ES2237823T3 - Dispositivo para el control de un aparato de conmutacion electrica y procedimiento asociado. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de control para un conmutador eléctrico (4) incluyendo: - un accionador (2) con ley de movimiento regulable; - una cadena cinemática (5) que conecta dicho accionador (2) con dicho conmutador (4); - una unidad de procesado y control (100) que recibe una orden operativa (1) y envía una primera señal de control (3) al accionador (2), incluyendo dicha unidad de procesado y control (100) medios de control (10), caracterizado porque dichos medios de control (10) incluyen: - medios de cálculo (11) que reciben una señal directa o indirecta (7) que indica la posición, o velocidad, o aceleración en tiempo real de los contactos móviles del conmutador y envían una señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles; - primeros medios de control en bucle cerrado (12), que reciben dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles, comparan dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles con un comportamiento nominal predeterminado de todo el sistema accionador-cadena cinemática-conmutador (200), y envían una señal de referencia correspondiente (16); - segundos medios de control en bucle cerrado (13), que reciben dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles y dicha señal de referencia (16), y envían una señal de corrección (18); - medios comparadores (15), que reciben dicha señal de referencia (16) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles y dicha señal de corrección (18), y envían una segunda señal de control (19), para realizar una ley de movimiento deseada de dichos contactos móviles.

Description

Dispositivo para el control de un aparato de conmutación eléctrica y procedimiento asociado.

La presente invención se refiere a un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutadores eléctricos tal como disyuntores de circuito, aisladores, reconectores y análogos, en una red de distribución y/o transmisión de electricidad, y método relacionado.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un dispositivo de control que hace posible regular los parámetros de control en entrada a un accionador en tiempo real, permitiendo así obtener una ley de movimiento deseada para las partes móviles del conmutador movido por ella.

Como se conoce, la operación del conmutador se ejecuta en relación a una señal de control enviada, por ejemplo, por un panel de control o por una lógica de protección; en particular, esta señal se envía a un accionador que hace que el conmutador asociado con él efectúe una operación de apertura o cierre correspondiente.

En la técnica anterior, los accionadores usados para ello, en general de tipo mecánico, operan según una ley de movimiento que no es regulable, no permitiendo controlar la fuerza que aplican al conmutador. Por lo tanto, el comportamiento del accionador puede definirse como "binario", es decir, la fuerza aplicada es nula o la máxima. Esto conduce en general a sobredimensionar el accionador y el sistema de almacenamiento de energía necesario para alimentarlo para hacer frente a cada condición de uso posible del conmutador durante su duración operativa; de esta forma, el conmutador, en la mayoría de los casos, recibe más energía que la que requiere realmente para la operación, lo que tiene un efecto perjudicial en la eficiencia de energía del sistema y aumenta la energía disipada en el impacto al final de la operación con los consiguientes altos esfuerzos mecánicos en el conmutador y menor fiabilidad general del sistema. Además, con estos accionadores es imposible parar una operación una vez que ha empezado, lo que evita que se mejore la coordinación de los disyuntores de circuito en una red eléctrica; por ejemplo, no es posible que un disyuntor de circuito cancele su operación una vez que ha empezado si detecta que se ha disparado un disyuntor de circuito hacia abajo que elimina el fallo, lo que evitaría la apertura y el cierre de la potencia a partes sin fallo del sistema eléctrico e interrumpiría sin razón el servicio del cargas conectadas.

Un aspecto que es esencial destacar consiste en el hecho de que, usando tales accionadores con una ley de movimiento no regulable, la operación de apertura o cierre obtenida (simultáneamente para las tres fases) es generalmente asíncrona en relación a las fases de los parámetros eléctricos, es decir, no tiene relación temporal con la red eléctrica; esto conduce en la mayoría de los casos a la generación de transitorios en la red eléctrica debido a fenómenos de preencendido durante el cierre y fenómenos de reencendido durante la apertura. En particular, dependiendo del tipo de carga presente en la red eléctrica, una operación realizada en un momento no óptimo podría originar fenómenos de oscilación a alta frecuencia con amplitudes altas en comparación con los valores de régimen de los parámetros eléctricos de la red eléctrica; los valores de corriente pueden subir, por ejemplo, incluso varios órdenes de magnitud más que el valor de corriente de régimen. Estos transitorios someten claramente la red eléctrica a un esfuerzo anómalo y tienen el potencial de reducir la duración esperada del equipo conectado a la red eléctrica; además, dan lugar en cualquier caso a un mayor desgaste de los contactos del conmutador propiamente dicho y en consecuencia reducen su vida útil.

