ES2367936B2 - Aparato limitador de corriente de pico. - Google Patents

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Abstract

Aparato limitador de corriente de pico que comprende un elemento de disparo conectado en serie entre una fuente de suministro de potencia y la carga, y que desvía una corriente de fallo a otros caminos conectados en paralelo cuando se genera la corriente de fallo que supera un cierto umbral; un conmutador de contacto principal, conectado en serie entre el elemento de disparo y una carga; una bobina de excitación, conectada en paralelo con el elemento de disparo y que genera una fuerza de repulsión en respuesta a la corriente de fallo con el fin de abrir un punto de contacto del conmutador de contacto principal; y un elemento de impedancia de limitación de pico, que limita una primera magnitud de pico de la corriente de fallo que fluye a través de la bobina de excitación a una magnitud predeterminada.

Description

Aparato limitador de corriente de pico.
Referencia cruzada a solicitud relacionada
La presente Solicitud está basada en, y reivindica la prioridad de, la Solicitud coreana número 102008-011865, depositada el 5 de febrero de 2008, cuya divulgación se incorpora aquí como referencia en su totalidad.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a un aparato limitador de corriente de pico y, más particularmente, a un aparato limitador de corriente de pico capaz de limitar una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral, a fin de proteger con ello aparatos eléctricos conectados a sistemas eléctricos de potencia.
Exposición de la técnica relacionada
Un sistema eléctrico de potencia se monta, generalmente, con un limitador de corriente destinado a limitar una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral con el fin de protegerlo contra el quemado y los daños ocasionados por la corriente de fallo causada por accidentes tales como el impacto de un rayo, un fallo de derivación a tierra y un cortocircuito, así como con un disyuntor destinado a desacoplarse
o abrirse con el fin de evitar que la corriente de fallo pase a la carga.
El limitador de corriente sirve para limitar una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral, a fin de reducir a un mínimo los esfuerzos mecánicos, térmicos y eléctricos provocados por aparatos eléctricos de potencia tales como, por ejemplo, barras de buses, aislantes y disyuntores de circuito, y proteger los aparatos eléctricos frente a la corriente de fallo.
Por otra parte, un disyuntor de circuito conectado a un sistema eléctrico de potencia detecta una sobreintensidad o corriente excesiva que es mayor que un cierto valor de umbral, y corta o interrumpe la conexión con el sistema eléctrico de potencia de acuerdo con el control de un relé de corriente excesiva, que genera una señal de corte y evita, de esta forma, que la corriente excesiva fluya al interior del sistema eléctrico de potencia.
Al mismo tiempo, se requieren de3a5 periodos de la corriente de fallo en un disyuntor de circuito para cortar una intensidad excesiva que es mayor que un cierto valor de umbral, en respuesta al control desde un relé de corriente excesiva, lo que se debe al hecho de que se necesita un tiempo considerable para que el relé de intensidad excesiva detecte una corriente de fallo que supera un cierto valor de umbral.
Como resultado de ello, el relé de corriente excesiva puede adolecer de la desventaja de no ser capaz de detectar la corriente de fallo si el limitador de corriente se hace funcionar antes del instante en que se produce la corriente de fallo que supera el umbral, para limitar con ello la corriente de fallo que supera una magnitud predeterminada. Sumario de la invención
Un propósito de la presente invención consiste en proporcionar un aparato limitador de corriente de pico que sea capaz de limitar una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral tras un tiempo considerable, de tal modo que los aparatos eléctricos de potencia tales como un relé de sobre-intensidad o corriente excesiva y un disyuntor de circuito conectaactuar.
Otro aspecto de la presente invención consiste en proporcionar un aparato limitador de corriente de pico capaz de limitar una corriente de fallo por debajo de una corriente de corte o interrupción de cortocircuito nominal de un nivel o magnitud predeterminada, de tal modo que los aparatos eléctricos de potencia conectados a sistemas eléctricos de potencia no se quemen ni resulten dañados antes de que la corriente de fallo sea limitada cuando tiene lugar la superación de un cierto umbral por parte de la corriente de fallo.
Según un aspecto general de la presente invención, se proporciona un aparato limitador de corriente de pico que comprende: un elemento de disparo, conectado en serie entre una fuente de suministro de potencia y la carga y que desvía una corriente de fallo a otros caminos conectados en paralelo, cuando se genera la corriente de fallo que supera un cierto umbral; un conmutador de contacto principal, conectado en serie entre el elemento de disparo y la carga; una bobina de excitación, conectada en paralelo con el elemento de disparo y que genera una fuerza de repulsión en respuesta a la corriente de fallo con el fin de desacoplar o abrir un punto de contacto del conmutador de contacto principal; y un elemento de impedancia de limitación de pico, conectado en serie entre la bobina de excitación y un nodo de conexión entre el elemento de disparo y el conmutador de contacto principal, y que limita una primera magnitud de pico de la corriente de fallo que fluye a través de la bobina de excitación, a una magnitud predeterminada.
