ES2420531T3 - Hybrid circuit breaker - Google Patents
Hybrid circuit breaker Download PDFInfo
- Publication number
- ES2420531T3 ES2420531T3 ES09781805T ES09781805T ES2420531T3 ES 2420531 T3 ES2420531 T3 ES 2420531T3 ES 09781805 T ES09781805 T ES 09781805T ES 09781805 T ES09781805 T ES 09781805T ES 2420531 T3 ES2420531 T3 ES 2420531T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- circuit breaker
- breaker
- semiconductor
- contacts
- cam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
- H01H71/10—Operating or release mechanisms
- H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
- H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
- H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
- H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
- H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
- H01H1/20—Bridging contacts
- H01H1/2041—Rotating bridge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
- H01H71/10—Operating or release mechanisms
- H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
- H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
- H01H2071/124—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit with a hybrid structure, the solid state trip device being combined with a thermal or a electromagnetic trip
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
- H01H9/547—Combinations of mechanical switches and static switches, the latter being controlled by the former
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
Un disyuntor híbrido que interrumpe las corrientes de falta que comprende: - un interruptor mecánico (31) a través del cual pasa una corriente normal, estando dispuesto el interruptormecánico para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo; y - un dispositivo disyuntor (32) de semiconductores al cual se conmuta una corriente de fallo, estando dispuesto eldispositivo disyuntor de semiconductores para interrumpir dicha corriente de fallo,caracterizado por que - el interruptor mecánico tiene una leva (33) del ruptor con dos contactos (33a-b) que se apoyan en los contactosestacionarios (34a-b) de un circuito cuando se cierra, siendo giratoria la leva del ruptor giratoria en torno a un eje35 de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionariosde forma que se abra el interruptor mecánico; - los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias (x1, x2) del eje de rotación de forma quelas separaciones (z1,z2) entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios sondiferentes cuando se abre el interruptor mecánico; y - el dispositivo disyuntor de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto (33b) de la leva del ruptor ydel contacto estacionario (34b), el cual se separa al máximo cuando se abre el interruptor mecánico.A hybrid circuit breaker that interrupts the fault currents comprising: - a mechanical switch (31) through which a normal current passes, the mechanical switch being arranged to open in case of being exposed to a fault current; and - a semiconductor breaker device (32) to which a fault current is switched, the semiconductor breaker device being arranged to interrupt said fault current, characterized in that - the mechanical switch has a cam (33) of the breaker with two contacts (33a-b) that rely on the seasonal contacts (34a-b) of a circuit when it is closed, the rotary switch cam being rotatable around a rotation axis35 to allow the two contacts of the breaker cam to withdraw of the stationary contacts so that the mechanical switch opens; - the two contacts of the cam of the breaker are located at different distances (x1, x2) from the axis of rotation so that the separations (z1, z2) between the two contacts of the cam of the breaker and the two stationary contacts are different when opened the mechanical switch; and - the semiconductor circuit breaker device is connected in parallel with the contact (33b) of the cam of the breaker and of the stationary contact (34b), which separates to the maximum when the mechanical switch is opened.
Description
Disyuntor híbrido Hybrid circuit breaker
Campo técnico de la invención Technical Field of the Invention
La presente invención está relacionada generalmente con disyuntores híbridos. The present invention is generally related to hybrid circuit breakers.
Descripción de la técnica relacionada y antecedentes de la invención Description of the related art and background of the invention
Para superar las desventajas más graves de los disyuntores de estado sólido se han propuesto diversos disyuntores híbridos. El disyuntor híbrido es una combinación de un disyuntor mecánico convencional y un disyuntor de estado sólido. En funcionamiento nominal la corriente fluye a través del disyuntor mecánico y se usa únicamente el disyuntor de estado sólido durante las averías. Como en el caso de los disyuntores de estado sólido, se pueden usar interruptores unidireccionales y bidireccionales dependiendo de los requisitos de la aplicación. To overcome the most serious disadvantages of solid state circuit breakers, various hybrid circuit breakers have been proposed. The hybrid circuit breaker is a combination of a conventional mechanical circuit breaker and a solid state circuit breaker. In nominal operation the current flows through the mechanical circuit breaker and only the solid state circuit breaker is used during breakdowns. As in the case of solid state circuit breakers, unidirectional and bidirectional switches can be used depending on the requirements of the application.