En la técnica anterior, se han propuesto algunas soluciones con la finalidad de hacer la operación del conmutador síncrona con la red eléctrica en la que se utiliza para limitar por lo tanto los problemas explicados anteriormente. Se debe recalcar que la operación de apertura y/o cierre se puede considerar síncrona cuando, habiendo establecido un momento de disparo inicial en relación al tipo de carga y el modo en el que está conectada a la red eléctrica, tal como el voltaje cero para un condensador o el voltaje máximo para una carga reactiva, por ejemplo, el momento de fin de operación cae dentro de una ventana de tiempo de sincronismo alrededor del momento ideal en el que los transitorios obtenidos son suficientemente bajos.

Una de las soluciones propuestas se ilustra en la Patente de Estados Unidos número 5119260 que afronta el problema con respecto a solamente la apertura sincronizada de una carga inductiva en un tiempo predeterminado en relación al paso natural de la corriente por cero con el fin de evitar sobrevoltajes. En esta patente, el tiempo para la operación, medido durante una o varias operaciones previas, se obtiene para mantener la operación de abertura dentro de la ventana de tiempo de sincronización. Para tener en cuenta el hecho de que el tiempo operativo no es constante, sino que varía en relación a la temperatura ambiente y la temperatura de la bobina de apertura, estas temperaturas se suministran al controlador usando un sensor apropiado. En particular, el controlador está equipado con un sistema que es capaz de evaluar las características de la variación del tiempo operativo en relación a los valores de temperatura medidos; además, para tener en cuenta posibles variaciones en el tiempo operativo en relación al período de tiempo que ha transcurrido entre dos operaciones sucesivas, el controlador también recibe una medición de este período de tiempo y la usa para corregir el tiempo operativo contemplado usando una función predeterminada especial. El tiempo de control en relación al cero contemplado se calcula después en relación al comportamiento observado durante las operaciones previas y los factores influyentes considerados, a saber, la temperatura y el tiempo que ha transcurrido entre dos operaciones consecutivas.

Por lo tanto, esta solución supone un conocimiento preciso del comportamiento eléctrico y mecánico del dispositivo en relación a dichas variables; este conocimiento deriva de mediciones de caracterización realizadas en una fase de prueba con respecto a una muestra de dispositivos que se considera significativa con respecto al comportamiento de cada posible conmutador similar fabricado.

La principal limitación de la solución reside en la exactitud con la que uno es capaz de representar el comportamiento de un disyuntor de circuito específico, teniendo en cuenta en particular los diferentes esfuerzos a los que se puede someter durante su duración operativa y, por lo tanto, el desgaste mecánico y eléctrico que influye en el tiempo operativo.

Además, el uso de un procesador que calcula el tiempo operativo real tomado en tiempo real hace posible evaluar el error cometido, en relación al tiempo operativo predeterminado, solamente al final de la operación propiamente dicha y así excluye cualquier forma de acción correctiva durante su ejecución; puesto que la corrección a aplicar es evaluada por lo tanto en relación a la operación anterior, no es posible garantizar que la condición de sincronismo será respectada en la operación siguiente.

Finalmente, se ha de recalcar el hecho de que los inventores del dispositivo ilustrado no lo equipan para operación de abertura en caso de una avería y así durante el transitorio de corrientes de cortocircuito.

Otra solución se ilustra en la Patente de Estados Unidos 5.361.184 que afronta el problema relativo al control de los disyuntores de circuito o equipo aislante tanto en las fases de apertura como de cierre, asumiendo que el momento de operación óptimo es el voltaje cero para cierre y la corriente cero para apertura. En particular, en el dispositivo ilustrado, el tiempo operativo real tomado se registra durante cada operación; además, el dispositivo está equipado con medios para detectar transitorios para evaluar si la operación se ha realizado sincrónicamente. Si éste no es el caso, el dispositivo produce una señal para corregir el tiempo operativo predeterminado para operaciones siguientes y obtener operación síncrona; además un sistema de compensación ambiente adecuado hace posible efectuar más correcciones que tienen en cuenta la influencia de la temperatura y de la presión atmosférica en el tiempo operativo predeterminado.

Por lo tanto, el principal límite de la solución reside en el hecho de que el dispositivo se basa en el conocimiento anterior del comportamiento de los disyuntores de circuito y/o aisladores en relación a los factores ambiente. Además, la corrección adaptativa del tiempo operativo después del resultado de una operación anterior puede conducir a oscilaciones y no garantizar que se logre sincronización. Finalmente, la consideración de que el voltaje cero al cierre y la corriente cero a la apertura es el tiempo óptimo para llevar a cabo la operación limita los casos posibles para aplicación del dispositivo; por ejemplo, es totalmente inadecuado para cierre en cargas inductivas.