Implementaciones de este aspecto pueden incluir una o más de las siguientes características.
Según otro aspecto de la presente invención, el aparato limitador de corriente de pico puede comprender, adicionalmente, un primer conmutador operativo, conectado en paralelo a la bobina de excitación y que conduce la corriente de fallo al estar en contacto con un punto de contacto de la misma después de que se ha desacoplado el punto de contacto del conmutador de contacto principal.
Según otro aspecto de la presente invención, el aparato limitador de corriente de pico puede comprender, adicionalmente, un segundo conmutador operativo, conectado en paralelo con el elemento de impedancia de limitación de pico y que conduce la corriente de fallo limitada por el elemento de impedancia de limitación de pico al estar en contacto con un punto de contacto del segundo conmutador operativo después de que se ha desacoplado un punto de contacto del conmutador de contacto principal.
Según otro aspecto de la presente invención, alternativamente, el aparato limitador de corriente de pico puede comprender, adicionalmente, un segundo conmutador operativo, configurado para conducir una corriente de fallo limitada por el elemento de impedancia de pico al estar en contacto con un punto de contacto del segundo conmutador operativo después de que se haya cerrado o acoplado el punto de contacto del primer conmutador operativo.
Según otro aspecto de la presente invención, cada espacio de separación entre puntos de contacto del primer conmutador operativo y cada espacio de separación entre puntos de contacto del segundo conmutador operativo, es más pequeño que el del conmutador de contacto principal, a fin de permitir que cierre su contacto antes de que el punto de contacto del conmutador de contacto principal se desacople o abra completamente, de tal modo que el espacio de separación entre los puntos de contacto del primer conmutador operativo es más pequeño que el del segundo conmutador operativo.
La terminología “punto de corriente nula” de esta divulgación define un punto en el que un valor de la corriente llega a ser nulo o cero. Según otro aspecto de la presente invención, un arco generado desde el conmutador de punto de contacto principal por el desacoplo del punto de contacto, se extingue cuando la corriente de fallo llega a un punto de corriente nula inherente a un semiperíodo de la corriente de fallo, para el que el punto de contacto del conmutador de contacto principal queda completamente desacoplado
o abierto.
El aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención sirve para limitar una corriente de fallo tras un tiempo considerable, a fin de permitir que unos aparatos eléctricos de potencia conectados a un sistema eléctrico de potencia, en particular, un disyuntor de circuito, operen cuando se genera la corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral, y limitar los esfuerzos térmicos y mecánicos de los dispositivos eléctricos de potencia al limitar la corriente de fallo generada antes de la limitación de corriente por debajo de una corriente de interrupción de cortocircuito nominal de un valor predeterminado, de los aparatos eléctricos de potencia.
Como resultado de ello, un disyuntor de circuito es controlado por unas funciones de relé de sobre-intensidad o corriente excesiva. El disyuntor de circuito impide que una corriente de fallo que supera un cierto valor de umbral circule hacia la carga, al detectarse la corriente de fallo que supera el valor de umbral, de tal modo que la corriente de fallo detectada por el disyuntor de circuito es la corriente limitada por debajo de la corriente de interrupción de cortocircuito nominal, y los dispositivos eléctricos de potencia que incluyen el disyuntor de circuito pueden funcionar sin resultar dañados ni térmica ni mecánicamente, de tal modo que existe el efecto ventajoso de prolongar la vida útil de los aparatos eléctricos de potencia.
Es decir, el aparato limitador de corriente de pico puede proteger el sistema y los aparatos eléctricos de potencia al interactuar con los aparatos eléctricos de potencia conectados al sistema eléctrico de potencia. Breve descripción de los dibujos
Los dibujos que se acompañan, los cuales se incluyen para proporcionar una comprensión adicional de la invención y se incorporan aquí como parte constitutiva de esta Solicitud, ilustran una realización (realizaciones) de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar el principio de la invención. En los dibujos:
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la construcción o estructura de un aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 2 es un dibujo esquemático que ilustra una construcción detallada de un módulo integral de conmutación de alta velocidad de la Figura 1;
La Figura 3a es un gráfico que ilustra una transición de una corriente de fallo en función del tiempo, cuando se genera la corriente de fallo de la Figura 1;
La Figura 3b es un gráfico que ilustra una transición detallada de la Figura 3a.
Descripción detallada de la invención
En lo que sigue, se describen en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos que se acompañan. Se han omitido descripciones detalladas de las funciones, configuraciones o construcciones bien conocidas en aras de la brevedad y de la claridad, de manera que no se oscurezca la descripción de la presente invención con un detalle innecesario. La terminología que aquí se utiliza tan sólo tiene el propósito de describir realizaciones concretas y no se pretende que sea limitativa de la invención. Tal y como se utilizan aquí, las formas singulares “un”, “una” y “el” o “la” tienen la intención de incluir también las formas plurales, a menos que el contexto lo indique claramente de otro modo.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura o construcción de un aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con una realización de la presente invención, y la Figura 2 es un dibujo esquemático que ilustra una construcción detallada de un módulo integral de conmutación de alta velocidad que se muestra en la Figura 1.
