DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES PARA LA UTILIZACIÓN EN REDES DE CORRIENTE CONTINUA, PARTICULARMENTE PARA INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS.

Dispositivo de protección contra sobretensiones para la utilización en redes de corriente continua,

particularmente para instalaciones fotovoltaicas con un circuito paralelo coordinado energéticamente de una primera pista de derivación y una segunda pista de derivación disparable, las cuales presentan cada una un comportamiento de reacción diferente relativo a acontecimientos perturbadores y sobretensiones, en el cual - la primera pista de derivación presenta al menos un varistor (3), cuyo valor de tensión residual es detectado y pasado a un circuito de mando (4), a fin de determinar la carga energética de la primera pista de derivación, - la segunda pista de derivación presenta al menos un explosor (1), cuya entrada del disparador está conectada a una primera salida del circuito de mando (4), caracterizado por el hecho de que - un tercer ramal está conectado en paralelo a la primera y segunda pista de derivación como pista de conmutación y de extinción, el cual contiene un interruptor de cortocircuito, cuya entrada de mando está conectada a una segunda salida del circuito de mando (4), - en el cual la segunda pista de derivación con explosor (1) es activada por el circuito de mando (4) únicamente cuando se espera una sobrecarga energética de la primera pista de derivación reconocida con ayuda de la vigilancia de tensión residual y además, para la limitación eficaz de la corriente secuencial de la red, el interruptor de cortocircuito en el tercer ramal es cerrado durante un período predeterminado después de haber transcurrido un tiempo de retardo, contado desde la reacción del explosor (1) en la segunda pista de derivación

Dispositivo de protección contra sobretensiones para la utilización en redes de corriente continua, particularmente para instalaciones fotovoltaicas.

La invención se refiere a un dispositivo de protección contra sobretensiones para su empleo en redes de corriente continua, particularmente para instalaciones fotovoltaicas, con una conexión en paralelo energéticamente coordinada de una primera pista de derivación y de una segunda pista de derivación triggerable (disparable), las cuales presentan respectivamente una reacción diferente a los acontecimientos perturbadores y sobretensiones, según el concepto genérico de la reivindicación 1.

La combinación de diferentes elementos de protección contra sobretensiones para obtener una unidad de protección modular contra sobretensiones a fin de limitar sobretensiones transitorias es conocida por ejemplo de la patente DE 32 28 471 A1. En ella, una limitación de sobretensiones producidas por maniobras se efectúa por disposición paralela de un explosor con un varistor con la misma eficacia que la limitación de acontecimientos perturbadores que surgen a causa de rayos y presentan por regla general un contenido energético mucho más grande.

Para ello, según el estado de la técnica conocido, los elementos protectores están distribuidos sobre dos pistas de derivación y coordinados de tal manera que se dirijan sobre una primera pista principalmente las sobretensiones causadas por maniobras con un flanco ascendente abrupto y con un aporte energético relativamente escaso y que se dirijan sobre una segunda pista aquellas sobretensiones con un alto aporte energético, p.ej. de una descarga de rayo.

Además, según la patente DE 198 38 776 C2 una circuitería para el control de la coordinación necesaria durante la conexión en paralelo de varios elementos de protección contra sobretensiones corresponde al estado de la técnica. Así, en la solución conocida la evaluación del aporte energético es realizada en un elemento protector preciso, p. ej. un varistor y a partir de entonces es activado un elemento protector bruto, es decir un explosor, según la necesidad. Las pistas previstas en este caso por consiguiente son coordinadas energéticamente, es decir en el sentido de que por un componente necesario para ello es captado y evaluado el aporte energético en la primera pista y en caso de sobrepasar un valor límite o varios parámetros de valor límite críticos se efectúa un proceso de conmutación de la primera pista a la segunda pista.