En esta solución, se pueden producir más errores por los modos de sincronización elegidos con las señales de red eléctrica que emplean una referencia de voltaje y la determinación de una referencia de corriente a partir de una medición de ángulo de fase que después se considera constante, o determinar los momentos de paso por el voltaje cero a partir de una sola medición, suponiendo que la red eléctrica es simétrica y por lo tanto opera con retardos de 120º grados eléctricos. Este método de detectar los momentos de referencia (ceros) hace inefectivo el sistema con voltajes distorsionados, en presencia de componentes transitorios y, más en general, con parámetros de red que tienen componentes armónicos o no simétricos y por lo tanto no es aplicable para apertura síncrona en fallos.

En conclusión, por lo tanto, aunque dichas soluciones permiten resolver parcialmente dichos problemas en casos específicos, no son, sin embargo, capaces de garantizar que se logre sincronismo en tiempo real puesto que incluso en los casos en los que se adoptan métodos de control adaptativo, no actúan en la operación en curso, sino que solamente introducen correcciones estimadas que tienen un efecto, que no se puede controlar totalmente, en la operación siguiente. Por lo tanto, son básicamente sistemas de control en bucle abierto en los que la implementación de realimentación cierra el bucle de control con una dinámica temporal que es considerablemente más larga que la operación individual, de tal manera que podría ser totalmente inefectiva.

Otro ejemplo de soluciones de tipo conocido se describe en WO96/36982 que describe un dispositivo de control con un solo dispositivo de control en bucle cerrado.

La principal tarea de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutador eléctrico que es capaz de regular los parámetros en entrada al accionador en tiempo real para controlar la fuerza que aplica en cada momento en el tiempo operativo, permitiéndole así imponer una ley de movimiento deseada en las partes móviles del conmutador accionado.

Como parte de este tarea, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico que hace posible actuar en los polos individuales de un sistema trifásico para efectuar la operación de manera óptima para el sistema eléctrico en conjunto, permitiendo, en caso de avería, operar solamente en la fase afectada y continuar la operación de las fases sin fallo, garantizando así mayor disponibilidad y continuidad de servicio.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico que garantiza realizar la repetibilidad de la operación así como su optimización en relación a los tipos diferentes de técnicas de ruptura elegidas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutador eléctrico que hace posible disminuir la energía utilizada en la operación, así haciendo posible optimizar el tamaño del accionador y del sistema de almacenamiento de energía, con el consiguiente beneficio económico.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico que hace posible controlar el movimiento del accionador en las fases tanto inicial como final, haciendo posible, por ejemplo, frenar la disminución de la energía cinética del conmutador disipada en el impacto, o coordinar la operación de un disyuntor de circuito con otros situados hacia abajo, cancelando una operación que se ha iniciado si ya no es necesario garantizar una mayor continuidad del servicio.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico que hace posible controlar el tiempo operativo de las partes móviles de dicho conmutador y efectuar la operación sincrónicamente, para cada fase individual, en relación a las fases de los parámetros eléctricos de la red, independientemente del momento de orden enviada desde un panel de control o una lógica de protección.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutador eléctrico en el que simples modificaciones pueden permitir obtener sincronismo de la operación con la forma de onda de la red eléctrica con tipos diferentes de redes y cargas presentes, distinguiéndose así por la considerable flexibilidad en la práctica y permitiendo en particular realizar la sincronización durante la apertura en avería, limitando considerablemente el desgaste eléctrico.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico que, controlando la ley de movimiento del conjunto de accionador-conmutador en tiempo real, hace posible eliminar los transitorios de voltaje y corriente de la red eléctrica, o al menos limitarlos todo lo posible, reduciendo así los esfuerzos anómalos en los sistemas de aislamiento de los componentes presentes, así como los esfuerzos electrodinámicos y térmicos.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutador eléctrico que, permitiendo obtener operaciones que son síncronas con la forma de onda de la red eléctrica, hace posible incrementar su fiabilidad aumentando también al mismo tiempo la duración eléctrica y mecánica del conmutador presentar en él.

Un objeto adicional aunque no el último de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control para la apertura/cierre de conmutador eléctrico que es altamente fiable y relativamente fácil de fabricar a costos competitivos.