Haciendo referencia a la Figura 1, un camino en el que la potencia procedente de una fuente 100 de suministro de potencia es suministrada a una carga 160, se forma al conectar la fuente 100 de potencia eléctrica a la carga 160 por medio de una línea o conducción de potencia eléctrica (“Zlínea”. 105). La conducción 105 de potencia eléctrica tiene un valor de impedancia predeterminado para optimizar una característica de transferencia de potencia eléctrica. El camino puede haberse dispuesto en un número variable, y cada camino estar conectado a diversos aparatos eléctricos de potencia con el fin de suministrar una potencia eléctrica estable.
Para ser más concretos, el conmutador 121 de punto de contacto principal, que está en contacto con el elemento de disparo 110, se conecta en serie en el camino de suministro (a) de la fuente de potencia. El conmutador 121 de punto de contacto principal incluye un punto de contacto. El punto de contacto está acoplado recíprocamente en situación normal. Es decir, el conmutador 121 de punto de contacto y el elemento de disparo 110 están conectados en serie entre la conducción 105 de potencia eléctrica y la carga. En el caso de que fluya una corriente normal por el camino de suministro de la fuente de potencia, la corriente normal puede fluir a la carga 160 a través del elemento de disparo 110 y del conmutador 121 de punto de contacto principal. Por otra parte, una bobina de excitación 123 y un elemento de impedancia 130 de limitación de pico están conectados en serie en un primer camino de derivación (c) conectado en paralelo con el camino de suministro (a) de fuente de potencia. Es decir, la bobina de excitación 123 y el elemento de impedancia 130 de limitación de pico se encuentran conectados al elemento de disparo en paralelo. En el caso de que se genere una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral, la corriente de fallo, desviada por el elemento de disparo 110, puede fluir a la bobina de excitación 123 y al elemento de impedancia 130 de limitación de pico.
Por otra parte, un primer conmutador operativo 125 y un segundo conmutador operativo 127 están conectados en serie en un segundo camino de derivación
(e) conectado en paralelo al primer camino de derivación (c). Si un punto de contacto del primer conmutador operativo 125 y un punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se ponen en contacto, la corriente de fallo fluye a través de los primer y segundo conmutadores operativos 125 y 127 para proteger los aparatos eléctricos conectados a cada camino. Además, una carga 140 limitadora de corriente, destinada a limitar la corriente de fallo, se encuentra en paralelo con el conmutador de contacto principal en el camino (h) limitador de corriente. Se ha formado un tercer camino de derivación (f) al conectar el primer conmutador operativo 125 del segundo camino de derivación (e), un nodo de conexión del segundo conmutador operativo 127, una bobina de excitación 123 del primer camino de derivación (c) y un nodo de conexión del dispositivo de impedancia 130 de limitación de pico.
Es decir, el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención puede incluir una pluralidad de caminos de derivación que incluyen un camino de suministro de fuente de potencia, de tal modo que el camino de suministro de fuente de potencia constituye una ruta principal para suministrar de forma estable la potencia de la fuente de suministro de potencia a la carga cuando fluye una corriente normal, y la pluralidad de caminos de derivación constituyen rutas por las que fluye la corriente de fallo cuando se genera una corriente de fallo que supera el valor de umbral, y el camino limitador de corriente es una ruta destinada a limitar la corriente de fallo. La descripción detallada de los mismos se dará más adelante.
Cuando se genera una corriente de fallo que supera el valor de umbral mientras una potencia suministrada desde la fuente 100 de suministro de potencia eléctrica es aportada a la carga 160 sin pérdidas, en un estado de baja impedancia, durante un funcionamiento normal, el elemento de disparo 110 se hace pasar a un estado de alta impedancia para desviar la corriente de fallo que supera el umbral hacia el primer camino de derivación (c). Es decir, el elemento de disparo 110 lleva a cabo la conducción de la corriente en un estado de baja impedancia durante un funcionamiento normal, pero puede hacerse pasar del estado de baja impedancia a un estado de alta impedancia con el fin de desviar la corriente de fallo hacia el primer camino de derivación (c) cuando se produce un accidente.
El elemento de disparo 110 puede ser un superconductor, una PTCR (resistencia de coeficiente de temperatura positivo -“Positive Temperature Coefficient Resistor”) o un metal líquido. Preferiblemente, el elemento de disparo 110 se hace pasar a un estado de alta impedancia al menos dentro de un cuarto de un periodo de una corriente de fallo cuando se genera una corriente de fallo que supera un cierto valor de umbral.
