobretensión transitoria a través de los descargadores de sobretensión por delante del nivel de entrada de tensión continua del convertidor tras el filtro EMV, se puede producir de nuevo una sobretensión transitoria aumentada hasta una medida peligrosa.

Bajo la denominación de producto DEHNguard® son conocidos descargadores de sobretensión de la empresa DEHN + SÃ-HNE GmbH + Co. KG, Núremberg, Alemania, en los que están previstos dos trayectos de descarga alternativos. En un trayecto de descarga está dispuesto un varistor, en el otro está dispuesto un fusible. Un conmutador entre los dos trayectos está colocado en primer lugar en el trayecto con el varistor, aunque está pretensado por resorte en la dirección hacia el otro trayecto con el fusible. Se mantiene en esta posición de conmutación siempre que no esté fundido un elemento de fusión que está en contacto térmico con el varistor. Si el varistor se carga tanto que su calentamiento lleva a una fusión del elemento de fusión, entonces el conmutador se libera de este modo, y conmuta la corriente de descarga al fusible. En caso de que la corriente de descarga siga constante, el fusible se funde. Un arco eléctrico que se produce posiblemente a este respecto se extingue por el proprio fusible que está configurado de manera correspondiente para ello y que es resistente frente a los efectos del

arco eléctrico. El conmutador no sólo conmuta la corriente de descarga al fusible sino también desplaza hacia fuera una clavija de señal que sobresale de los descargadores de sobretensión en la que se puede detectar de manera óptica o mediante un microconmutador que la protección contra sobretensiones se ha cargado de forma irreversible y al menos requiere un remplazamiento del elemento de fusión y una revisión del fusible. Estos descargadores de sobretensión conocidos tienen una estructura complicada; requieren un fusible autoextintor especial; y son correspondientemente caros.

Habitualmente, un nivel de entrada de tensión continua de un convertidor tiene una capacidad de amortiguación de un tamaño considerable para compensar la toma de corriente sincronizada a través del convertidor de las líneas conductoras de corriente o suavizar sus efectos inversos.

Objetivo de la invención La invención se basa en el objetivo de proporcionar una protección contra sobretensiones para un convertidor para alimentar energía eléctrica desde una fuente de tensión continua en una red de corriente alterna con la que todos los componentes constructivos electrónicos y eléctricos del convertidor se protejan de manera eficaz y económica frente a sobretensiones transitorias y sus consecuencias.

Solución El objetivo de la invención se consigue mediante un dispositivo de protección contra sobretensiones con las características de la reivindicación independiente 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a formas de realización preferidas del dispositivo novedoso de protección contra sobretensiones del descargador de sobretensión novedoso. A este respecto, la reivindicación 15 se refiere a un convertidor para alimentar energía eléctrica desde una instalación fotovoltáica, que comprende varios string, en una red de corriente alterna con un dispositivo novedoso de protección contra sobretensiones y/o un descargador de sobretensión novedoso.

Descripción de la invención En el dispositivo novedoso de protección contra sobretensiones, los descargadores de sobretensión están conectados por detrás del filtro EMV, visto desde la fuente de tensión continua, a las líneas conductoras de corriente del convertidor, para descargar sobretensiones a tierra. Así, los descargadores de sobretensión también pueden descargar sobretensiones que se deben a excitaciones del filtro EMV como consecuencia de sobretensiones transitorias y también proteger el convertidor frente a estas sobretensiones.

A este respecto resulta suficiente conectar los descargadores de sobretensión por detrás del filtro EMV sólo entre las líneas y la tierra. Es decir, se puede prescindir de descargadores de sobretensión que son eficaces para sobretensiones entre las líneas individuales. Éste es un efecto de la capacidad de amortiguación conectada entre las líneas en el nivel de entrada de tensión continua por detrás de los descargadores de sobretensión, visto desde la fuente de tensión continua. Por regla general, la magnitud de esta capacidad de amortiguación es suficiente para amortiguar hasta una medida no peligrosa sobretensiones entre las líneas que aún no desencadenan una descarga a tierra.

