ES2360922T3 - Dispositivo de corte para cortar una corriente continua bidireccional e instalación de células fotovoltaicas equipada con tal dispositivo. - Google Patents
Dispositivo de corte para cortar una corriente continua bidireccional e instalación de células fotovoltaicas equipada con tal dispositivo. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo de corte (1; 200; 210; 230) para cortar en particular una corriente continua en al menos una línea eléctrica (3; 201, 202; 211; 212; 231) cualquiera que sea el sentido de circulación de dicha corriente por dicha línea, comprendiendo dicho dispositivo: - al menos dos bornes de conexión (E1, S1, E2, S2), - un número par predeterminado (Np) de pares de contactos separables (11, 12) que incorporan dos contactos conectados eléctricamente con dichos bornes de conexión, - un número de cámaras de corte (14, 15) igual a dicho número par predeterminado (Np), estando asociada cada cámara de corte a un par de contactos separables distinto, estando provista cada cámara de corte de una cámara de formación de arco (41, 42), de una cámara de extinción de arco (43, 44) y de imanes permanentes (47, 48) que presentan una polaridad que permite la evacuación de un arco eléctrico hacia dicha cámara de extinción de arco cuando la corriente por la al menos una línea eléctrica circula en un sentido predeterminado, siendo diferente dicho sentido predeterminado de circulación de la corriente para una parte de las cámaras de corte, caracterizado porque dicho dispositivo incorpora un número de mecanismos de disparo (27, 28) igual a dicho número par predeterminado (Np), estando asociado cada mecanismo de disparo a uno de dichos pares de contactos separables para separar los contactos separables de dicho par como respuesta a un defecto eléctrico en la al menos una línea eléctrica, estando vinculados entre sí dichos mecanismos de disparo por un enlace mecánico (29) que permite abrir simultáneamente dichos pares de contactos separables.
Description
Dispositivo de corte para cortar una corriente
continua bidireccional e instalación de células fotovoltaicas
equipada con tal dispositivo.
La invención pertenece al ámbito de los
dispositivos de corte que permiten en particular cortar corrientes
continuas bidireccionales, en concreto corrientes continuas de
escasa intensidad, es decir, que tienen una intensidad que va desde
0,5 a 150 amperios.
La invención concierne a un dispositivo de corte
para cortar en particular una corriente continua en al menos una
línea eléctrica cualquiera que sea el sentido de circulación de
dicha corriente por dicha línea, comprendiendo dicho
dispositivo:
- al menos dos bornes de conexión,
- un número par predeterminado de pares de
contactos separables que incorporan dos contactos conectados
eléctricamente a dichos bornes de conexión,
- un número de cámaras de corte igual a dicho
número par predeterminado, estando asociada cada cámara de corte a
un par de contactos separables distinto, estando provista cada
cámara de corte de una cámara de formación de arco, de una cámara de
extinción de arco y de imanes permanentes que presentan una
polaridad que permite la evacuación de un arco eléctrico hacia dicha
cámara de extinción de arco cuando la corriente por la al menos una
línea eléctrica circula en un sentido predeterminado, siendo
diferente dicho sentido predeterminado de circulación de la
corriente para una parte de las cámaras de corte.
La invención se refiere asimismo a una
instalación de células fotovoltaicas equipada con un dispositivo de
corte de este tipo.
\vskip1.000000\baselineskip
La patente estadounidense US5004874 describe un
dispositivo de conmutación destinado a ser interconectado en una
línea eléctrica por la que circula una corriente continua
bidireccional, comprendiendo dicho dispositivo dos pares de
contactos separables que incluyen, por cada par, un contacto fijo y
un contacto móvil, hallándose montados los contactos fijos
solidariamente sobre un mismo soporte conductor para conformar un
único puente de contactos. Este dispositivo de conmutación
incorpora, además, dos cámaras de extinción de arco y dos bornes de
conexión conectados eléctricamente a los contactos fijos. Este
dispositivo de conmutación permite abrir el puente de contactos
evacuando un arco eléctrico formado entre uno u otro de los pares de
contactos separables hacia la cámara de corte asociada a dicho par
de contactos, y ello en función del sentido de circulación de la
corriente por la línea eléctrica.
El dispositivo de conmutación descrito en esa
patente no incorpora medios de disparo que permitan abrir el puente
de contactos en caso de defecto eléctrico. Por añadidura, un
inconveniente de este dispositivo de conmutación está en que no
permite más que una interconexión en una sola línea eléctrica y no
permite adaptar y optimizar con facilidad el número de cámaras de
corte en función de la tensión en bornes de dicho dispositivo. Otro
inconveniente de este dispositivo de conmutación está en que es
voluminoso.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención está orientada a subsanar las
limitaciones y los inconvenientes de los dispositivos de corte de la
técnica anterior, proponiendo un dispositivo de corte para cortar en
particular una corriente continua en al menos una línea eléctrica
cualquiera que sea el sentido de circulación de dicha corriente por
dicha línea, comprendiendo dicho dispositivo:
- al menos dos bornes de conexión,
- un número par predeterminado de pares de
contactos separables que incorporan dos contactos conectados
eléctricamente a dichos bornes de conexión,
- un número de cámaras de corte igual a dicho
número par predeterminado, estando asociada cada cámara de corte a
un par de contactos separables distinto, estando provista cada
cámara de corte de una cámara de formación de arco, de una cámara de
extinción de arco y de imanes permanentes que presentan una
polaridad que permite la evacuación de un arco eléctrico hacia dicha
cámara de extinción de arco cuando la corriente por la al menos una
línea eléctrica circula en un sentido predeterminado, siendo
diferente dicho sentido predeterminado de circulación de la
corriente para una parte de las cámaras de corte,
caracterizándose dicho dispositivo porque
incorpora un número de mecanismos de disparo igual a dicho número
par predeterminado, estando asociado cada mecanismo de disparo a uno
de dichos pares de contactos separables para separar los contactos
separables de dicho par como respuesta a un defecto eléctrico en la
al menos una línea eléctrica, estando vinculados entre sí dichos
mecanismos de disparo por un enlace mecánico que permite abrir
simultáneamente dichos pares de contactos separables.