Haciendo referencia a la Figura 2, el módulo integral de conmutación de alta velocidad puede incluir un conmutador 121 de punto de contacto principal, una bobina de excitación 123, un primer conmutador operativo 125 y un segundo conmutador operativo 127. Haciendo referencia a una configuración en la que fluye una corriente normal, la bobina de excitación 123 contacta a tope con una superficie inferior de una placa repulsiva 124, y un árbol 122 está acoplado de forma prolongable con unas partes laterales inferiores de la placa repulsiva 124. Un extremo del árbol 122 está conectado a un punto de contacto 1211 del conmutador 121 de punto de contacto principal, cuyo punto de contacto está en contacto en situación normal. Una superficie superior de la placa repulsiva 124 se lleva a contacto con un punto de contacto 125-2, 127-2 de los primer y segundo conmutadores operativos 125 y 127.
A continuación, cuando el elemento de disparo 110 permite que una corriente de fallo que supera un cierto valor de umbral fluya hacia la bobina de excitación 123, la bobina de excitación 123 genera una fuerza de repulsión, y la placa repulsiva 124 es desplazada hacia arriba por la fuerza de repulsión. Como resultado de ello, el punto de contacto 121-1 del conmutador 121 de punto de contacto principal es desplazado hacia arriba, conjuntamente con el árbol 122, para ser desacoplado del otro punto de contacto 1212 del conmutador 121 de punto de contacto principal, fijado. Los puntos de contacto 125-2, 127-2 de los primer y segundo conmutadores operativos 125, 127 se ponen en contacto con los otros puntos de contacto 125-1, 127-1 de los primer y segundo conmutadores operativos 125, 127.
A continuación, haciendo referencia a cada elemento del módulo integral de conmutación de alta velocidad 120, la bobina de excitación 123 está conectada al primer camino de derivación (c), conectado en paralelo al elemento de disparo 110 con el fin de generar una fuerza de repulsión en el caso de que fluya una corriente de fallo mayor que un valor de umbral, desviada por el elemento de disparo 110.
El conmutador 121 de punto de contacto principal está conectado en serie al elemento de disparo 110 con el fin de conducir una corriente normal cuando el punto de contacto del mismo se hace cerrar su contacto, pero genera un arco a medida que el punto de contacto conectado es desacoplado por la fuerza de repulsión mayor que un cierto valor de umbral, generada por la bobina de excitación 123. Se forma un camino de conducción por el arco entre los puntos de contacto del conmutador de punto de contacto principal.
A continuación se realizará al respecto una descripción más detallada. Cuando una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral fluye por la bobina de excitación 123 del módulo integral 120 de conmutación de alta velocidad, se induce una corriente de Foucault o parásita para la generación de una fuerza eléctrica repulsiva, por lo que el punto de contacto en conexión del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado por la placa repulsiva 124, que se desplaza hacia arriba. Es decir, uno de entre el punto de contacto 121-1 del conmutador 121 de punto de contacto principal, conectado a través del árbol 122, y la placa repulsiva 124, que constituye unos medios de interacción, es desplazado hacia arriba conjuntamente con la placa repulsiva 124 de movimiento hacia arriba, por lo que el punto de contacto en conexión del conmutador 121 de punto de contacto principal genera un arco cuando comienza a desacoplarse el punto de contacto en conexión.
El arco generado por el conmutador 121 de punto de contacto principal es extinguido cuando llega a un punto de corriente nula inherente a un semiperíodo de la corriente de fallo, y el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal queda completamente desacoplado.
El punto de contacto desacoplado del primer conmutador operativo 125 cierra el contacto cuando el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado, y el espacio de separación entre el punto de contacto desacoplado del conmutador 121 de punto de contacto principal alcanza un primer espacio de separación predeterminado. El punto de contacto desacoplado del segundo conmutador operativo 127 cierra el contacto cuando el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal se desacopla, y el espacio de separación entre el punto de contacto desacoplado del conmutador 121 de punto de contacto principal alcanza un segundo espacio de separación predeterminado.
En este instante, cada espacio de separación entre los puntos de contacto de los primer y segundo conmutadores operativos 125 y 127 es más pequeño que el del conmutador 121 de punto de contacto principal. El punto de contacto del primer conmutador operativo 125 cierra el contacto antes de que el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal se haya desacoplado por completo. El punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 cierra el contacto después de que el punto de contacto del primer conmutador operativo 125 haya cerrado su contacto. El espacio de separación entre los puntos de contacto del primer conmutador operativo 125 puede ser más pequeño que el del segundo conmutador operativo 127.
Como resultado de ello, el primer conmutador operativo 125 puede proteger la bobina de excitación 123 de daños térmicos, al no permitir que la corriente de fallo fluya únicamente al interior de la bobina de excitación. Es decir, la mayor parte de la corriente de fallo fluye al interior de la bobina de excitación, pero una parte predeterminada de la corriente de fallo es desviada al primer conmutador operativo 125 cuando el punto de contacto del primen conmutador operativo 125 se lleva a cerrar su contacto. El primer conmutador operativo 125 protege la bobina de excitación frente a daños y limita la generación de una fuerza de repulsión excesiva entre las placas repulsivas 124, por lo que puede evitarse que el módulo integral 120 de conmutación de alta velocidad sufra daños.
El punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se hace cerrar su contacto a continuación de un primer valor de pico de la corriente de fallo mayor que un valor de umbral. Es decir, después de que se haya limitado un valor predeterminado de la corriente de fallo por el elemento de impedancia 130 de limitación de pico, el punto de contacto del segundo conmutador operativo 125 se hace cerrar su contacto de inmediato. El tiempo de conducción durante el que la corriente de fallo fluye al interior del elemento de impedancia 130 de limitación de pico, puede ser reducido con el fin de permitir el diseño de un dispositivo de impedancia de limitación de pico que tenga una capacidad térmica menor.
Cuando el punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se lleva a cerrar su contacto, casi todas las corrientes de fallo son desviadas hacia el segundo camino de derivación (e), por lo que puede evitarse el esfuerzo térmico que puede generarse desde cada elemento, incluyendo el elemento de disparo, por la corriente de fallo.
Brevemente, la disposición del módulo integral 120 de conmutación de alta velocidad hace posible evitar que la corriente de fallo desviada por el elemento de disparo 110 dañe cada elemento, de tal modo que se limita la corriente de fallo desviada.
El elemento de impedancia 130 de limitación de pico, que constituye una PCL (carga de control de pico -“Peak Control Load”) que limita la corriente de fallo a un nivel predeterminado, está conectado en serie con la bobina de excitación 123. El elemento de impedancia 130 de limitación de pico establece un límite en una magnitud predeterminada de la corriente de fallo que fluye a través de la bobina de excitación 123, ó de la corriente de fallo que fluye a través del tercer camino de derivación (f), por el primer conmutador operativo 125.
A continuación, se describirán en detalle las funciones del elemento de impedancia 130 de limitación de pico. El sistema eléctrico de potencia está conectado a aparatos eléctricos de potencia tales como, por ejemplo, un disyuntor de circuito, un conmutador, un transformador y un fusible de potencia. Los aparatos eléctricos de potencia se han definido con una corriente de interrupción de cortocircuito nominal. Una corriente de fallo mayor que la corriente de interrupción de cortocircuito nominal puede, al fluir por el aparato, traer consigo funcionamientos defectuosos provocados por daños térmicos o mecánicos en el aparato con lo que se acortará su vida útil. El elemento de impedancia 130 de limitación de pico se utiliza para limitar la corriente de fallo que fluye por el aparato eléctrico de potencia a una magnitud que sea más baja que la corriente de interrupción de cortocircuito nominal del aparato eléctrico de potencia, cuando se produce una corriente de fallo.
Preferiblemente, el elemento de impedancia 130 de limitación de pico se ajusta en un valor de impedancia bajo de entre 1 y 100 mΩ con el fin de limitar una corriente de fallo máxima dentro de un margen que no cause problemas en la resistencia mecánica de aparatos eléctricos de potencia tales como un disyuntor de circuito previamente instalado. La razón de limitar la corriente de fallo máxima dentro de este margen es que el elemento de disparo 110, conectado en paralelo, se encuentra en un estado de impedancia baja cuando fluye una corriente normal, y si el valor de la impedancia es demasiado elevado, puede producirse una caída de tensión muy grande a través del elemento de disparo 110.
Existe una CLL (carga de limitación de corriente -“Current Limiting Load”) conectada al camino (h) limitador de corriente, que está conectado en paralelo con el conmutador 121 de punto de contacto principal. Cuando el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado y el arco generado se extingue, la CLL limita la corriente de fallo que fluye a través de los primer y segundo conmutadores operativos 125, 127.
Un disyuntor 150 de circuito interrumpe o corta la conexión con la carga 160 en respuesta a una señal de corte generada por un relé de sobre-intensidad o corriente excesiva (no mostrado), cuando fluye una corriente de fallo que supera un cierto valor de umbral. El relé de corriente excesiva está conectado al sistema eléctrico de potencia a fin de detectar la corriente de fallo mayor que el valor de umbral, y genera una señal de corte para proteger la carga 160 frente a la corriente de fallo.
A continuación, se describirá en detalle el funcionamiento del aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención, en términos de caminos (caminos a-j).
El elemento de disparo 110 situado en el camino a se encuentra en el estado de baja impedancia cuando fluye una corriente normal, y la corriente normal fluye hacia la carga 160 por el camino i, a través del conmutador 121 de punto de contacto principal, puesto en contacto con el punto de contacto del camino b, una vez pasado el camino b, pasando por el camino a, sin generar ninguna pérdida.
