CIRCUITO DE CONMUTACION.

Circuito de conmutación compuesto por al menos un par de contactos mecánicos (M) dentro de un suministro de corriente alterna,

y medios para cambiar el estado de los contactos en respuesta a una señal de conmutación (S), el circuito también incluye los medios (Q1, Q2) que definen los sucesivos periodos de tiempo ("ventanas de activación") durante los cuales la magnitud del voltaje del suministro no se encuentra en su punto máximo y permite que los contactos cambien de estado en respuesta a una señal de conmutación que tiene lugar sólo durante el funcionamiento de dichas ventanas, caracterizado porque las ventanas de activación se determinan a través de una señal causada por el desplazamiento de fase del voltaje del suministro (CS), y tienen lugar cuando el voltaje del suministro es menor que cierto punto máximo y desciende hacia cero, dicha señal libera un dispositivo de fijación en la salida de la señal de conmutación, y dicho sujetador evita que la señal de conmutación aparezca fuera de las ventanas de activación

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/001158.

Solicitante: SHAKIRA LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Irlanda.

Dirección: ATREUS PLACE, POOLBOY,BALLINASLOE, COUNTY GALWAY.

Inventor/es: WARD,PATRICK.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 3 de Marzo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02H3/33 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). › utilizando transformadores sumadores de corriente (H02H 3/347 tiene prioridad).

Clasificación PCT:

  • H01H9/56 H […] › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01H INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS DE PROTECCION DE EMERGENCIA (cables de contacto H01B 7/10; interruptores automáticos de tipo electrolítico H01G 9/18; circuitos de protección, de seguridad H02H; conmutación por medios electrónicos sin cierre de contactos H03K 17/00). › H01H 9/00 Detalles de los dispositivos de conmutación no cubiertos por H01H 1/00 - H01H 7/00. › para asegurar el funcionamiento del interruptor en un punto determinado del ciclo de corriente alterna.
  • H02H3/33 H02H 3/00 […] › utilizando transformadores sumadores de corriente (H02H 3/347 tiene prioridad).
CIRCUITO DE CONMUTACION.

Fragmento de la descripción:

Circuito de conmutación.

La presente invención hace referencia a un circuito de conmutación compuesto por al menos un par de contactos mecánicos en un suministro de energía eléctrica de corriente alterna y medios para cambiar el estado de los contactos (es decir, abriéndolos o cerrándolos) en respuesta a una señal de conmutación. La invención se aplica, pero no se limita, a interruptores diferenciales (dispositivos de corriente residual RCD, por sus siglas en inglés).

Los RCD se utilizan como protección contra las descargas eléctricas y las peligrosas fugas a tierra, corrientes que se encuentran dentro de los suministros de red alterna. Los mismos, en su mayoría, utilizan un circuito electrónico para detectar fugas a tierra y hacer que los RCD se activen si la fuga excede un cierto límite por un cierto período de tiempo. Los RCD a menudo se insertan en tomacorrientes (receptáculos), enchufes y adaptadores, y en la mayoría de estas aplicaciones el espacio disponible y el coste son parámetros críticos. Sin embargo, independientemente de las limitaciones de tamaño y coste, los RCD deben poder cumplir su función de una manera consistente y fiable.

Ante una avería, el RCD abrirá uno o más contactos mecánicos en el suministro principal para desconectar el suministro de la carga. Un problema común en todos estos dispositivos es la necesidad de asegurar que los contactos estén clasificados adecuadamente para detectar cuál es la fuga a tierra máxima que se espera que fluya en el circuito que se está protegiendo. Según cada dispositivo en particular, esta corriente de fuga podría variar entre cientos o incluso miles de amperios y los contactos deben estar adecuadamente clasificados para detener la corriente de fuga cuando el voltaje de la red eléctrica esté en su punto máximo. La apertura puede provocar un sustancial arco eléctrico, calentamiento y consecuentes desechos de carbono dentro del RCD, y se deben tomar medidas para que el RCD pueda soportar adecuadamente estas cargas de trabajo. Algunas soluciones típicas son utilizar contactos grandes, contactos con bajas propiedades de arco eléctrico, gran velocidad en las acciones de apertura, maximizar los intervalos de contacto y utilizar medios de supresión de arco o de extinción de arco, todo lo cual aumenta el coste, tamaño y complejidad.