Preferentemente, el sentido predeterminado de
circulación de la corriente es diferente para una mitad de las
cámaras de corte.
Preferentemente, la cámara de extinción de arco
de cada cámara de corte se conforma por un apilamiento de placas de
desionización.
Preferentemente, el dispositivo de corte es de
tipo modular y comprende un número de módulos igual a dicho número
par predeterminado, incorporando cada módulo:
- uno de dichos pares de contactos
separables,
- la cámara de corte asociada a dicho par de
contactos separables,
- el mecanismo de disparo asociado a dicho par
de contactos separables, y
- un borne de salida de alimentación y un borne
de entrada de alimentación respectivamente conectados eléctricamente
a uno y a otro de dichos contactos separables.
Preferentemente, cada módulo va alojado en una
caja que comprende dos caras principales paralelas, hallándose
adosados entre sí dichos módulos por sus caras principales.
Ventajosamente, cada par de contactos separables incorpora un
contacto móvil desplazable a lo largo de un eje sensiblemente
paralelo a las caras principales. Con preferencia, los contactos
móviles de cada par de contactos separables van dispuestos todos
ellos sobre un mismo lado de dicho dispositivo.
Preferentemente, la cámara de formación de arco
de cada cámara de corte queda delimitada por una primera y una
segunda valona que se extienden paralelamente a las caras
principales de los módulos, hallándose dispuestos los imanes
permanentes de dicha cámara de corte detrás de al menos la primera
valona y presentando estos una polaridad que permite generar un
campo magnético orientado según una dirección sensiblemente normal a
dichas caras principales. Ventajosamente, la cámara de formación de
arco de cada cámara de corte incorpora:
- una sección de inducción reforzada que
comprende una primera parte de los imanes permanentes de dicha
cámara de corte que genera un campo magnético que permite propulsar
el arco eléctrico, incorporando la primera parte de los imanes
permanentes dos fracciones imantadas dispuestas detrás de cada una
de las valonas, y
- una sección de desviación que comprende una
segunda parte de dichos imanes permanentes que genera sobre un eje
longitudinal un campo magnético sensiblemente más débil que el
generado por la primera parte de los imanes permanentes y que
permite desviar el arco eléctrico respecto al eje longitudinal.
De acuerdo con una forma de realización, el
dispositivo de corte se dedica al corte en una sola línea eléctrica,
comprendiendo los bornes de conexión un primer borne de salida de
alimentación y un primer borne de entrada de alimentación destinados
a interconectarse en serie en dicha línea eléctrica.
Preferentemente, el dispositivo de corte
comprende al menos dos módulos, el primer borne de salida de
alimentación es el borne de salida de alimentación de un primer
módulo y el primer borne de entrada de alimentación es el borne de
entrada de alimentación de un segundo módulo, estando interconectado
el borne de entrada de alimentación del primer módulo con el borne
de salida de alimentación del segundo módulo. Ventajosamente, el
primer borne de salida de alimentación y el primer borne de entrada
de alimentación van dispuestos sobre un mismo lado, y porque los
imanes permanentes de las cámaras de corte en el primer y el segundo
módulo presentan idénticas polaridades para generar campos
magnéticos orientados en un mismo sentido.
Como alternativa, el dispositivo de corte
comprende cuatro módulos, estando interconectado el borne de entrada
de alimentación del primer módulo con el borne de salida de
alimentación de un tercer módulo, estando interconectado el borne de
entrada de alimentación de dicho tercer módulo con el borne de
salida de alimentación de un cuarto módulo, estando interconectado
el borne de entrada de alimentación de dicho cuarto módulo con el
borne de salida de alimentación del segundo módulo.
De acuerdo con otra forma de realización, el
dispositivo de corte se dedica al corte en dos líneas eléctricas y
los bornes de conexión comprenden un primer borne de salida de
alimentación y un primer borne de entrada de alimentación destinados
a interconectarse en serie en una de dichas líneas, así como un
segundo borne de salida de alimentación y un segundo borne de
entrada de alimentación destinados a interconectarse en serie en la
otra de dichas líneas.
Preferentemente, el dispositivo comprende solo
dos módulos, siendo el primer borne de salida de alimentación y el
primer borne de entrada de alimentación los bornes de salida de
alimentación y de entrada de alimentación de un primer módulo,
siendo el segundo borne de salida de alimentación y el segundo borne
de entrada de alimentación los bornes de salida de alimentación y de
entrada de alimentación de un segundo módulo.
Como alternativa, el dispositivo comprende
cuatro módulos combinando dos dispositivos de corte dedicados al
corte en una sola línea eléctrica, correspondiendo el primer borne
de salida de alimentación y el primer borne de entrada de
alimentación de uno de dichos dispositivos respectivamente al
segundo borne de salida de alimentación y al segundo borne de
entrada de alimentación.
Preferentemente, los módulos son
indisociables.
La invención se refiere asimismo a una
instalación de células fotovoltaicas que incorpora al menos un panel
sobre el que van dispuestas dichas células, hallándose conectado
dicho panel a dos líneas eléctricas destinadas a suministrar una
energía eléctrica en forma de corriente continua, caracterizándose
la instalación porque incorpora al menos un dispositivo de corte tal
como se ha descrito anteriormente incorporando al menos dos bornes
de conexión interconectados en dicha al menos una línea
eléctrica.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 es una sección longitudinal
simplificada de un dispositivo de corte modular según la invención
que permite un montaje en serie en una sola línea eléctrica.
La figura 2 representa esquemáticamente los
mecanismos de disparo y de conmutación del dispositivo de corte
representado en la figura 1.
La figura 3 es un esquema que ilustra la
evacuación de un arco eléctrico hacia la cámara de extinción de una
cámara de corte.
La figura 4 es un esquema similar al de la
figura 2 que ilustra ta evacuación de un arco eléctrico fuera de la
cámara de extinción.