En las Figuras 1a-c se muestra en los diagramas esquemáticos del circuito un disyuntor híbrido bidireccional que incluye un disyuntor mecánico convencional 11 y un disyuntor 12 de estado sólido durante diferentes etapas de funcionamiento. A two-way hybrid circuit breaker including a conventional mechanical circuit breaker 11 and a solid state circuit breaker 12 during different stages of operation are shown in the schematic diagrams of the circuit.
Durante una avería de polo a polo la corriente fluye a través del disyuntor mecánico 11. En un instante de tiempo se abre el disyuntor mecánico 11 y se conecta el disyuntor 12 de estado sólido. Según se abre el disyuntor mecánico 11 se inicia un arco a través del disyuntor mecánico 11 y si la tensión del arco es suficiente, el disyuntor híbrido conmutará la corriente de fallo al disyuntor 12 de estado sólido según se ilustra en la Figura 1a. Después de la conmutación de la corriente y la extinción del arco, la corriente de fallo fluye a través del disyuntor 12 de estado sólido según se ilustra en la Figura 1b. Para evitar la re-ignición del arco, el tiempo de conducción debe ser lo suficientemente largo para permitir que se enfríe la distancia entre contactos en el disyuntor mecánico 11 para evitar la re-ignición. Cuando el disyuntor 12 de estado sólido se desconecta, la energía almacenada en la inductancia de bucle se absorbe con el elemento de protección de sobretensión según se ilustra en la Figura 1c. During a pole-to-pole fault the current flows through the mechanical circuit breaker 11. In a moment of time the mechanical circuit breaker 11 is opened and the solid state circuit breaker 12 is connected. As the mechanical circuit breaker 11 is opened, an arc is initiated through the mechanical circuit breaker 11 and if the arc voltage is sufficient, the hybrid circuit breaker will switch the fault current to the solid state circuit breaker 12 as illustrated in Figure 1a. After the switching of the current and the extinction of the arc, the fault current flows through the solid state circuit breaker 12 as illustrated in Figure 1b. To avoid arc re-ignition, the conduction time must be long enough to allow the distance between contacts in the mechanical circuit breaker 11 to cool to prevent re-ignition. When the solid state circuit breaker 12 is disconnected, the energy stored in the loop inductance is absorbed with the surge protection element as illustrated in Figure 1c.
Las Figuras 2a-b son diagramas de la corriente de arco y la tensión del arco, respectivamente, en función del tiempo del funcionamiento del disyuntor híbrido bidireccional de las Figuras 1a-c. Figures 2a-b are diagrams of arc current and arc voltage, respectively, as a function of the operation time of the bi-directional hybrid circuit breaker of Figures 1a-c.
El disyuntor híbrido requiere la misma cantidad de semiconductores que el disyuntor de estado sólido completo. Sin embargo, para el disyuntor híbrido, las pérdidas por conducción no son un problema porque la corriente en funcionamiento nominal fluye a través del disyuntor mecánico. Además, por la misma razón, el enfriamiento no es un problema crucial para el disyuntor híbrido. No obstante, se requieren disipadores de calor porque la corriente de fallo se conmuta al disyuntor de estado sólido durante las averías. The hybrid circuit breaker requires the same amount of semiconductors as the complete solid state circuit breaker. However, for the hybrid circuit breaker, conduction losses are not a problem because the nominal operating current flows through the mechanical circuit breaker. In addition, for the same reason, cooling is not a crucial problem for the hybrid circuit breaker. However, heat sinks are required because the fault current is switched to the solid state circuit breaker during breakdowns.