La formación del arco eléctrico también ocurre cuando los contactos se cierran, y así se observa la aparición de problemas similares.

La patente US 2003/235017 revela un dispositivo de conmutación compuesto por al menos un par de contactos mecánicos en un suministro de corriente alterna y medios para cambiar el estado de los contactos en respuesta a una señal de conmutación; el circuito también incluye medios para definir los sucesivos períodos de tiempo ("ventanas de activación") durante los cuales la magnitud del voltaje del suministro no está en su punto máximo y permite a los contactos cambiar de estado en respuesta a una señal de conmutación sólo durante tales ventanas de activación.

El objeto de la presente invención es proveer un dispositivo de conmutación mejorado que pueda fabricarse de forma simple y rentable.

De acuerdo con la presente invención, se provee un circuito de conmutación caracterizado según la reivindicación 1.

En una realización de la presente invención, el circuito de conmutación incluye un dispositivo de conmutación de estado sólido el cual se enciende ante una señal de conmutación de un voltaje dado aplicado a la terminal de control del dispositivo de conmutación, en donde los medios que definen las ventanas de activación comprenden medios para mantener la terminal de control a un voltaje que no sea el voltaje ya proporcionado fuera de las ventanas de activación, y en donde los contactos cambian de estado en respuesta al encendido del dispositivo de conmutación.

En esta realización los medios para mantener la terminal de control a un voltaje diferente a dicho voltaje dado constan de un dispositivo adicional de conmutación de estado sólido conectado entre la terminal de control y un voltaje distinto del voltaje dado, y el dispositivo adicional de conmutación se enciende fuera de las ventanas de activación.

En una de las aplicaciones de la invención, el circuito de conmutación consiste en un RCD y la señal de conmutación se produce en respuesta a una fuga a tierra.

A continuación se describen realizaciones de la invención, a manera de ejemplo, en referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 describe un típico circuito RCD conforme al arte previo.

La figura 2 describe un circuito RCD según una primera realización de la invención.

La figura 3 es un diagrama de ondas que ilustra el funcionamiento del circuito en la figura 2.

La figura 4 muestra un circuito RCD según una segunda realización de la invención.

La figura 5 muestra un circuito según una tercera realización de la invención.

El circuito del arte previo de la figura 1 comprende un suministro de red eléctrica a una carga LD. Los conductores de la red eléctrica, que en este caso comprenden los conductores vivo L y neutros N, pasan a través de un transformador de corriente CT. También existen dos contactos mecánicos M que usualmente están cerrados y se encuentran en el suministro de red eléctrica, uno en cada uno de los conductores L y N. Un circuito electrónico se conecta al suministro de red por medio de un diodo D1, el circuito electrónico comprende un circuito integrado (IC) del tipo WA050 que funciona por medio de una resistencia R1 y un condensador Cm que adquiere una carga a través de una resistencia R2. El WA050 es un RCD de circuito integrado estándar de fabricación industrial, comercializado por Western Automation Research & Development Ltd, de Irlanda.