La figura 5 es una vista parcial de un módulo de
dispositivo de corte según la invención.
La figura 6 es una sección longitudinal
simplificada del módulo representado en la figura 4 según un plano
de sección A-A'.
La figura 7 es una sección longitudinal
simplificada de un dispositivo según una forma de realización que,
comprendiendo dos polos, está adaptado para ser montado en serie en
dos líneas eléctricas de polaridades opuestas.
La figura 8 es una sección longitudinal
simplificada de un dispositivo según otra forma de realización que,
comprendiendo cuatro polos, está adaptado para ser montado en serie
en dos líneas eléctricas de polaridades opuestas.
La figura 9 es una sección longitudinal
simplificada de un dispositivo según todavía otra forma de
realización que, comprendiendo cuatro polos, está adaptado para ser
montado en serie en una sola línea eléctrica.
La figura 10 representa un ejemplo de
utilización de dispositivos de corte adaptados para ser montados en
serie en una sola línea eléctrica en una instalación de células
fotovoltaicas.
La figura 11 representa un ejemplo de
utilización de dispositivos de corte adaptados para ser montados en
serie en dos líneas eléctricas de polaridades opuestas en otro tipo
de instalación de células fotovoltaicas.
\vskip1.000000\baselineskip
Con referencia a la figura 1, el dispositivo de
corte 1 va montado en serie en una línea eléctrica 3 que está
interconectada mediante los bornes de conexión E1 y S1. El
dispositivo de corte 1 comprende dos polos denotados como primer
módulo 5 y como segundo módulo 7, a causa de las dimensiones
sensiblemente idénticas de sus respectivas cajas. Estos módulos van
adosados entre sí de manera indisociable por una de sus caras
principales 9. Cada módulo 5, 7 incorpora un par de contactos
separables 11, 12, una cámara de corte 14, 15 y un mecanismo de
disparo. Cada módulo 5, 7 incorpora, además, un borne de salida de
alimentación 21, 23 y un borne de entrada de alimentación 22, 24,
estando conectados eléctricamente dichos bornes a uno y a otro de
dichos contactos separables. El borne de salida de alimentación 21
del primer módulo 5 y el borne de entrada de alimentación 24 del
segundo módulo 7 corresponden a los bornes de conexión
respectivamente referenciados con E1 y S1.
Como es visible en la figura 2, los mecanismos
de disparo 27, 28 de cada módulo 5, 7 están vinculados entre sí por
un enlace mecánico 29, lo que permite abrir simultáneamente el
conjunto de los pares de contactos separables 11, 12 a consecuencia
de la aparición de un defecto eléctrico en la línea eléctrica 3. El
mecanismo de disparo de cada módulo incorpora generalmente unos
medios de disparo térmicos 31 y unos medios de disparo magnéticos
32. Por otro lado, cada módulo 5, 7 del dispositivo de corte puede
incorporar una maneta 33, 34 que permite abrir o cerrar manualmente
los contactos separables. Generalmente, estas manetas se conectan
entre sí mediante una varilla 35 que permite abrir o cerrar
simultáneamente el conjunto de los pares de contactos separables 11,
12. De esta manera, el dispositivo de corte 1 presenta una función
de disyuntor y una función de conmutador.
En el dispositivo de corte 1 representado en las
figuras 1 y 2, cada cámara de corte 14, 15 y cada mecanismo de
disparo 27, 28 de un mismo módulo 5, 7 están asociados al par de
contactos separables 11, 12 de ese módulo. Por añadidura, los pares
de contactos separables están desvinculados, es decir, no existe
ningún enlace mecánico directo entre los contactos de cada uno de
dichos pares. En efecto, los enlaces mecánicos 29, 35 entre los
mecanismos de disparo 27, 28 y entre las manetas 33, 34 no podrían
constituir un enlace mecánico directo y solidario entre los
contactos de diferentes pares de contactos separables. Dicho de otro
modo, los contactos de diferentes pares de contactos separables no
son solidarios con una pieza intermedia tal como, por ejemplo, un
puente de contactos. En virtud de esta configuración, cada par de
contactos separables y la cámara de corte asociada a dicho par de
contactos separables pueden funcionar de manera independiente. Así,
es posible cortar corrientes continuas a tensiones diferentes
utilizando un dispositivo de corte en el que el número de cámaras de
corte está adaptado con relación a dicha tensión en la línea que se
va a proteger. Por otro lado, según se describe más adelante, la
independencia entre los pares de contactos separables permite
interconectar el dispositivo de corte en serie en dos líneas
eléctricas de polaridades opuestas.
Como es visible en la figura 1, la cámara de
corte 14, 15 de cada módulo 5, 7 incorpora una cámara de formación
de arco 41, 42, y una cámara de extinción de arco 43, 44 conformada
la mayoría de las veces por un apilamiento de placas de
desionización 46. La cámara de corte 14, 15 de cada módulo 5, 7
incorpora, además, unos imanes permanentes 47, 48. En la apertura de
los pares de contactos separables 11, 12, se genera un arco
eléctrico entre cada uno de dichos pares de contactos
separables.
Los imanes permanentes 47, 48 de cada cámara de
corte 14, 15 presentan una polaridad que permite la evacuación del
arco eléctrico hacia la cámara de extinción de arco 43, 44 de dicha
cámara de corte, cuando la corriente de la línea eléctrica 3 circula
en un sentido predeterminado. Este sentido predeterminado de
circulación de la corriente es propio de la cámara de corte en
cuestión. Así, si la corriente de la línea eléctrica circula en
sentido contrarío con relación al sentido predeterminado de
circulación de la corriente, el arco eléctrico de la cámara de corte
en cuestión es evacuado fuera de la cámara de extinción de arco.
Según se explica a continuación, este sentido predeterminado de
circulación de la corriente puede variar de una cámara de corte a
otra. Este sentido predeterminado de circulación de la corriente
viene determinado, por una parte, por la polaridad de los imanes
permanentes de la cámara de corte en cuestión y, por otra parte, por
las interconexiones de los bornes de salida de alimentación y de
entrada de alimentación del módulo que encierra a dicha cámara de
corte en cuestión.