El documento WO2008/153575 divulga un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. WO2008 / 153575 discloses a device according to the preamble of claim 1.
Sumario de la invención Summary of the invention
Sin embargo, el uso de disyuntores mecánicos convencionales en combinación con un disyuntor de estado sólido es un reto debido a las capacidades limitadas de la especificación de corriente del disyuntor de estado sólido. El disyuntor mecánico puede interrumpir una corriente de fallo de algunas decenas de kiloamperios donde los dispositivos controlables de estado sólido pueden sólo típicamente interrumpir corrientes de algunos kiloamperios. However, the use of conventional mechanical circuit breakers in combination with a solid state circuit breaker is a challenge due to the limited capabilities of the solid state circuit breaker current specification. The mechanical circuit breaker can interrupt a fault current of a few tens of kiloamperes where controllable solid-state devices can only typically interrupt currents of some kiloamperes.
Además, si la inductancia de bucle es elevada, se requiere un tiempo largo de conmutación. Un tiempo largo de conmutación tiene como consecuencia, sin embargo, un aumento adicional de la magnitud de la corriente de fallo y por tanto el disyuntor de estado sólido tiene que interrumpir corrientes muy elevadas. In addition, if the loop inductance is high, a long switching time is required. A long switching time has, however, an additional increase in the magnitude of the fault current and therefore the solid state circuit breaker has to interrupt very high currents.
Aún más, el tiempo de conducción del disyuntor de estado sólido es crítico debido a que (i) se requiere un tiempo largo de conducción para conmutar completamente la corriente del disyuntor mecánico al disyuntor de estado sólido, Furthermore, the conduction time of the solid state circuit breaker is critical because (i) a long conduction time is required to completely switch the current from the mechanical circuit breaker to the solid state circuit breaker,
(ii) se requiere un tiempo largo de conducción cuando la inductancia de bucle es elevada, y (iii) se requiere un tiempo largo de conducción para extinguir la tensión de arco del disyuntor mecánico, es decir para asegurar que ninguna corriente no fluya a través del disyuntor mecánico. Sin embargo los tiempos largos de conducción tienen como consecuencia pérdidas altas por conducción y, como resultado, un calentamiento del dispositivo que puede conducir a fallos del dispositivo. (ii) a long conduction time is required when the loop inductance is high, and (iii) a long conduction time is required to extinguish the arc voltage of the mechanical circuit breaker, that is to ensure that no current does not flow through of the mechanical circuit breaker. However, long driving times result in high conduction losses and, as a result, a heating of the device that can lead to device failures.
En consecuencia, es un objeto de la presente invención disponer de un disyuntor híbrido que aborde los problemas anteriores. Accordingly, it is an object of the present invention to have a hybrid circuit breaker that addresses the above problems.
Es un objeto particular de la invención disponer de un disyuntor híbrido, que tenga una corriente de pico menor, un tiempo de conmutación más corto, y un tiempo de conducción más corto. It is a particular object of the invention to have a hybrid circuit breaker, which has a lower peak current, a shorter switching time, and a shorter driving time.
Es un objeto adicional de la invención disponer de un disyuntor híbrido, tal que tenga una rápida detección de It is a further object of the invention to have a hybrid circuit breaker, such that it has a rapid detection of
averías, y un tiempo muerto más corto. breakdowns, and a shorter downtime.
Es un objeto adicional de la invención disponer de un disyuntor híbrido, tal que sea compacto, robusto y fiable. It is a further object of the invention to have a hybrid circuit breaker, such that it is compact, robust and reliable.
Estos objetos entre otros son, de acuerdo a la presente invención, logrados mediante disyuntores híbridos según se reivindica en las reivindicaciones adjuntas de la patente. These objects among others are, according to the present invention, achieved by hybrid circuit breakers as claimed in the appended claims of the patent.