Esta tarea, junto con los objetos antes mencionados y otros que emergerán más claramente a continuación, se logran con un dispositivo de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico tal como disyuntores de circuito, aisladores, reconectores y análogos, en una red de distribución y/o transmisión de electricidad, caracterizado por el hecho de que incluye:

- un accionador con ley de movimiento regulable;

- una unidad de procesado y control que recibe una orden operativa y envía una señal de control al accionador que se procesa con relación a:

- un comportamiento nominal predeterminado;

- información, directa o indirecta, sobre la posición, velocidad, aceleración de la parte móvil de dicho conmutador;

- información relativa a la variación, en relación al comportamiento nominal, de todo el sistema controlado de accionador-cadena cinemática-conmutador;

para realizar la ley de movimiento deseada de dicha parte móvil.

La tarea antes mencionada, junto con dichos objetos y otros, también se logra por un método de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico tal como disyuntores de circuito, aisladores, reconectores y análogos, en una red de distribución y/o transmisión de electricidad, caracterizado por el hecho de que incluye los pasos siguientes:

a) enviar una señal de control a un accionador con ley de movimiento regulable;

b) adquirir directa o indirectamente información sobre el movimiento o velocidad o aceleración de la parte móvil de dicho conmutador operado por el accionador regulable y procesar una señal de control;

c) modular el flujo de energía suministrado al accionador en relación a dicha señal de control de tal forma que se regule la fuerza que ejerce en el sistema de cadena cinemática-conmutador y obtener la ley de movimiento deseada de dicha parte móvil.

Esto se lleva a cabo con la presente invención que proporciona un dispositivo de control para un conmutador eléctrico y un método de control para un conmutador eléctrico según las reivindicaciones anexas.

Otras características y ventajas de la invención emergerán más claramente de la descripción de realizaciones preferidas pero no exclusivas del dispositivo según la invención, ilustrado puramente a modo de ejemplo y sin limitación, con la ayuda de los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques general del dispositivo de control según la invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques detallado de una realización del dispositivo de control según la invención.

La figura 3 es un diagrama de bloques detallado de medios de control y medios convertidores utilizados en el dispositivo según la invención.

La figura 4 es un diagrama de bloques detallado de una realización preferida del dispositivo según la invención.

La figura 5 es un diagrama que ilustra la fase de voltaje en relación al tiempo en condiciones operativas normales.

La figura 6 es un diagrama que ilustra la fase de corriente en relación al tiempo en presencia de un transitorio.

Con referencia a las figuras 1 y 2, el dispositivo según la invención incluye una unidad de procesado y control, indicada general con el número de referencia 100, que recibe una orden operativa 1 en entrada desde un panel de control o lógica de protección y envía una primera señal de control 3 en salida a un accionador 2. En la realización del dispositivo según la invención, el accionador usado opera ventajosamente con una ley de movimiento regulable; de esta forma, la fuerza aplicada por el accionador al conmutador 4, mediante una cadena cinemática 5 que los conecta, se puede ajustar y hace posible tener un sistema de accionador-cadena cinemática-conmutador 200 que es perfectamente controlado en relación a los diferentes requisitos de aplicación usando los procedimientos que se ilustran con detalle más adelante.

En particular, el accionador en cuestión es un accionador electromagnético, la materia de la solicitud de Patente europea número EP 97203501.8-2302, cuya descripción se ha de entender incluida aquí por referencia; la referencia específica a dicho accionador se ha de considerar claramente solamente a los efectos de explicación porque cualquier accionador con ley de movimiento regulable, tal como un accionador neumático por ejemplo, se podría usar de forma equivalente en el dispositivo según la invención.

Como se ilustra en dichas figuras, el dispositivo de control incluye adecuadamente medios de realimentación 6 para evaluar, por medición directa o indirecta, la posición de la parte móvil del conmutador conectado al accionador; en particular, dichos medios 6 pueden incluir un sensor de posición que detecta un movimiento de cualquier punto del sistema controlado 200 y envía una señal correspondiente 7 que indica en tiempo real la posición de los contactos móviles del conmutador a medios de control 10 de la unidad de procesado y control 100; alternativamente, se podría usar sensores de velocidad o aceleración que detectan la velocidad o la aceleración de cualquier punto del sistema 200 y envían a los medios 10 la información correspondiente 7 sobre la velocidad o aceleración de las partes móviles. Este sensor, independientemente de si es un sensor de posición, velocidad o aceleración, se puede colocar en cualquier punto de la cadena cinemática 5 o del conmutador 4 para adaptarlo a aplicaciones y/o necesidades específicas.

En otra realización, la información relativa a la posición de las partes móviles se puede suministrar a los medios de control 10, a saber, sin el uso de sensores ("sistema sin sensores") usando un modelo matemático del sistema controlado 200; este modelo, que forma parte de la unidad 100, recibe una señal en entrada que es una función de los parámetros de control del accionador, en este caso el voltaje y la corriente de la fuente de alimentación a la bobina, y suministra una señal que indica la posición estimada de los contactos móviles del conmutador a los medios de control 10 en tiempo real. Si el accionador usado es, por ejemplo, de tipo neumático, los parámetros de control podrían ser la presión y el volumen del fluido compresible usado.