Más precisamente, el campo magnético generado
por los imanes permanentes, por una parte, y la corriente eléctrica
en el arco eléctrico formado entre los contactos separables en la
apertura de dichas contactos, por otra parte, permiten generar unas
fuerzas que van a empujar al arco eléctrico en uno u otro sentido.
Esta dirección de evacuación del arco depende esencialmente del
sentido de la corriente en el arco eléctrico y de la polaridad de
los imanes permanentes. Así, para una determinada polaridad de los
imanes permanentes, el arco eléctrico es evacuado a la cámara de
extinción de arco o fuera de esta cámara de extinción en función del
sentido de la corriente en el arco eléctrico, es decir, en función
del sentido de circulación de la corriente por la línea eléctrica
3.
Según un aspecto de la invención, el dispositivo
de corte comprende un número par predeterminado Np de cámaras de
corte y el sentido predeterminado de circulación de la corriente es
diferente para una parte, en el presente caso la mitad, de dichas
cámaras de corte. De esta manera, cualquiera que sea el sentido de
circulación de la corriente por la línea eléctrica, una primera
mitad de las cámaras de corte evacuan los arcos eléctricos a sus
respectivas cámaras de extinción de arco y una segunda mitad de las
cámaras de corte evacuan los arcos eléctricos fuera de sus
respectivas cámaras de extinción de arco.
En la forma de realización representada en la
figura 1, la apertura de dos pares de contactos separables permite
generar dos arcos eléctricos 51, 52. El arco eléctrico 51 dentro de
la cámara de corte 14 es evacuado fuera de la cámara de extinción de
arco 43 de esta cámara de corte, en tanto que el arco eléctrico 52
dentro de la cámara de corte 15 es evacuado a la cámara de extinción
de arco 44. Lo contrario ocurriría si se invirtiera la corriente por
la línea eléctrica 3. La cámara de corte 15 del segundo módulo 7 y
la cámara de corte 14 del primer módulo 5, así como sus respectivos
arcos eléctricos 51, 52, aparecen asimismo representados
esquemáticamente según otro plano longitudinal en la figura 3 y la
figura 4 respectivamente.
En la forma de realización representada en la
figura 1, el primer borne de salida de alimentación E1 y el primer
borne de entrada de alimentación S1 van dispuestos en un mismo lado
y los imanes permanentes 47, 48 de las cámaras de corte 14, 15 en el
primer y segundo módulo 5, 7 presentan idénticas polaridades para
generar campos magnéticos orientados en un mismo sentido. De esta
manera, en la cámara de corte 14, el sentido de la corriente en el
arco eléctrico 51 permite evacuar este arco fuera de la cámara de
extinción de arco 43. Al mismo tiempo, en la cámara de corte 15, el
sentido de la corriente en el arco eléctrico 52 permite evacuar este
arco a la cámara de extinción de arco 44. Así, el sentido de la
corriente circulante por la línea eléctrica 3 corresponde al sentido
predeterminado de circulación de la corriente asociado a la cámara
de corte 15 para el que el arco eléctrico es evacuado a la cámara de
extinción de arco.
En otra forma de realización no representada, el
primer borne de salida de alimentación y el primer borne de entrada
de alimentación podrían ir dispuestos en dos lados opuestos, en cuyo
caso los imanes permanentes de las cámaras de corte en el primer y
el segundo módulo tendrían que presentar polaridades opuestas para
generar campos magnéticos orientados en un sentido opuesto.
Las cámaras de corte 14, 15 utilizadas en el
dispositivo de corte 1 presentan una arquitectura generalmente
específica para el corte de corriente continua monodireccional, y es
la asociación de un número par de cámaras de corte la que permite
cortar corrientes continuas bidireccionales. Esta arquitectura
específica de las cámaras de corte se describe más adelante con
referencia a las figuras 5 y 6. La asociación de estas cámaras de
corte se ha hecho posible, en parte a causa de sus buenas
prestaciones intrínsecas, especialmente en lo referente a velocidad
de crecimiento de la tensión del arco eléctrico evacuado hacia la
cámara de extinción de arco. De esta manera, el arco eléctrico 52 de
la cámara de corte 15, que es evacuado a la cámara de extinción de
arco 44, registra la mayor parte de la tensión respecto al arco
eléctrico 51 de la cámara de corte 14, que es evacuado fuera de la
cámara de extinción 43. Ello permite en particular reducir, e
incluso anular, los efectos negativos de la evacuación de un arco
eléctrico fuera de la cámara de extinción de arco. Con objeto de
reducir al mínimo la tensión del arco eléctrico disipado en cada
cámara de corte, es posible multiplicar el número de cámaras de
corte según se describe más adelante con referencia a las figuras 8
y 9.
Cabe también la posibilidad de sobredimensionar
las cámaras de corte con relación a los requisitos de un corte de
una corriente monodimensional para la que el arco eléctrico es
evacuado sistemáticamente a la cámara de extinción de arco. Pese a
este sobredimensionamiento, el dispositivo de corte no deja de ser
muy compacto y menos voluminoso con relación a los dispositivos de
la técnica anterior.
Las cámaras de corte de los dispositivos de
corte generalmente presentan una arquitectura específica para el
corte de corrientes continuas monodireccionales. La cámara de corte
representada en las figuras 5 y 6 está especialmente adaptada al
dispositivo de corte según la invención.
Con referencia a las figuras 5 y 6, cada una de
estas cámaras de corte encierra un par de contactos separables que
incorporan un contacto móvil 101 y un contacto fijo 102. La cámara
de formación de arco 111 de la cámara de corte 104 queda delimitada
por una primera valona 112 y una segunda valona 113, hallándose
dichas valonas sensiblemente paralelas a las caras principales 9.