La patente US 5,325,259 A describe un dispositivo de protección contra sobretensiones para una capacidad conectada en serie con dos pistas de derivación. Una pista de derivación contiene un explosor y la otra pista de derivación contiene un interruptor de potencia. Después de la activación del explosor de una de las pistas de derivación, el explosor es desconectado de nuevo por cierre del interruptor de potencia en la otra pista de derivación. Un tal dispositivo de protección contra sobretensiones sin embargo no es adecuado para redes de corriente continua, puesto que debido a la capacidad no puede fluir ninguna corriente continua. Además, la velocidad de conexión del interruptor de potencia es muy baja y durante la conmutación del interruptor de potencia pueden producirse arcos eléctricos.

Desde hace mucho tiempo son conocidos en la técnica de protección contra rayos unos explosores aptos de soportar corrientes de rayo, que se emplean principalmente en el campo de bajas tensiones. Su desarrollo técnico ulterior se basa en un dispositivo de encendido que permite determinar dentro de amplios límites el momento de encendido del recorrido de descarga principal de un tal explosor disparable, pudiendo efectuarse una sintonización óptima del momento de encendido, p.ej. con la tensión residual de un varistor dispuesto en paralelo. Por la asociación de la tensión residual de un elemento de varistor a la corriente conducida a través del mismo se puede deducir la carga energética surgida a través del varistor hasta el momento de encendido del explosor.

Según la configuración de un disparo descrita en la patente DE 199 52 004 B4 existe la posibilidad de ajustar diferentes momentos de encendido y su duración de tiempo con ayuda de al menos dos valores de tensión residual y de optimizar así más la coordinación. Así se ocasiona p.ej. el encendido inmediato del explosor en caso de un impulso breve de corriente por el varistor no antes de un valor cresta relativamente alto de la corriente, mientras que esto en un impulso de corriente de larga duración ya es el caso con un valor cresta relativamente bajo, en cuanto este sobrepase una señal de tiempo que se encuentre fuera del tiempo del impulso de corta duración.

De lo anteriormente mencionado es consecuentemente una tarea de la invención indicar un dispositivo de protección contra sobretensiones perfeccionado, el cual está adaptado especialmente para su empleo en redes de corriente continua y en estas particularmente para las instalaciones fotovoltaicas. Este dispositivo de protección contra sobretensiones debe ser realizado de manera modular y ser adecuado para la derivación de descargas de rayo y las corrientes de rayo relativas a esto, es decir bajo tales condiciones que aparecen en el sistema de corriente continua mencionado. Así varían en instalaciones solares los niveles de tensión y corrientes de servicio, lo cual no es el caso en otras redes de corriente alterna. La problemática de la utilización del dispositivo de protección contra sobretensiones preferiblemente en el sector de instalaciones fotovoltaicas industriales consiste también en que allí aparecen tensiones continuas del orden de 1000 V.

La solución de la tarea de la invención se realiza mediante un dispositivo de protección contra sobretensiones según la combinación de características conforme a la reivindicación 1, representando las reivindicaciones secundarias al menos configuraciones y perfeccionamientos oportunos.

El dispositivo de protección contra sobretensiones se compone de varias unidades funcionales que están alojadas sobre una placa de soporte común, conteniendo la placa de soporte dispositivos para fijar mecánicamente las unidades funcionales y permitiendo sus conexiones eléctricas entre sí en la mayor brevedad posible teniendo en cuenta la compatibilidad electromagnética.

En el dispositivo de protección contra sobretensiones para la utilización en redes de corriente continua se refiere a una conexión en paralelo coordinada energéticamente de un primera pista de derivación y una segunda pista de derivación disparable (triggerable), teniendo las dos pistas de derivación una reacción diferente respecto a los acontecimientos perturbadores y sobretensiones dadas.

La primera pista de derivación presenta al menos un varistor, cuyo valor de tensión residual es captado y pasado a un circuito de mando, para determinar la carga energética de esta primera pista de derivación.

La segunda pista de derivación presenta al menos un explosor, cuya entrada de disparador se encuentra en comunicación con una primera salida del circuito de mando.