Los medios de control 10, que reciben en entrada la orden operativa 1 y la señal directa o indirecta 7 que indica la posición o velocidad o aceleración en tiempo real de los contactos móviles del conmutador, envían una segunda señal de control correspondiente 19 a los medios convertidores 20 en salida.

En particular, en el dispositivo según la invención y como se ilustra con más detalle en la figura 3, los medios de control 10 incluyen medios de cálculo 11 que reciben la señal 7 en entrada y por medio de integraciones/derivaciones adecuadas envían una señal 14 que indica la ley de movimiento de los contactos móviles en dicho momento en salida a primeros medios de control en bucle cerrado 12 y segundos medios de control en bucle cerrado 13; esta señal 14 constituye así información del modo en el que la parte móvil del conmutador se mueve desde el tiempo de movimiento inicial al tiempo de medición.

Los primeros medios de control en bucle cerrado 12 comparan la señal 14 que indica la ley de movimiento real de los contactos móviles con una ley de movimiento predeterminada y envían una señal de referencia correspondiente 16 en salida a los segundos medios de control en bucle cerrado 13 y a medios comparadores 15. En particular, esta ley de movimiento predeterminada corresponde a un comportamiento nominal predeterminado de todo el sistema de accionador-cadena cinemática-conmutador.

Los segundos medios de control en bucle cerrado 13 comparan la señal que indica la ley de movimiento real 14, enviando la señal de referencia 16 una señal de corrección correspondiente 18 en salida a los medios de comparación 15; a su vez, los medios de comparación 15 envían la segunda señal de control 19 en salida a los medios convertidores 20 en relación a la señal de corrección 18 y a la señal de referencia 16 recibida en entrada.

En la realización ilustrada, los medios convertidores 20 incluyen medios de fuente de alimentación 21 para el accionador que se puede prever usando, por ejemplo, baterías o condensadores; alternativamente, en el caso de un accionador que no es electromagnético pero puede no obstante ser controlado, tal como un accionador neumático, esta unidad de almacenamiento se podría prever usando una cámara impelente de fluido compresible.

Además, los medios convertidores 20 incluyen ventajosamente medios para modular 22 el flujo de energía suministrado al accionador por los medios de fuente de alimentación 21; estos medios de modulación ajustan el flujo de energía suministrado por los medios 21 al accionador modulando la corriente y/o voltaje de fuente de alimentación del accionador propiamente dicho en relación a la segunda señal de control 19. El accionador, que convierte la energía eléctrica modulada en energía mecánica, aplica así una fuerza continuamente ajustada al bucle cinemático conectado que hace posible mover las partes móviles del conmutador con la ley de movimiento deseada.

El dispositivo de control propuesto incluye así un control en bucle abierto basado en el comportamiento nominal del sistema para realizar la operación de apertura y/o cierre en los modos deseados; este sistema de control en bucle abierto está yuxtapuesto con un sistema de control en bucle cerrado que corrige todos los cambios posibles con relación al comportamiento nominal para garantizar implementación de la ley de movimiento deseada. En particular, dado que el control se realiza en tiempo real durante la operación propiamente dicha, el dispositivo según la invención hace posible tener en cuenta con precisión toda la perturbación que actúa en el sistema controlado capaz de influir en su respuesta variando el comportamiento en relación al comportamiento nominal predeterminado, a saber el efecto de los parámetros medioambientales, el desgaste eléctrico y mecánico del conmutador, el tiempo transcurrido entre operaciones, el envejecimiento del equipo de control, el número y tipo de operaciones realizadas, etc.

La posibilidad de controlar la fuerza aplicada por el accionador y por lo tanto de ajustar la ley de movimiento de las partes móviles del conmutador hace posible efectuar operaciones que actualmente son imposibles para los dispositivos de tipo conocido; por ejemplo, en el caso de disyuntores de circuito trifásicos, el dispositivo de control según la invención hace posible obtener una operación óptima en un solo polo a la vez que sale de las otras dos fases, que no están afectadas por fallos, en la operación; además, regulando la fuerza aplicada por el accionador es posible parar una operación que se ha iniciado siempre que ya no sea esencial, o incluso invertir la dirección de la operación propiamente dicha al menos dentro de una cierta ventana de tiempo. Esto hace posible implementar una nueva lógica de protección con mejor coordinación, por ejemplo, entre disyuntores de circuito que, una vez que ya ha comenzado una operación, son capaces de detectar la operación de un disyuntor de circuito hacia abajo que elimina el fallo y cancelar la operación, evitando que los disyuntores de circuito se abran y corten la potencia a partes sin fallo de la red eléctrica sin razón, haciéndolo también sin tener que introducir ningún retardo intencional, útil a los efectos de selectividad. De la misma forma, el disyuntor de circuito que se controla, puede cancelar, cuando sea necesario operar en un transitorio, la operación cuando el transitorio haya pasado y no interrumpir el servicio de las cargas que alimenta.