Uno de los bornes de salida de alimentación o de entrada de
alimentación del módulo que incorpora la cámara de corte 104 está
vinculada eléctricamente, por su parte, con el contacto fijo 102 y
se prolonga para constituir un electrodo o cuerno de descarga del
arco 114 que se extiende en la parte superior de la cámara de
formación de arco. El otro borne del módulo que incorpora la cámara
de corte 104 está vinculado eléctricamente con el contacto móvil 101
y está conectado a otro electrodo o cuerno de descarga del arco 115
que se extiende en la parte inferior de la cámara de formación de
arco. Los electrodos o cuernos de descarga del arco 114 y 115 van
acomodados en orden a captar un arco eléctrico extraído entre los
contactos 101 y 102 en su separación. El arco eléctrico formado
entre los dos contactos es captado así por los electrodos para ser
transportado y evacuado hacia la cámara de extinción de arco 121 de
la cámara de corte, en la medida en que la corriente por la línea
eléctrica está en el sentido predeterminado.
Adviértase que, en la figura 5, los contactos
separables 101 y 102 así como el electrodo 114 se han representado
en punteado, por quedar disimulados en particular por la segunda
valona 113. La distancia entre el contacto móvil 101 y el electrodo
115 en la parte superior de la cámara de formación de arco está
comprendida generalmente entre 4 y 8 milímetros. Esta distancia
permite obtener unas buenas prestaciones para el corte de corrientes
de gran inten-
sidad.
sidad.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la cámara de extinción de arco 121 se conforma por un
apilamiento de placas de desionización 122 que generalmente son
placas metálicas. Las placas de desionización incorporan un borde de
ataque por el que el arco eléctrico entra a la cámara de extinción.
El borde de ataque de las placas de desionización incorpora
generalmente un rehundido central 123.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la cámara de formación de arco 111 incorpora una
sección de inducción reforzada 131 en la que el arco es propulsado
hacia la cámara de extinción de arco 121 por el campo magnético
generado por una primera parte de los imanes permanentes. El campo
magnético, sobre un eje longitudinal 110 de la cámara de formación
de arco, generado por la primera parte de los imanes permanentes en
la sección de inducción reforzada, es mayor que el generado por la
otra parte de los imanes permanentes en el resto de la cámara de
formación de arco. Esta configuración permite propulsar mejor el
arco eléctrico y hacerlo salir de los contactos separables. Así, la
conmutación del pie del arco eléctrico entre el contacto móvil y el
electrodo 115 se obtiene principalmente con el concurso de la
primera parte de los imanes permanentes en la sección de inducción
reforzada de la cámara de formación de arco.
Como es visible en la figura 6, el
desplazamiento del arco eléctrico se representa mediante puntos en
diferentes instantes. En la sección de inducción reforzada, el arco
eléctrico se representa mediante los puntos 141 y 142.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la primera parte de los imanes permanentes incorpora
no solo una primera fracción imantada 132, sino también una segunda
fracción imantada 133. Las fracciones imantadas 132 y 133 van
dispuestas detrás de cada una de las valonas 112 y 113. Se entiende
por fracción imantada de la primera parte de los imanes permanentes
una fracción definida con relación a dicha primera parte de los
imanes permanentes, es decir, con relación a la parte de los imanes
permanentes en la sección de inducción reforzada. La presencia de la
segunda fracción imantada 133 de la primera parte de los imanes
permanentes genera un campo magnético que se adiciona al generado
por la primera fracción imantada 132. Ello permite aumentar
significativamente la fuerza magnética inducida por la primera parte
de los imanes permanentes sobre el arco eléctrico. Así, la segunda
fracción imantada 133 de la primera parte de los imanes permanentes
permite la conmutación del pie del arco eléctrico entre el contacto
móvil 101 y el electrodo 115, así como la salida y la evacuación de
dicho arco eléctrico hacia la cámara de extinción. El efecto de la
distancia D entre el contacto móvil 101 y el electrodo 115 queda,
pues, compensado por la presencia de la segunda fracción imantada
133.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la primera y la segunda fracción imantada 132 y 133
de la primera parte de los imanes permanentes generan campos
magnéticos de sensiblemente igual intensidad. Así, la fuerza
magnética para propulsar el arco eléctrico en dirección a la cámara
de extinción 121 ha sido doblada, lo que permite propulsar más
rápidamente el arco eléctrico hacia la cámara de extinción. Por
añadidura, la primera y la segunda fracción imantada 132 y 133 de la
primera parte de los imanes permanentes van dispuestas
simétricamente con relación al eje longitudinal 110 de la cámara de
formación de arco. Ello permite mejorar aún más las propiedades
anteriormente descritas, es decir, propulsar más eficazmente el arco
eléctrico hacia la cámara de extinción.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la cámara de formación de arco 111 incorpora una
sección de desviación 151 en la que el arco eléctrico es desviado
con relación a un eje longitudinal 110 de la cámara de formación de
arco hacia la primera valona 112, por el campo magnético generado
por una segunda parte de los imanes permanentes, siendo el campo
magnético generado por la segunda parte de los imanes permanentes
sensiblemente más débil que el generado por la primera parte de los
imanes permanentes. Debido a que el campo magnético sobre el eje
longitudinal 110 generado por la segunda parte de los imanes
permanentes es más débil que el de la primera parte de los imanes
permanentes y no simétrico con relación a dicho eje longitudinal, el
arco eléctrico es desviado de su trayectoria. Así, la componente de
desviación del arco eléctrico se obtiene principalmente con el
concurso de la segunda parte de los imanes permanentes en la sección
de desviación 151.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la totalidad de la segunda parte 152 de los imanes
permanentes va dispuesta detrás de la primera valona 112. En otras
formas de realización no representadas, solo una fracción de la
segunda parte de los imanes permanentes puede ir dispuesta detrás de
la primera valona, de modo que el campo magnético generado por dicha
fracción es superior al generado por la fracción restante de la
segunda parte de los imanes permanentes, hallándose dispuesta esta
última detrás de la segunda valona 113. Se entiende por fracción
imantada de la segunda parte de los imanes permanentes una fracción
definida con relación a la parte de los imanes permanentes en la
sección de desviación.