De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un disyuntor híbrido que corta las corrientes de fallo, donde el disyuntor comprende un interruptor mecánico a través del cual pasa una corriente normal, estando un interruptor mecánico dispuesto para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo, y un dispositivo disyuntor de estado sólido o semiconductor, al cual se conmuta la corriente de fallo, estando dispuesto el dispositivo disyuntor de semiconductores para interrumpir la corriente de fallo. El interruptor mecánico tiene una leva del ruptor con dos contactos estacionarios que impactan con contactos estacionarios de un circuito cuando se cierra, siendo la leva del ruptor giratoria en torno a un eje de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionarios de forma que se abra el interruptor mecánico. La leva del ruptor se dispone de forma asimétrica, por ejemplo, los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias del eje de rotación, de forma que las separaciones entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios son diferentes cuando el interruptor mecánico se abre. El dispositivo disyuntor de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto de la leva del ruptor y con el contacto estacionario que se separan al máximo cuando el interruptor mecánico se abre. According to one aspect of the invention, a hybrid circuit breaker is provided that cuts the fault currents, where the circuit breaker comprises a mechanical switch through which a normal current passes, a mechanical switch being arranged to open in case of being exposed to a fault current, and a solid state or semiconductor circuit breaker device, to which the fault current is switched, the semiconductor circuit breaker device being arranged to interrupt the fault current. The mechanical switch has a breaker cam with two stationary contacts that impact with stationary contacts of a circuit when it closes, the rotary switch cam being around an axis of rotation to allow the two contacts of the breaker cam to withdraw of the stationary contacts so that the mechanical switch opens. The cam of the breaker is arranged asymmetrically, for example, the two contacts of the cam of the breaker are located at different distances from the axis of rotation, so that the separations between the two contacts of the cam of the breaker and the two stationary contacts They are different when the mechanical switch opens. The semiconductor circuit breaker device is connected in parallel with the breaker cam contact and with the stationary contact that are separated as much as possible when the mechanical switch opens.
Se obtiene mediante tal disyuntor híbrido, una interrupción más rápida y una corriente de corte comparablemente más baja. It is obtained by such a hybrid circuit breaker, a faster interruption and a significantly lower cut-off current.
Más en detalle, el interruptor mecánico se enclavará en una posición abierta con una corriente más baja y por tanto el tiempo muerto será más corto, implicando una corriente de corte comparablemente más baja. Una corriente de corte más baja a su vez, tiene como resultado una disipación de energía considerablemente más baja en el dispositivo disyuntor de semiconductores y por tanto, se puede reducir el espacio ocupado por el dispositivo. More in detail, the mechanical switch will be locked in an open position with a lower current and therefore the dead time will be shorter, implying a significantly lower cutting current. A lower cut-off current, in turn, results in a considerably lower energy dissipation in the semiconductor breaker device and therefore, the space occupied by the device can be reduced.
Además, se propone una estrategia de control en combinación con el disyuntor híbrido asimétrico. In addition, a control strategy is proposed in combination with the asymmetric hybrid circuit breaker.
En un modo de realización el dispositivo disyuntor inventivo de semiconductores inventivo comprende en consecuencia una unidad de control dispuesta para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductor es en función del tiempo. Se permite que la conmutación de la corriente aumente durante el control de la avería de forma controlada. In one embodiment, the inventive inventive semiconductor circuit breaker device accordingly comprises a control unit arranged to control the switching of the fault current to the semiconductor circuit breaker device as a function of time. The switching of the current is allowed to increase during the control of the fault in a controlled manner.
Preferiblemente, la unidad de control está configurada para conmutar completamente la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores durante un periodo de tiempo determinado, cuando el interruptor mecánico se abre completamente y se enclava en la posición abierta para asegurar que el espacio entre contactos se enfría suficientemente. Cuando el periodo de tiempo determinado concluye, se interrumpe la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores. Así, se puede asegurar que se interrumpe la corriente sin riesgo de reignición en la separación entre contactos. Preferably, the control unit is configured to completely switch the fault current to the semiconductor breaker device for a certain period of time, when the mechanical switch is fully opened and locked in the open position to ensure that the space between contacts cools. enough. When the determined period of time ends, the current is interrupted through the semiconductor circuit breaker device. Thus, it can be ensured that the current is interrupted without the risk of reignition in the separation between contacts.