En condiciones normales, la corriente que fluye por los conductores vivo L y neutros N es de igual magnitud, pero al pasar por el CT la corriente fluye en direcciones opuestas dentro de cada conductor, lo que da como resultado que el CT no vea un flujo de corriente neto. En caso de una fuga a tierra en el lado de carga del CT, una porción de la corriente que fluye por el conductor vivo L irá a tierra y no regresará por el conductor neutro N. En este caso, las corrientes viva y neutras ya no serán de la misma magnitud y el CT producirá la resultante salida de electricidad. El WA050 IC percibirá esta salida de electricidad y si la magnitud y duración del flujo de la corriente de fuga a tierra excede ciertos límites predeterminados, la salida S del WA050 IC aumentará para producir una señal de conmutación que se enviará a un rectificador controlado de silicio RCS y lo encenderá. Cuando el RCS se encienda, el condensador C1 se descargará por medio de un solenoide SOL, lo cual activará el solenoide y causará que éste abra automáticamente los contactos mecánicos M. La resistencia Rb establece el umbral de corriente residual al que o por encima del que la salida de electricidad del WA050 IC aumenta para encender el RCS. Este umbral puede variarse cambiando el valor del Rb. El condensador C provee un cierto grado de supresión en la entrada del RCS a fin de minimizar el riesgo de que el RCS se encienda por ruidos, etc. Tales circuitos RCD son ampliamente conocidos y no se requiere mayor explicación acerca de los mismos.

Según la disposición descrita con anterioridad, la conmutación punto en la onda o conmutación point on wave (POW, por sus siglas en inglés) del voltaje de la red eléctrica de CA (corriente alterna) en el cual se abren los contactos será absolutamente aleatorio. En caso de que exista una fuga persistente, la corriente de fuga estará en su punto máximo en el pico de la onda de voltaje de CA, y será inferior en los demás puntos. Si los contactos se abren en el punto máximo, deberán detener la corriente máxima con el máximo voltaje y por lo tanto, deberán soportar la energía al máximo, además, el arco eléctrico, el calor, y los residuos de carbono resultantes también aumentarán. Si los contactos se abren a un nivel de voltaje por debajo del pico de la onda, la corriente será menor y el arco eléctrico, el calor y los residuos también serán reducidos. Por tal motivo se considera apropiado tomar las medidas necesarias para que los contactos se abran sólo ante la presencia de voltajes sustancialmente inferiores al pico del voltaje de suministro y de esta manera disminuir los problemas mencionados con anterioridad. La figura 2 describe las medidas tomadas para alcanzar tales disposiciones.

La diferencia...

 


Reivindicaciones:

1. Circuito de conmutación compuesto por al menos un par de contactos mecánicos (M) dentro de un suministro de corriente alterna, y medios para cambiar el estado de los contactos en respuesta a una señal de conmutación (S), el circuito también incluye los medios (Q1, Q2) que definen los sucesivos periodos de tiempo ("ventanas de activación") durante los cuales la magnitud del voltaje del suministro no se encuentra en su punto máximo y permite que los contactos cambien de estado en respuesta a una señal de conmutación que tiene lugar sólo durante el funcionamiento de dichas ventanas, caracterizado porque las ventanas de activación se determinan a través de una señal causada por el desplazamiento de fase del voltaje del suministro (CS), y tienen lugar cuando el voltaje del suministro es menor que cierto punto máximo y desciende hacia cero, dicha señal libera un dispositivo de fijación en la salida de la señal de conmutación, y dicho sujetador evita que la señal de conmutación aparezca fuera de las ventanas de activación.

2. Circuito de conmutación según la reivindicación 1, que incluye un dispositivo de conmutación de estado sólido (RCS) el cual se enciende ante una señal de conmutación (S) de un nivel de voltaje dado que se aplica a una terminal de control del dispositivo de conmutación, en donde los medios que definen las ventanas de activación comprenden medios (D3-Q1; D2-Q2) para mantener la terminal de control a un nivel que no sea el nivel de voltaje ya proporcionado fuera de la ventana de activación, y en el cual los contactos cambian de estado cuando se enciende el dispositivo de conmutación.

3. Circuito de conmutación según la reivindicación 2, en donde los medios para mantener la terminal de control a un determinado voltaje que no sea dicho nivel de voltaje dado comprenden un dispositivo adicional de conmutación de estado sólido conectado entre la terminal de control y el voltaje que no sea el voltaje dado, dicho dispositivo adicional de conmutación se enciende fuera de las ventanas de activación.

4. Circuito de conmutación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el circuito de conmutación es un RCD y la señal de conmutación se produce en respuesta a una corriente de fuga a tierra.


 

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