Como es visible en la figura 6, en la sección de
desviación 151, los puntos 161, 162, 163, 164 y 165 representan las
posiciones del arco eléctrico en la sección de desviación en
diferentes instantes. Estos puntos se acercan a la primera valona
112 debido a que la segunda parte 152 de los imanes permanentes
permite desviar el arco eléctrico. De esta manera, el arco eléctrico
se acerca a la primera valona 112, conservando al propio tiempo una
fuerza magnética según el eje longitudinal 110 suficiente para no
pasar a pegarse a ella y a malograrse a su contacto.
Como es visible en la figura 6, el borde de
ataque de las placas de desionización está equipado con un rehundido
central 123 y con dos partes laterales 171 y 172 orientadas hacia la
sección de desviación 151 de la cámara de formación de arco. El arco
eléctrico, cuando la corriente por la línea eléctrica está en el
sentido predeterminado, es dirigido dentro de la sección de
desviación hacia la parte lateral 171. Así, en el caso de un corte
de una corriente de escasa intensidad, el arco eléctrico puede
extinguirse sobre la parte lateral 171 del borde de ataque de la
cámara de extinción 121 como consecuencia de la escasa energía que
hay que disipar.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la distancia entre la segunda parte 152 de los imanes
permanentes y la parte lateral 171 de las placas de desionización es
ventajosamente inferior a 1 milímetro. Esta distancia es
suficientemente escasa para evitar que ese arco eléctrico venga a
extinguirse en la cámara de formación de arco. Por otro lado, las
valonas 112 y 113 que delimitan la cámara de formación de arco se
conforman generalmente en un material eléctricamente aislante. Para
obtener una buena resistencia a la fatiga eléctrica con corrientes
continuas de escasa intensidad, con tiempos de corte relativamente
largos comparados con las corrientes alternas, las valonas pueden
ser conformadas en un material eléctricamente aislante que no se
erosiona fácilmente, tal como cerámica, por ejemplo esteatita. Para
obtener un buen corte con corrientes continuas o alternas de gran
intensidad, las valonas pueden ser conformadas en un material
eléctricamente aislante gasógeno, por ejemplo nailon gasógeno.
Ventajosamente, la primera valona 112 es de material cerámico y la
segunda valona 13 es de material orgánico gasógeno. La valona
gasógena permite aumentar la presión en la zona de los contactos y
propicia así la salida del arco eléctrico de la zona de contactos
hacia la cámara de extinción.
En la cámara de corte 104 representada en las
figuras 5 y 6, la cámara de corte incorpora un primer y un segundo
imán permanente respectivamente dispuestos detrás de cada una de las
valonas 112 y 113. El imán dispuesto detrás de la primera valona 112
se extiende sobre ambas secciones de inducción reforzada y de
desviación de la cámara de formación de arco y el imán dispuesto
detrás de la segunda valona 113 solo se extiende sobre la sección de
inducción reforzada. En este caso, la primera parte de los imanes
permanentes de la sección de inducción reforzada está constituida
esencialmente por el primer imán, es decir, la fracción imantada
132, y por la fracción del segundo imán en la sección de inducción
reforzada, es decir, la fracción imantada 133. De igual manera, la
segunda parte de los imanes permanentes de la sección de desviación
está constituida esencialmente por la fracción del segundo imán en
la sección de desviación, es decir, la fracción imantada 152.
La cámara de corte podría incorporar dos imanes
permanentes dispuestos detrás de la primera valona respectivamente
en la sección de inducción reforzada y en la sección de desviación,
generando el imán en la sección de inducción reforzada un campo
magnético de intensidad sensiblemente más grande que el de la
sección de desviación. La cámara de corte podría incorporar asimismo
tres imanes permanentes, hallándose dispuestos un primer y un
segundo imán detrás de la primera valona respectivamente en la
sección de inducción reforzada y en la sección de desviación, y
hallándose dispuesto un tercer imán detrás de la segunda valona en
la sección de inducción reforzada.
Al integrar en el dispositivo de corte según la
invención las cámaras de corte representadas en las figuras 5 y 6,
resultan mejoradas las prestaciones en lo referente a crecimiento de
la tensión de arco en la cámara de corte que evacua el arco
eléctrico a su cámara de extinción de arco. Ello permite reducir al
mínimo la tensión de arco en la otra cámara de corte en la que el
arco eléctrico es evacuado fuera de la cámara de extinción de
arco.
La forma de realización del dispositivo de corte
representada en la figura 1 está adaptada para un montaje que
incorpora dos líneas eléctricas, una de las cuales está
interconectada a tierra. En este tipo de montaje, basta con conectar
el dispositivo de corte en serie a la línea que no está
interconectada a tierra.
Para el caso de una red aislada, es decir, que
comprende dos líneas eléctricas que tienen polaridades inversas, es
posible no utilizar más que un solo dispositivo de corte conectado
en serie en las dos líneas. En la figura 7 se representa una forma
de realización del dispositivo de corte que faculta una
interconexión de este tipo.
Con referencia a la figura 7, los bornes de
conexión comprenden un primer borne de salida de alimentación E1 y
un primer borne de entrada de alimentación S1 destinados a
interconectarse en serie en la línea 201, así como un segundo borne
de salida de alimentación E2 y un segundo borne de entrada de
alimentación S2 destinados a interconectarse en serie en la línea
202. El dispositivo de corte 200 comprende solamente dos módulos
205, 206, siendo el primer borne de salida de alimentación E1 y el
primer borne de entrada de alimentación S1 los bornes de salida de
alimentación y de entrada de alimentación de un primer módulo 205,
siendo el segundo borne de salida de alimentación E2 y el segundo
borne de entrada de alimentación S2 los bornes de salida de
alimentación y de entrada de alimentación de un segundo módulo
206.
Con objeto de reducir al mínimo la tensión del
arco eléctrico disipado en cada cámara de corte, es posible
multiplicar el número de cámaras de corte según se describe más
adelante con referencia a las figuras 8 y 9.