En una implementación particular, el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) y la unidad de control, que puede ser una unidad de mando de puerta, está configurada para controlar la conmutación de corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores con medios de control de tensión de puerta del transistor bipolar de puerta aislada. In a particular implementation, the semiconductor circuit breaker device comprises a bipolar isolated gate transistor (IGBT) and the control unit, which can be a door control unit, is configured to control the fault current switching to the circuit breaker device. semiconductors with door voltage control means of the isolated bipolar door transistor.
La unidad de mando de puerta puede medir la tensión a través del dispositivo disyuntor de semiconductores y cuando la tensión a través del dispositivo aumenta y alcanza un nivel umbral determinado, esto implica que ocurre una avería, y se inicia el control de la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores. La tensión de puerta aumenta después con el tiempo, preferiblemente de forma escalonada, de una manera controlada. The door control unit can measure the voltage through the semiconductor breaker device and when the voltage across the device increases and reaches a certain threshold level, this implies that a fault occurs, and the control of the switching of the fault current to the semiconductor circuit breaker device. The door tension then increases over time, preferably in a staggered manner, in a controlled manner.
El disyuntor híbrido de la presente invención puede ser un dispositivo unidireccional o un dispositivo bidireccional capaz de interrumpir una corriente CC de fallo en cualquier dirección o una corriente CA de fallo. El disyuntor híbrido tiene preferiblemente una tensión nominal de hasta 1 kV. The hybrid circuit breaker of the present invention may be a unidirectional device or a bidirectional device capable of interrupting a fault DC current in any direction or a fault AC current. The hybrid circuit breaker preferably has a nominal voltage of up to 1 kV.
Se establecen detalles adicionales de la invención en las reivindicaciones dependientes. Additional details of the invention are set forth in the dependent claims.
Las ventajas de la presente invención pueden incluir: The advantages of the present invention may include:
- --
- una rápida detección de averías, fast fault detection,
- --
- una conexión en baja corriente de fallo, a low fault current connection,
- --
- un tiempo muerto comparablemente corto, a comparatively short dead time,
- 3 3
- --
- un tiempo de conmutación comparablemente corto, a comparatively short switching time,
- --
- un tiempo corto de conducción del dispositivo disyuntor de semiconductores, a short driving time of the semiconductor breaker device,
- --
- baja corriente de corte, low cutting current,
- --
- sólo se tiene que manipular (disipar) baja energía mediante el dispositivo disyuntor de semiconductores, you just have to manipulate (dissipate) low energy using the semiconductor circuit breaker device,
- --
- solución compacta, compact solution,
- --
- baja elevación de la temperatura en el dispositivo disyuntor de semiconductores debido a la menor corriente de pico. Low temperature rise in the semiconductor breaker device due to the lower peak current.
- --
- Capacidad de rápida interrupción y limitación de corriente y Ability to quickly interrupt and limit current and
- --
- Uso en ambas interrupciones de corriente CA y CC. Use in both AC and DC power interruptions.
Otras características adicionales de la invención, y ventajas de la misma, serán evidentes por la siguiente descripción detallada de los modos de realización preferidos de la presente invención, proporcionados en lo que sigue y por las Figuras 1-5 adjuntas, que se proporcionan a modo de ilustración únicamente, y por tanto no son limitativas de la presente invención. Other additional features of the invention, and advantages thereof, will be apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, provided below and by the accompanying Figures 1-5, which are provided by way of for illustration only, and therefore are not limiting of the present invention.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Las Figuras 1a-c presentan en diagramas de circuitos esquemáticos un disyuntor híbrido bidireccional durante diferentes estados de funcionamiento, de acuerdo a la técnica anterior. Figures 1a-c show in schematic circuit diagrams a bi-directional hybrid circuit breaker during different operating states, according to the prior art.