Una ventaja adicional que en ningún caso se deberá pasar por alto reside en el hecho de que el dispositivo según la invención garantiza la repetibilidad de la operación regulando la fuerza aplicada por el accionador y hace posible optimizar la ley de movimiento de las partes móviles momento a momento después de una trayectoria preferida y en relación a los tipos diferentes de sistemas utilizados; de esta forma, además, la energía transmitida al accionador, y por lo tanto al conmutador, se regula perfectamente y esto hace posible no sólo optimizar el tamaño del accionador y su sistema de suministro de potencia, sino también disminuir la energía disipada en el impacto de fin de operación, con esfuerzos más bajos en el conmutador, menor desgaste por contacto y por lo tanto, en resumen, mayor fiabilidad de toda la red eléctrica.

Como se ilustra en la figura 4, en una realización preferida del dispositivo según la invención, la unidad de procesado y control 100 también incluye medios de sincronización 33 capaces de proporcionar información para la apertura o el cierre del conmutador sincrónicamente con la red eléctrica. Estos medios de sincronización, mediante la utilización de medios para detectar las fases de voltaje y corriente de la red eléctrica, tal como, por ejemplo, un transformador de corriente 30 y un transformador de voltaje 31, reciben información 32 que rastrea los parámetros eléctricos de la red; en relación a esta información, los medios de sincronización, mediante cálculos adecuados, predicen la sucesión de los ceros y máximos de las fases de la corriente y voltaje siguientes a los detectados, tomando también en cuenta las variaciones de frecuencia, componentes armónicas y componentes transitorios de fase única. Además, calculan el tiempo entre los ceros y máximos detectados y los previstos.

Además, los medios de sincronización también incluyen ventajosamente medios de tabla 34 que contienen información predeterminada con respecto al estado del neutro, el tipo de carga y de la red eléctrica, y envían una señal 35 que indica los tiempos ideales de fin de operación en relación a dicha información predeterminada a una unidad temporizadora 36. En esta realización y como se ilustra en las figuras 5 y 6, la orden operativa 1 se envía a la unidad temporizadora 36 y es una orden que es generalmente asíncrona en relación al sistema eléctrico. La unidad temporizadora 36 envía una orden de operación de arranque síncrona correspondiente 37 a los medios de control 10 en relación a esta orden 1, así como a la señal 35 que indica los tiempos ideales de fin de operación; esta orden síncrona 37 se retarda en relación a la orden asíncrona 1 un período de tiempo 50 que es una función del tiempo operativo nominal predeterminado 51 y de dichas señales 35 que indican los tiempos ideales de fin de operación y los siguientes ceros o máximos previstos, para identificar el primer momento ideal siguiente útil para realizar la operación síncrona. El momento ideal deseado 35 es claramente el tiempo óptimo para eliminar transitorios de operación en relación al tipo de operación, carga y red eléctrica; como se ilustra en la figura 6, este momento en el tiempo no coincide necesariamente con un cero o con un máximo, pero garantiza, no obstante, que la operación se lleva a cabo dentro de la ventana de sincronismo. Los medios de control 10 reciben así la señal 37 que indica la estrategia coordinada de control para las tres fases para efectuar la operación síncrona para cada fase individual y operan de forma análoga a la descrita anteriormente.

Una ventaja adicional de la invención consiste en el hecho de que, tanto en la situación de operación síncrona como en el caso solamente de ajuste de la ley de movimiento de las partes móviles antes descrita, los medios de control 10 garantizan la ejecución de la operación en el tiempo nominal contemplado gracias a la acción correctiva de los medios 13 antes descritos; sin embargo, si la desviación del comportamiento nominal en cualquier punto se acentuase durante la operación, lo que requiere una demanda significativa en el control en bucle cerrado, el dispositivo es capaz de corregir la característica nominal del sistema en modo autoorganizante. En este caso, el tiempo nominal de operación que es supervisado adecuadamente durante las operaciones es redefine en relación a un valor nuevo de referencia; en el caso de operación síncrona, este nuevo tiempo de referencia se hace obviamente disponible por los medios 10 a la unidad temporizadora 36. Este procedimiento de autoorganización también se utiliza en la fase de verificación del dispositivo de manera que el sistema de control corrija la característica nominal en relación al comportamiento real de la unidad conmutadora específica, haciendo posible definir la característica real nominal inicial.