En la forma de realización representada en la
figura 8, el dispositivo de corte 210 se dedica al corte en dos
líneas eléctricas 211, 212 e incorpora cuatro módulos 215, 216, 217,
218. De hecho, el dispositivo de corte 210 combina un primer y un
segundo dispositivo de corte del tipo de aquél representado en la
figura 7, comprendiendo el primer dispositivo los módulos 215 y 217
y comprendiendo el segundo dispositivo los módulos 216 y 218.
En la forma de realización representada en la
figura 9, el dispositivo de corte 230 se dedica al corte en una sola
línea eléctrica 231 e incorpora cuatro módulos. Los bornes de
conexión comprenden un primer borne de salida de alimentación E1 y
un primer borne de entrada de alimentación S1 destinados a
interconectarse en serie en dicha línea eléctrica 231. El
dispositivo de corte 230 comprende un primer, un segundo, un tercer
y un cuarto módulos respectivamente referenciados con 233, 234, 235,
236. El primer borne de salida de alimentación E1 es el borne de
salida de alimentación del primer módulo 233 y el primer borne de
entrada de alimentación S1 es el borne de entrada de alimentación de
un segundo módulo 234, hallándose interconectado indirectamente el
borne de entrada de alimentación del primer módulo con el borne de
salida de alimentación del segundo módulo. Más precisamente, el
borne de entrada de alimentación 241 del primer módulo 233 está
interconectado al borne de salida de alimentación 242 del tercer
módulo 235, hallándose interconectado el borne de entrada de
alimentación 243 de dicho tercer módulo al borne de salida de
alimentación 244 del cuarto módulo 236, hallándose interconectado el
borne de entrada de alimentación 245 de dicho cuarto módulo al borne
de salida de alimentación 246 del segundo módulo.
Los dispositivos de corte antes descritos están
completamente adaptados a instalaciones eléctricas de células
fotovoltaicas. Como está representado en las figuras 10 y 11, estas
instalaciones 301, 302 se componen generalmente de varios paneles
311, 312, 313 que integran células fotovoltaicas a menudo conectadas
en serie y que generan una corriente continua. Estos paneles
generalmente están conectados en paralelo con la entrada de un
ondulador 321 que permite realizar la conversión de la corriente
continua a corriente alterna, que será redistribuida a su vez a una
red principal.
Las instalaciones de este tipo presentan
generalmente un elevado nivel de tensión, pudiendo ir por ejemplo
hasta 1000 voltios, y escasas corrientes de cortocircuito
generalmente iguales a aproximadamente 1,25 veces el valor de la
corriente nominal de la instalación. Las líneas de este tipo de
instalación presentan generalmente una constante de tiempo, es
decir, una relación de la inductancia a la resistencia, que a menudo
es inferior a 2 milisegundos. En las instalaciones para las que el
número de paneles en paralelo es mayor o igual que 3, a menudo es
necesario interponer en las líneas de cada panel unos dispositivos
de corte adaptados para cortar corrientes continuas a
elevadas
tensiones.
tensiones.
Estos dispositivos de corte también tienen que
ser capaces de cortar la corriente en los dos sentidos de
funcionamiento. En efecto, en un primer escenario, por razones de
mantenimiento, en ocasiones es necesario el seccionamiento de un
panel. En un segundo escenario, estos dispositivos de corte se
pueden utilizar para proteger los paneles en caso de mal
funcionamiento. Por ejemplo, en caso de sombra, un panel puede
comportarse como un receptor y originar la circulación de una
corriente inversa.
En la instalación 301 representada en la figura
10, cada panel está vinculado con el ondulador 321 mediante unas
líneas eléctricas 331, 332, hallándose conectadas las líneas 332 a
tierra. En este escenario, se ha interpuesto en la línea 331 de cada
panel un dispositivo de corte bipolar 335 que incorpora dos módulos
y dos contactos separables, tal como el representado en la figura 1.
Ventajosamente, habría sido posible sustituir estos dispositivos de
corte 335 por dispositivos tetrapolares, tal como se representa en
la figura 9. Esto permitiría repartir la tensión de arco entre
cuatro módulos en lugar de dos.
En la instalación 302 representada en la figura
11, cada panel está vinculado con el ondulador 321 mediante unas
lineas eléctricas 341, 342, conformando una red aislada. En este
escenario, se ha interpuesto en las líneas 341, 342 de cada panel un
dispositivo de corte bipolar 345 que incorpora dos módulos y dos
contactos separables, tal como el representado en la figura 7.
Ventajosamente, habría sido posible sustituir estos dispositivos de
corte 345 por dispositivos tetrapolares, tal como se representa en
la figura 8. Esto permitiría repartir la tensión de arco para cada
línea entre dos módulos en lugar de uno.
Una ventaja del dispositivo de corte según la
presente invención es que faculta la puesta en práctica de cámaras
de corte que ya han sido puestas a punto para el corte de una
corriente continua monodireccional.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante no tiene otro propósito que servir de ayuda al lector y
no forma parte del documento de Patente Europea. A pesar de la gran
atención dedicada a su confección, no puede descartarse la presencia
de errores u omisiones, en cuyo caso la OEP declina toda
responsabilidad.