Un tercer ramal está conectado en paralelo a la primera y segunda pista de derivación como una pista de conmutación y pista de extinción que contiene un interruptor de cortocircuito consistente en al menos un transistor de potencia, cuya entrada de mando está conectada a una segunda salida del circuito de mando. En este punto debe hacerse la observación de que en lugar de un transistor de potencia pueden emplearse también otros elementos que conectan rápidamente, como p. ej. tiristores o similares.

La segunda pista de derivación con explosor únicamente es activada por el circuito de mando cuando se espera una sobrecarga energética, reconocida con ayuda de una vigilancia de tensión residual, de la primera pista de derivación, preferiblemente del varistor. Además, para la supresión eficaz de la corriente sucesiva de red, el interruptor de cortocircuito es cerrado, es decir activado en el tercer ramal durante un periodo de tiempo prefijado después del transcurso del tiempo de retardo, contado a partir de la respuesta del explosor en la segunda pista.

La reacción del explosor en la segunda pista de derivación es reconocida por vigilancia de la tensión del sistema en cuanto a la presencia de caídas de tensión con ayuda del circuito de mando mencionado.

Alternativamente puede estar previsto un sensor de corriente para reconocer la reacción del explosor en la segunda... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de protección contra sobretensiones para la utilización en redes de corriente continua, particularmente para instalaciones fotovoltaicas con un circuito paralelo coordinado energéticamente de una primera pista de derivación y una segunda pista de derivación disparable, las cuales presentan cada una un comportamiento de reacción diferente relativo a acontecimientos perturbadores y sobretensiones, en el cual

- la primera pista de derivación presenta al menos un varistor (3), cuyo valor de tensión residual es detectado y pasado a un circuito de mando (4), a fin de determinar la carga energética de la primera pista de derivación,

- la segunda pista de derivación presenta al menos un explosor (1), cuya entrada del disparador está conectada a una primera salida del circuito de mando (4), caracterizado por el hecho de que

- un tercer ramal está conectado en paralelo a la primera y segunda pista de derivación como pista de conmutación y de extinción, el cual contiene un interruptor de cortocircuito, cuya entrada de mando está conectada a una segunda salida del circuito de mando (4),

- en el cual la segunda pista de derivación con explosor (1) es activada por el circuito de mando (4) únicamente cuando se espera una sobrecarga energética de la primera pista de derivación reconocida con ayuda de la vigilancia de tensión residual y además, para la limitación eficaz de la corriente secuencial de la red, el interruptor de cortocircuito en el tercer ramal es cerrado durante un período predeterminado después de haber transcurrido un tiempo de retardo, contado desde la reacción del explosor (1) en la segunda pista de derivación.

2. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la reacción del explosor (1) en la segunda pista de derivación es reconocida por la vigilancia de la tensión del sistema en relación a la aparición de caídas de tensión, con ayuda del circuito de mando (4).

3. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que un sensor de corriente está previsto en la segunda pista de derivación para reconocer la reacción del explosor (1).

4. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito de mando (4) presenta un generador de reloj para fijar el tiempo de retardo y/o el tiempo de conexión del interruptor de cortocircuito.

5. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el período de tiempo de conexión es del orden de entre 10 μs y 3 ms.

6. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en la situación de cortocircuito, la corriente fluyente en el tercer ramal es vigilada y en caso de sobrecarga, un transistor de potencia empleado como interruptor de cortocircuito es pasado a un estado abierto, de alta resistencia óhmica.

7. Dispositivo de protección contra sobretensiones según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que en caso de sobrecarga de corriente particularmente del tipo de corriente de impulso son activadas la primera y/o la segunda pista de derivación.

8. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el tiempo de retardo es ajustado de tal manera que se puentean las longitudes de impulso de impulsos de corriente de choque normalizados.

9. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito de mando (4) presenta una unidad de acumulación de energía para su funcionamiento en el caso de derivación.

10. Dispositivo de protección contra sobretensiones según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que para la puesta a tierra según la técnica de protección contra rayos está previsto un aislamiento de chispas (2) que está integrado en la puesta a tierra.