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Reivindicaciones:

1. Dispositivo de protección contra sobretensiones para un convertidor (5) para alimentar energía eléctrica desde una fuente de tensión continua (15) en particular en una red de corriente alterna (4) , con un nivel de entrada de tensión continua (6) que presenta al menos dos líneas conductoras de corriente (22 a 24) y un filtro EMV (7) que comprende capacidades antiparásitas (13, 14) e inductancias antiparásitas (12) , estando previstos descargadores de sobretensión (20, 21) para descargar sobretensiones a tierra, caracterizado por que los descargadores de sobretensión (20, 21) están conectados por detrás del filtro EMV (7) , desde la fuente de tensión continua (15) , a las líneas (22 a 24) .

2. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 1, caracterizado por que una capacidad de amortiguación (25) está conectada en el nivel de entrada de tensión continua (6) entre las líneas (22 a 24) por detrás de los descargadores de sobretensión (20, 21) , desde la fuente de tensión continua (15) , y por que los descargadores de sobretensión (20, 21) sólo están conectados entre las líneas (22 a 24) y la tierra.

3. Dispositivo de protección contra sobretensiones según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) están conectados por delante del filtro EMV (7) , desde la fuente de tensión continua (15) , a las líneas (22 a 24) o a líneas de alimentación (8 a 11) de partes de la fuente de tensión continua (15) hacia las líneas (22 a 24) .

4. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 3, caracterizado por que los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) están conectados espacialmente separados de la fuente de tensión continua (15) o de sus partes en el lugar del convertidor (5) por delante del filtro EMV (7) a las líneas (22 a 24) o las líneas de alimentación (8 a 11) .

5. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 4, caracterizado por que los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) están conectados dentro de una carcasa del convertidor (5) a las líneas (22 a 24) o las líneas de alimentación (8 a 11) .

6. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) actúan entre cada línea (22 a 24) o cada línea de alimentación (8 a 11) y la tierra, por un lado, y entre las líneas (22 a 24) o las líneas de alimentación (8 a 11) , por otro lado.

7. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que para los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) están previstos lugares de enchufe cuya ocupación se controla mediante interruptores de un dispositivo de vigilancia.

8. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 7, caracterizado por que los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) conmutan los interruptores cuando una sobretensión descargada haya provocado un cambio permanente del respectivo descargador de sobretensión.

9. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 8, caracterizado por que los descargadores de sobretensión adicionales (16, 17) presentan en cada caso dos trayectos de descarga paralelos, estando conectado un varistor al interior de un trayecto de descarga y estando conectado un fusible autoextintor al interior del otro trayecto de descarga, conmutando un conmutador de un trayecto de descarga a otro trayecto de descarga y conmutándose el interruptor asociado cuando el varistor se haya expuesto a una carga térmica previamente definida.

10. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que al menos uno de los descargadores de sobretensión (20, 21) presenta una conexión en serie a partir de un varistor

(26) y un fusible (27) acoplado térmicamente con el varistor (26) , detectando un dispositivo de vigilancia (29) la tensión que baja en el fusible (27) .

11. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 10, caracterizado por que el dispositivo de vigilancia (29) presenta una alimentación de energía autónoma.

12. Dispositivo de protección contra sobretensiones según las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado por que el fusible (27) no es autoextintor.

13. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que el dispositivo de vigilancia (29) extingue mediante un accionamiento de interruptor un arco eléctrico detectado mediante una caída de tensión característica en el fusible (27) .

14. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 13, caracterizado por que el dispositivo de vigilancia (29) acciona interruptores del convertidor (5) para la extinción de la tensión.

15. Convertidor (5) para alimentar energía eléctrica desde una instalación fotovoltáica (1) , que comprende varios strings (2) , en una red de corriente alterna (4) con un dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores.


 

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