Se ha observado en la práctica cómo el dispositivo según la invención hace posible lograr la tarea por completo, así como los objetos expuestos porque hace posible regular la fuerza aplicada por el accionador en tiempo real moviendo las partes móviles después de una ley de movimiento deseada y haciendo posible obtener todas las ventajas antes descritas.

Además, en la realización preferida ilustrada, el dispositivo hace posible obtener operación síncrona con la red eléctrica, con los diferentes tipos más amplios de sistemas eléctricas y cargas presentes en ellos e incluso en presencia de fallos. Por lo tanto, esto da lugar a otras ventajas significativas en términos de la flexibilidad de aplicación del dispositivo, y en términos de la eliminación o al menos reducción considerable de transitorios de voltaje y corriente en la red, así como en términos de limitar esfuerzos electrodinámicos y térmicos, con considerables beneficios consiguientes tanto para los sistemas de aislamiento de los componentes presentes en el sistema eléctrico como del conmutador usado, aumentando considerablemente su vida útil y fiabilidad.

Finalmente, se deberá recalcar que el dispositivo según la invención, al mismo tiempo que ofrece todos los beneficios indicados, se obtiene usando una solución de fabricación que es sumamente atractiva desde un punto de vista económico, cuyos costos son comparables a los de un disyuntor de circuito convencional y claramente menores que las soluciones síncronas convencionales. El dispositivo concebido de esta forma es capaz de muchas modificaciones y variantes, todas ellas dentro de la idea de la invención, definida en las reivindicaciones anexas.

Claims (16)

1. Dispositivo de control para un conmutador eléctrico (4) incluyendo:

- un accionador (2) con ley de movimiento regulable;

- una cadena cinemática (5) que conecta dicho accionador (2) con dicho conmutador (4);

- una unidad de procesado y control (100) que recibe una orden operativa (1) y envía una primera señal de control (3) al accionador (2), incluyendo dicha unidad de procesado y control (100) medios de control (10), caracterizado porque dichos medios de control (10) incluyen:

- medios de cálculo (11) que reciben una señal directa o indirecta (7) que indica la posición, o velocidad, o aceleración en tiempo real de los contactos móviles del conmutador y envían una señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles;

- primeros medios de control en bucle cerrado (12), que reciben dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles, comparan dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles con un comportamiento nominal predeterminado de todo el sistema accionador-cadena cinemática-conmutador (200), y envían una señal de referencia correspondiente (16);

- segundos medios de control en bucle cerrado (13), que reciben dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles y dicha señal de referencia (16), y envían una señal de corrección (18);

- medios comparadores (15), que reciben dicha señal de referencia (16) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles y dicha señal de corrección (18), y envían una segunda señal de control (19), para realizar una ley de movimiento deseada de dichos contactos móviles.

2. Dispositivo de control según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho accionador (2) con ley de movimiento regulable es un accionador electromagnético.

3. Dispositivo de control según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque incluye medios de realimentación (6) para evaluar, por medición directa o indirecta, la posición de la parte móvil del sistema (200).

4. Dispositivo de control según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos medios de realimentación (6) incluyen un sensor de posición o velocidad o aceleración que detecta la posición o velocidad o aceleración de cualquier punto del sistema (200) y envían dicha señal (7) que indica la posición, o velocidad, o aceleración en tiempo real de los contactos móviles del conmutador (4).

5. Dispositivo de control según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos medios de realimentación (6) incluyen un modelo matemático del sistema (200) que recibe una señal en entrada que es una función de mediciones de parámetros de control del accionador y envían una señal (7) que indica la posición estimada de los contactos móviles del conmutador (4) a la unidad de procesado y control (100) en tiempo real.

6. Dispositivo de control según una o varias reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye medios convertidores (20) que reciben en entrada dicha segunda señal de control (19), incluyendo dichos medios convertidores (20):

- medios de fuente de alimentación (21) para el accionador (2); y

- medios (22) para modular el flujo de energía suministrado al accionador (2) por los medios de fuente de alimentación (21) en relación a dicha segunda señal de control (19) recibida en entrada.

7. Dispositivo de control según una o varias reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye medios de sincronización (33) adecuados para proporcionar a la unidad de procesado y control (100) información para abrir o cerrar el conmutador (4) en un modo que es síncrono con la red eléctrica.