\bullet US 5004874 A [0004]
Claims (15)
1. Dispositivo de corte (1; 200; 210; 230) para
cortar en particular una corriente continua en al menos una línea
eléctrica (3; 201, 202; 211; 212; 231) cualquiera que sea el sentido
de circulación de dicha corriente por dicha línea, comprendiendo
dicho dispositivo:
- al menos dos bornes de conexión (E1, S1, E2,
S2),
- un número par predeterminado (Np) de pares de
contactos separables (11, 12) que incorporan dos contactos
conectados eléctricamente con dichos bornes de conexión,
- un número de cámaras de corte (14, 15) igual a
dicho número par predeterminado (Np), estando asociada cada cámara
de corte a un par de contactos separables distinto, estando provista
cada cámara de corte de una cámara de formación de arco (41, 42), de
una cámara de extinción de arco (43, 44) y de imanes permanentes
(47, 48) que presentan una polaridad que permite la evacuación de un
arco eléctrico hacia dicha cámara de extinción de arco cuando la
corriente por la al menos una línea eléctrica circula en un sentido
predeterminado, siendo diferente dicho sentido predeterminado de
circulación de la corriente para una parte de las cámaras de
corte,
caracterizado porque dicho dispositivo
incorpora un número de mecanismos de disparo (27, 28) igual a dicho
número par predeterminado (Np), estando asociado cada mecanismo de
disparo a uno de dichos pares de contactos separables para separar
los contactos separables de dicho par como respuesta a un defecto
eléctrico en la al menos una línea eléctrica, estando vinculados
entre sí dichos mecanismos de disparo por un enlace mecánico (29)
que permite abrir simultáneamente dichos pares de contactos
separables.
2. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado por ser diferente el sentido predeterminado de
circulación de la corriente para una mitad de las cámaras de
corte.
3. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque dicho
dispositivo es de tipo modular y comprende un número de módulos (5,
7) igual a dicho número par predeterminado (Np), incorporando cada
módulo:
- uno de dichos pares de contactos separables
(11, 12),
- la cámara de corte (14, 15) asociada a dicho
par de contactos separables,
- el mecanismo de disparo (27, 28) asociado a
dicho par de contactos separables, y
- un borne de salida de alimentación (21, 23) y
un borne de entrada de alimentación (22, 24) respectivamente
conectados eléctricamente a uno y a otro de dichos contactos
separables.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque cada módulo (5, 7) va alojado en una
caja que comprende dos caras principales paralelas (9), hallándose
adosados entre sí dichos módulos por sus caras princi-
pales.
pales.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque cada par de contactos separables (101,
102) incorpora un contacto móvil (101) desplazable a lo largo de un
eje sensiblemente paralelo a las caras principales (9).
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque los contactos móviles (101) de cada par
de contactos separables (101, 102) van dispuestos todos ellos sobre
un mismo lado de dicho dispositivo.
7. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque la cámara de
formación de arco (41, 42) de cada cámara de corte queda delimitada
por una primera y una segunda valona (12, 13) que se extienden
paralelamente a las caras principales (9) de los módulos (5, 7),
hallándose dispuestos los imanes permanentes (47, 48) de dicha
cámara de corte detrás de al menos la primera valona (12) y
presentando estos una polaridad que permite generar un campo
magnético orientado según una dirección sensiblemente normal a
dichas caras principales.
8. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque dicho
dispositivo de corte (1; 230) se dedica al corte en una sola línea
eléctrica (3; 231), comprendiendo los bornes de conexión un primer
borne de salida de alimentación (E1) y un primer borne de entrada de
alimentación (S1) destinados a interconectarse en serie en dicha
línea eléctrica.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicho dispositivo comprende al menos dos
módulos (5, 7; 233, 234), el primer borne de salida de alimentación
(E1) es el borne de salida de alimentación de un primer módulo (5;
233) y el primer borne de entrada de alimentación (S1) es el borne
de entrada de alimentación de un segundo módulo (7; 234), estando
interconectado el borne de entrada de alimentación del primer módulo
con el borne de salida de alimentación del segundo módulo.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el primer borne de salida de
alimentación (E1) y el primer borne de entrada de alimentación (S1)
van dispuestos sobre un mismo lado y porque los imanes permanentes
de las cámaras de corte en el primer (5; 233) y el segundo módulo
(7; 234) presentan idénticas polaridades para generar campos
magnéticos orientados en un mismo sentido.
11. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicho dispositivo comprende cuatro
módulos (233-234), estando interconectado el borne
de entrada de alimentación (241) del primer módulo (233) con el
borne de salida de alimentación (242) de un tercer módulo (235),
estando interconectado el borne de entrada de alimentación (243) de
dicho tercer módulo con el borne de salida de alimentación (244) de
un cuarto módulo (236), estando interconectado el borne de entrada
de alimentación (245) de dicho cuarto módulo con el borne de salida
de alimentación (246) del segundo módulo (234).
12. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque dicho
dispositivo de corte (200; 210) se dedica al corte en dos líneas
eléctricas (201, 202; 211, 212) y porque los bornes de conexión
comprenden un primer borne de salida de alimentación (E1) y un
primer borne de entrada de alimentación (S1) destinados a
interconectarse en serie en una de dichas líneas (201; 211), así
como un segundo borne de salida de alimentación (E2) y un segundo
borne de entrada de alimentación (S2) destinados a interconectarse
en serie en la otra de dichas líneas (202, 212).
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque dicho dispositivo (200) comprende solo
dos módulos (205, 206), siendo el primer borne de salida de
alimentación (E1) y el primer borne de entrada de alimentación (S1)
los bornes de salida de alimentación y de entrada de alimentación de
un primer módulo (205), siendo el segundo borne de salida de
alimentación (E2) y el segundo borne de entrada de alimentación (S2)
los bornes de salida de alimentación y de entrada de alimentación de
un segundo módulo (206).
14. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque comprende cuatro módulos combinando dos
dispositivos de corte según una de las reivindicaciones 9 a 12,
correspondiendo el primer borne de salida de alimentación (E1) y el
primer borne de entrada de alimentación (S1) de uno de dichos
dispositivos respectivamente al segundo borne de salida de
alimentación (E2) y al segundo borne de entrada de alimentación
(S2).
15. Instalación de células fotovoltaicas (301;
302) que incorpora al menos un panel (311, 312, 313) sobre el que
van dispuestas dichas células, hallándose conectado dicho panel a
dos líneas eléctricas (331, 332; 341, 342) destinadas a suministrar
una energía eléctrica en forma de corriente continua,
caracterizada porque dicha instalación incorpora al menos un
dispositivo de corte (335, 345) según una de las reivindicaciones
precedentes incorporando al menos dos bornes de conexión
interconectados en dicha al menos una línea eléctrica.
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