Al mismo tiempo, cuando una corriente de fallo mayor que un cierto valor de umbral es generada por un accidente tal como la caída de un rayo, un fallo de derivación a tierra o un cortocircuito, el elemento de disparo 110 se hace pasar a un estado de alta impedancia que genera un elevado valor de resistencia con el fin de hacer que la corriente de fallo sea desviada hasta el camino c.
La corriente de fallo llega a fluir por la bobina de excitación 123 del camino c antes de que el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal sea desacoplado tanto como el primer espacio de separación predeterminado, a partir del instante en que se produce la corriente de fallo. La bobina de excitación 123 llega a generar una fuerza de repulsión en respuesta a la corriente de fallo, y el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado por la fuerza de repulsión para generar un arco. Se forma un camino de conducción por el arco que ha sido generado por el conmutador 121 de punto de contacto principal.
Cuando el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado de tal modo que se abre tanto como el primer espacio de separación predeterminado, el punto de contacto del primer conmutador operativo 125 se hace cerrar el contacto, y la mayor parte de la corriente de fallo que fluye hacia la bobina de excitación 123, es parcialmente desviada al interior del primer conmutador operativo 125 por el camino c. El primer espacio de separación predeterminado puede ajustarse de tal modo que permita que el punto de contacto del primer conmutador operativo 125 se lleva a cerrar su contacto entre el instante en que la corriente de fallo se ha generado y el instante en que se produce un primer valor de pico de la corriente de fallo.
En otras palabras, la corriente de fallo puede fluir al elemento de impedancia 130 de limitación de pico situado en el camino d a través de la bobina de excitación 123 situada en el camino d, o al elemento de impedancia 130 de limitación de pico situado en el camino d desde el camino f, a través del primer conmutador operativo 125 situado en el camino e. El primer valor de pico de la corriente de fallo se ve limitado a un valor predeterminado por el elemento de impedancia 130 de limitación de pico. La corriente de fallo, limitada hasta ser un valor predeterminado, fluye hacia el camino i a través del camino de conducción generado por el arco creado por el conmutador 121 de punto de contacto principal, situado en el camino b.
Cuando el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal alcanza un segundo espacio de separación predeterminado, después de que el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal se ha desacoplado o abierto tanto como el primer espacio de separación predeterminado, el punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se lleva a cerrar el contacto, y la mayor parte de la corriente de fallo es introducida en el camino e, que tiene un valor de impedancia bajo, y fluye hacia el camino i a través del conmutador 121 de punto de contacto principal, dispuesto en el camino b, a través del segundo conmutador operativo 127, dispuesto en el camino g, y hasta pasar por el primer conmutador operativo 125. El segundo espacio de separación puede ajustarse de tal modo que permita que el punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se haga cerrar el contacto a continuación del primer valor de pico de la corriente de fallo.
Con ello, el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal queda completamente desacoplado o abierto y, cuando llega a un punto de corriente nula inherente a un semiperíodo de la corriente de fallo, el arco generado por el conmutador 121 de punto de contacto principal queda completamente extinguido. A continuación, la corriente de fallo pasa por el primer conmutador operativo 125, situado en el camino e, y por el segundo conmutador operativo 127, situado en el camino g, y se limita a través de la carga 140 de limitación de corriente situada en el camino h, para fluir por el camino i.
Como es evidente por lo anterior, el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención puede evitar daños térmicos o mecánicos en los aparatos eléctricos de potencia conectados al terminal posterior del sistema eléctrico de potencia, debido a que el primer valor de pico de la corriente de fallo queda limitado por debajo del valor predeterminado.
Los funcionamientos anteriormente mencionados se describirán con referencia a las Figuras 3a y 3b.
La Figura 3a muestra una corriente de fallo A mayor que un cierto valor de umbral, que tiene un primer valor de pico muy grande. Cuando el primer valor de pico fluye a través de los aparatos eléctricos de potencia (por ejemplo, una barra de bus, un aislante y un disyuntor de circuito), una corriente que supera la corriente de interrupción de cortocircuito nominal, fluye ocasionando daños térmicos o mecánicos en los aparatos. Generalmente, el primer valor de pico de la corriente de fallo es el más grande, y los valores de pico de la corriente de fallo que se producen después decrecen gradualmente. Generalmente, los valores de pico de la corriente de fallo que se producen después no infligen, por lo común, daños térmicos ni mecánicos en los aparatos eléctricos de potencia situados en el terminal posterior del sistema eléctrico de potencia. En consecuencia, el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención se refiere a un aparato para limitar el primer valor de pico de la corriente de fallo.
El aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención puede limitar el primer valor de pico la corriente de fallo A utilizando una corriente de fallo B que se encuentra dentro de un valor nominal de la corriente de interrupción de cortocircuito de los aparatos eléctricos de potencia conectados al terminal posterior del sistema eléctrico de potencia. Por otra parte, el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención limita en corriente la corriente de fallo pasado el punto de corriente nula inherente a un semiperíodo del primer periodo de la corriente de fallo B.
El aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención hace posible que los aparatos eléctricos de potencia resulten dañados ni térmica ni mecánicamente, debido al hecho de que el primer valor de pico de la corriente de fallo puede ser limitado de modo que esté dentro de un valor nominal de la corriente de interrupción de cortocircuito de los aparatos conectados al terminal posterior del sistema eléctrico de potencia.
La presente invención puede hacer posible que los aparatos se puedan utilizar sin ser sustituidos, a fin de obtener, así, un beneficio económico incluso si se incrementan las tensiones de transmisión/distribución utilizadas.
Por ejemplo, los aparatos eléctricos de potencia que se conectan al terminal posterior del aparato limitador de corriente de pico, tienen, por lo común, un valor nominal de corriente de interrupción de cortocircuito que es adecuado para el estándar de 154 kV. Si la tensión utilizada se cambia a 345 kV, resulta esencial reemplazar los aparatos debido a que los aparatos tienen un valor nominal de corriente de interrupción de cortocircuito que es menor que el estándar de tensión modificado. Sin embargo, el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención es capaz de limitar el primer valor de pico de la corriente de fallo generado desde los 345 kV a un valor comprendido dentro de la corriente de interrupción de cortocircuito nominal de los aparatos (la corriente de interrupción de cortocircuito nominal se ha establecido basándose en los 154 kV). En consecuencia, existe una ventaja en el hecho de que, incluso si se modifica la tensión utilizada, los aparatos existentes pueden no tener que ser reemplazados y utilizarse con la tensión modificada, cuando se emplea el aparato limitador de corriente de pico de acuerdo con la presente invención.
A continuación, haciendo referencia a la Figura 3b, el instante en que la corriente de fallo es mayor que un cierto valor de umbral es el punto p1, el instante en que la corriente de fallo es desviada por el elemento de disparo 130 viene dado por el punto p2, y el instante en que se genera un arco por el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal, al ser éste desacoplado por la fuerza de repulsión generada desde la bobina de excitación 123, es el punto p3.
Por otra parte, el instante en que el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado o abierto para alcanzar un primer espacio de separación predeterminado y para permitir que el punto de contacto del primer conmutador operativo 125 se lleve a cerrar su contacto, es p4, y el instante en que el punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal alcanza el segundo espacio de separación predeterminado para permitir que el punto de contacto del segundo conmutador operativo 127 se lleve a cerrar su contacto, viene dado por p5.
El punto de contacto del conmutador 121 de punto de contacto principal es desacoplado por completo, y el instante en que un arco se extingue es p6. El arco es generado por el conmutador 121 de punto de contacto principal. Cuando se llega a un punto de corriente nula inherente a un semiperíodo de la corriente de fallo, el arco se extingue.
Las referencias a, b, situadas más allá del punto correspondiente al instante p2, definen, respectivamente, una corriente de fallo remanente en el elemento de disparo situado en el camino a, y una corriente de arco generada desde el conmutador de punto de contacto principal, situado en el camino b, y Varc define una tensión de arco generada desde el conmutador 121 de punto de contacto principal. La corriente de arco se hace casi nula al pasar por el punto correspondiente al instante p5, al entrar en contacto con el punto de contacto del segundo conmutador operativo
127. Se comprende que casi la totalidad de la corriente de fallo puede fluir hacia el paso en derivación que tiene el valor de impedancia menor.
Si bien la presente invención se ha descrito aquí con referencia a realizaciones ilustrativas de aplicaciones particulares, debe comprenderse que la invención no está limitada a las mismas. Las personas que tienen conocimientos ordinarios en la técnica y acceso a las enseñanzas que aquí se proporcionan, concebirán modificaciones, aplicaciones y realizaciones adicionales dentro del ámbito de la misma y en campos adicionales en los que la presente invención será de significativa utilidad.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    produce una corriente de fallo que es mayor que un
    1. Un aparato limitador de corriente de pico, que comprende:
    un elemento de disparo (110), conectado en serie entre una fuente de suministro de potencia (100) y una carga (160) y que desvía una corriente de fallo a otros caminos conectados en paralelo cuando se genera la corriente de fallo que supera un cierto umbral;
    un conmutador de contacto principal (121) conectado en serie entre el elemento de disparo (110) y la carga (160);
    una bobina de excitación (123) conectada en paralelo con el elemento de disparo (110) y que genera una fuerza de repulsión en respuesta a la corriente de fallo con el fin de desacoplar o abrir un punto de contacto del conmutador de contacto principal (121); y
    un elemento de impedancia de limitación de pico (130), conectado en serie entre la bobina de excitación (123) y un nodo de conexión entre el elemento de disparo (110) y el conmutador de contacto principal (121), y que limita una primera magnitud de pico de la corriente de fallo que fluye a través de la bobina de excitación (123) a una magnitud predeterminada,
    un primer conmutador operativo (125) conectado en paralelo a la bobina de excitación (123) y que conduce la corriente de fallo al estar en contacto con un punto de contacto de la misma después de que se ha desacoplado el punto de contacto del conmutador de contacto principal (121); y
    un segundo conmutador operativo (127) conectado en paralelo con el elemento de impedancia de limitación de pico (130) y que conduce la corriente de fallo limitada por el elemento de impedancia de limitación de pico (130) al estar en contacto con un punto de contacto del segundo conmutador operativo (127) después de que se ha desacoplado o abierto un punto de contacto del conmutador de contacto principal (121).