Las Figuras 2a-b son diagramas de la corriente de arco y de la tensión de arco, respectivamente, en función del tiempo durante el funcionamiento del disyuntor híbrido bidireccional de las Figuras 1a-c. Figures 2a-b are diagrams of arc current and arc voltage, respectively, as a function of time during operation of the bi-directional hybrid circuit breaker of Figures 1a-c.
La Figura 3 presenta de forma esquemática, parcialmente en una vista lateral, parcialmente en un diagrama de circuito, un disyuntor híbrido de acuerdo a un modo de realización de la presente invención. Figure 3 shows schematically, partially in a side view, partially in a circuit diagram, a hybrid circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
La Figura 4 es un diagrama de la corriente en función del tiempo durante el funcionamiento del disyuntor híbrido de la Figura 3. Figure 4 is a diagram of the current versus time during operation of the hybrid circuit breaker of Figure 3.
Las Figuras 5a-b ilustran cómo un transistor bipolar de puerta aislada de un dispositivo disyuntor de semiconductores de un disyuntor híbrido de la Figura 3 controla la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores mediante la introducción de una resistencia variable controlada por una tensión de puerta del transistor bipolar de puerta aislada. La Figura 5a ilustra la resistencia variable mientras que la Figura 5b es un diagrama de la tensión de puerta y la resistencia variable en función del tiempo, durante el funcionamiento del disyuntor híbrido. Figures 5a-b illustrate how a bipolar gate transistor isolated from a semiconductor circuit breaker device of a hybrid circuit breaker of Figure 3 controls the current through the semiconductor circuit breaker device by introducing a variable resistor controlled by a gate voltage. of the isolated bipolar gate transistor. Figure 5a illustrates the variable resistance while Figure 5b is a diagram of the gate voltage and the variable resistance as a function of time, during operation of the hybrid circuit breaker.
Descripción detallada de los modos de realización Detailed description of the embodiments
En la Figura 3 se ilustra un disyuntor híbrido que interrumpe corrientes de fallo de acuerdo a un modo de realización de la invención. El disyuntor híbrido comprende un interruptor mecánico 31 y tiene una tensión nominal de hasta 1 kV. A hybrid circuit breaker that interrupts fault currents according to an embodiment of the invention is illustrated in Figure 3. The hybrid circuit breaker comprises a mechanical switch 31 and has a nominal voltage of up to 1 kV.
Durante condiciones de funcionamiento normal se hace pasar la corriente a través del interruptor mecánico 31, pero cuando está expuesta a una corriente de fallo, se dispone que el interruptor mecánico 31 esta configurado para abrirse, conmutando de ese modo la corriente al dispositivo disyuntor 32 de semiconductores. El dispositivo disyuntor 32 de semiconductores se dispone eventualmente de forma que interrumpa la corriente de fallo. During normal operating conditions the current is passed through the mechanical switch 31, but when exposed to a fault current, the mechanical switch 31 is arranged to be opened, thereby switching the current to the circuit breaker device 32 semiconductors The semiconductor circuit breaker device 32 is optionally arranged to interrupt the fault current.
El interruptor mecánico 31 tiene una leva 33 del ruptor con dos contactos 33a-b que impactan con los contactos estacionarios 34a-b de un circuito cuando se cierra. La leva 33 del ruptor es giratoria en torno a un eje 35 de rotación para permitir que los dos contactos 33a-b de la leva 33 del ruptor se retiren de los contactos estacionarios 34a-b de forma que se abra el interruptor mecánico 31. La Figura 3 ilustra el interruptor mecánico 31 en un estado abierto. The mechanical switch 31 has a cam 33 of the breaker with two contacts 33a-b that impact the stationary contacts 34a-b of a circuit when it is closed. The cam 33 of the breaker is rotatable about an axis 35 of rotation to allow the two contacts 33a-b of the cam 33 of the breaker to be removed from the stationary contacts 34a-b so that the mechanical switch 31 opens. Figure 3 illustrates the mechanical switch 31 in an open state.