8. Dispositivo de control según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de sincronización (33) incluyen:

- medios (30, 31) para detectar las fases de corriente y voltaje de la red eléctrica;

- medios para predecir los ceros y máximos de las fases de corriente y voltaje, posteriores a los detectados;

- medios para calcular el período de tiempo entre los ceros y máximos detectados y los previstos.

9. Dispositivo de control según la reivindicación 7 o 8, caracterizado porque dichos medios de sincronización (33) incluyen:

- medios de tabla (34) conteniendo información predeterminada con respecto al estado del neutro, el tipo de carga y el tipo de la red eléctrica, siendo adecuados dichos medios de tabla (34) para enviar una señal (35) que indica los tiempos ideales de fin de operación en relación a dicha información predeterminada a una unidad temporizadora (36).

10. Dispositivo de control según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha unidad temporizadora (36) recibe en entrada:

- dicha orden operativa (1) que es asíncrona en relación al sistema eléctrico;

- dicha señal (35) que indica los tiempos ideales de fin de operación;

- una señal que indica los siguientes ceros o máximo previstos;

y envía a los medios de control (10) una orden de operación de arranque síncrona correspondiente (37) que se retarda en relación a la orden asíncrona (1) un período de tiempo (50) que es una función de un tiempo de operación nominal predeterminado (51) y de dicha señal (35) que indica los tiempos ideales de fin de operación y de dicha señal que indica los ceros o máximo previstos siguientes.

11. Red de distribución y/o transmisión de electricidad incluyendo una pluralidad de disyuntores de circuito instalados en una disposición en cascada, caracterizada porque al menos un disyuntor de circuito de dicha pluralidad incluye un dispositivo de control según una o varias reivindicaciones anteriores y porque la apertura/cierre de dicho al menos único disyuntor de circuito se produce de manera que se coordine con otros disyuntores de circuito hacia arriba o hacia abajo de él para interrumpir o invertir la operación de apertura o cierre.

12. Conmutador eléctrico para redes de distribución y/o transmisión de electricidad, caracterizado porque incluye un dispositivo de control según una o varias las reivindicaciones 1 a 10 y porque la cantidad de potencia suministrada durante una operación de apertura/cierre es una función, momento a momento, del recorrido residual de los contactos móviles.

13. Conmutador eléctrico según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que dicho accionador regulable aplica en la parte móvil una fuerza regulable momento a momento y es capaz de minimizar la cantidad de energía disipada en el impacto en una operación de cierre.

14. Método de control para la apertura/cierre de un conmutador eléctrico (4), tal como disyuntor de circuito, aisladores, reconectores y análogos, en unas des de distribución y/o transmisión de electricidad, caracterizado por el hecho de que incluye los pasos siguientes:

a) enviar una orden operativa (1) a una unidad de procesado y control (100) de dicho conmutador (4);

b) adquirir directa o indirectamente información (7) sobre el movimiento o velocidad o aceleración en tiempo real de los contactos móviles del conmutador (4) y enviar una señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles;

c) comparar dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles con una señal que indica una ley de movimiento predeterminada y enviar una señal de referencia correspondiente (16);

d) comparar dicha señal de referencia (16) con dicha señal (14) que indica la ley de movimiento de dichos contactos móviles y, en relación a esta comparación, enviar una señal de corrección (18);

e) comparar dicha señal de corrección (18) con dicha señal de referencia (16) y, en relación a esta comparación, enviar una segunda señal de control (19);

f) modular el flujo de energía suministrado a un accionador (2) con ley de movimiento regulable en relación a dicha segunda señal de control (19) para ajustar la fuerza que ejerce en el sistema de cadena cinemática-conmutador para obtener una ley de movimiento deseada de dichos contactos móviles;

g) enviar una primera señal de control (3) a dicho accionador.

15. Método de control según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho paso a) incluye:

- detectar las fases de corriente (30) y voltaje (31) de la red eléctrica;

- predecir los ceros y máximos de las fases de corriente y voltaje, posteriores a los detectados;

- calcular el período de tiempo entre los ceros y máximos detectados y los previstos;

- procesar y enviar una orden operativa (37) para hacer la operación síncrona con la red eléctrica.

16. Método de control según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho paso de procesar y enviar una orden operativa (37) para hacer la operación síncrona con la red eléctrica incluye:

- adquirir una señal (35) que indica los tiempos ideales de fin de operación en relación a información predeterminada con respecto al estado del neutro, el tipo de carga y el tipo de la red eléctrica;

- enviar dicha orden operativa (37), retardada en relación a una orden asíncrona (1) un período de tiempo (50) que es una función de un tiempo de operación nominal predeterminado (51), de dicha señal (35) que indica los tiempos ideales de fin de operación y de dichos ceros o máximo previstos siguientes.