  2. 2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el elemento de disparo (110) desvía la corriente de fallo a otros caminos conectados en paralelo, al aumentar un valor de impedancia cuando se cierto valor de umbral.
  3. 3.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el elemento de disparo (110) está hecho de al menos uno de entre un superconductor, una PTCR (resistencia de coeficiente de temperatura positivo) y un metal líquido.
  4. 4.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el elemento de impedancia de limitación de pico (130) tiene un valor de impedancia de entre 1 y 100 mΩ.
  5. 5.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye adicionalmente una carga de limitación de corriente (140) conectada en paralelo con el conmutador de contacto principal (121) y destinada a limitar en corriente una corriente de fallo conducida por un segundo conmutador operativo (127) cuando el punto de contacto del conmutador de contacto principal (121) está completamente desacoplado o abierto.
  6. 6.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el punto de contacto del segundo conmutador operativo (127) se hace cerrar su contacto después del valor de pico de la corriente de fallo.
  7. 7.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual cada espacio de separación entre puntos de contacto del primer conmutador operativo (125) y cada espacio de separación entre puntos de contacto del segundo conmutador operativo (127) es más pequeño que el del conmutador de contacto principal (121) a fin de permitir que cierre su contacto antes de que el punto de contacto del conmutador de contacto principal (121) se desacople o abra completamente, de tal modo que el espacio de separación entre los puntos de contacto del primer conmutador operativo (125) es más pequeño que el del segundo conmutador operativo (127).
  8. 8.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual un arco generado desde el conmutador de contacto principal (121), al desacoplarse o abrirse el punto de contacto, se extingue cuando la corriente de fallo llega a un punto de corriente nula inherente a un semiperíodo de la corriente de fallo, en el cual el punto de contacto del conmutador de contacto principal
    (121) es completamente desacoplado o abierto.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200900309
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 04.02.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H02H9/02 (2006.01) H01H79/00 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    KR 100780706 B1 (LS IND SYSTEMS CO LTD) 30.11.2007, todo el documento. 1-8
    A
    KR 1020080007911 A (LS INDUSTRIAL SYSTEMS CO., LTD) 23.01.2008, Base de Datos Korean Patent Abstracts. resumen; figura. 1-8
    A
    EP 0806781 A1 (SCHNEIDER ELECTRIC SA) 12.11.1997, todo el documento. 1-8
    A
    KEPRI et al. Superconductor Week, vol. 21, Nº 7. 1-8
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 20.10.2011
    Examinador M. P. López Sábater Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200900309
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H02H, H01H Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, IEEE
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200900309
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.10.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200900309
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    KR 100780706 B1 (LS IND SYSTEMS CO LTD) 30.11.2007
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    Reivindicación 1:
    En esta primera reivindicación se enumeran los elementos de varios caminos de derivación y limitación de la corriente de fallo de un aparato limitador de corriente de pico. Gracias a estos caminos que van entrando en funcionamiento según las condiciones de trabajo, se resuelve el problema técnico de alimentar una carga incluso en caso de corrientes excesivas y sin que ésta resulte dañada. Otros documentos del estado de la técnica han propuesto la entrada en funcionamiento de caminos adicionales de alimentación/limitación a la carga en caso de fallo e incluso han hecho uso, como en el aparato de esta primera reivindicación, de un elemento superconductor cuya impedancia crece con la corriente que lo atraviesa. Por ejemplo, el limitador de corriente de avería de D01 comprende una primera reactancia que tiene una primera impedancia que es menor que una impedancia del superconductor cuando una mayor corriente circula sobre la línea de potencia, y está conectada en paralelo con el superconductor. Cuando una corriente mayor circula por la línea de potencia, la primera reactancia sirve como una trayectoria derivada para la corriente que circula a través del superconductor y el primer conmutador de este limitador, y es magnetizado por la circulación de corriente a través de la trayectoria derivada conmutando por tanto el primer conmutador para que abra. Sin embargo, a pesar de que la solución técnica es parecida a la del documento base, éste cuenta con elementos de limitación de corriente adicionales a los de D01 y propone caminos distintos para la corriente y, por lo tanto, esta primera reivindicación es nueva e implica actividad inventiva.
    Reivindicaciones 2 a 8:
    Dado que estas reivindicaciones dependen de la primera, que es nueva, también ellas serán nuevas e inventivas.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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