Obsérvese que la Figura 3 sólo ilustra el interruptor mecánico 31 esquemáticamente. Las formas exactas de los contactos pueden ser diferentes a las ilustradas y además, el interruptor mecánico 31 se dispone con un dispositivo para mantener el interruptor mecánico 31 en un estado abierto, y para posteriores cierres del interruptor mecánico 31 (cuando se ha controlado la avería). Note that Figure 3 only illustrates mechanical switch 31 schematically. The exact shapes of the contacts may be different from those illustrated and in addition, the mechanical switch 31 is provided with a device to keep the mechanical switch 31 in an open state, and for subsequent closures of the mechanical switch 31 (when the fault has been controlled ).
Los dos contactos 33a-b de la leva 33 del ruptor se sitúan a diferentes distancias x1, x2 del eje 35 de rotación, de forma que las separaciones z1, z2 entre los dos contactos 33a-b de la leva 33 del ruptor y los dos contactos estacionarios 34a-b son diferentes cuando el interruptor mecánico 31 abre o está abierto. Tal interruptor mecánico 31 se denomina un interruptor mecánico asimétrico. Preferiblemente, los contactos 33a-b de la leva 33 del ruptor se The two contacts 33a-b of the cam 33 of the breaker are located at different distances x1, x2 of the rotation axis 35, so that the separations z1, z2 between the two contacts 33a-b of the cam 33 of the breaker and the two Stationary contacts 34a-b are different when mechanical switch 31 opens or is open. Such a mechanical switch 31 is called an asymmetric mechanical switch. Preferably, contacts 33a-b of cam 33 of the breaker are
sitúan en lados opuestos del eje 35 de rotación. placed on opposite sides of the rotation axis 35.
El dispositivo disyuntor 32 de semiconductores se conecta en paralelo con el contacto 33b de la leva 33 del ruptor y con el contacto estacionario 34b que se separan al máximo cuando el interruptor mecánico 31 se abre. The semiconductor breaker device 32 is connected in parallel with the contact 33b of the cam 33 of the breaker and with the stationary contact 34b which are separated as much as possible when the mechanical switch 31 is opened.
Así, el interruptor mecánico 31 se puede enclavar en una posición abierta con corriente más baja y por tanto el tiempo muerto será más corto implicando una corriente de corte comparablemente más baja. Thus, the mechanical switch 31 can be locked in an open position with a lower current and therefore the dead time will be shorter implying a significantly lower cutting current.
El dispositivo disyuntor 32 de semiconductores comprende un transistor bipolar 36 de puerta aislada (IGBT), un puente 37 de diodos, y una unidad 38 de mando de puerta. El puente de diodos se usa comúnmente en disyuntores híbridos para que sean capaces de interrumpir una corriente CC de fallo en cualquier dirección o una corriente CA de fallo, véanse por ejemplo los documentos US 2005/146814 y US 6, 760, 202, los contenidos de los cuales se incorporan aquí como referencia. The semiconductor circuit breaker device 32 comprises a bipolar insulated gate transistor 36 (IGBT), a diode bridge 37, and a door control unit 38. The diode bridge is commonly used in hybrid circuit breakers so that they are capable of interrupting a fault DC current in any direction or an AC fault current, see for example documents US 2005/146814 and US 6, 760, 202, the contents of which are incorporated herein by reference.
La unidad 38 de mando de puerta está configurada para medir la tensión a través del dispositivo disyuntor 32 de semiconductores. Cuando la tensión aumenta y alcanza un nivel umbral determinado, esto implica que ocurre una avería. Como resultado se puede lograr una rápida detección de averías. The door control unit 38 is configured to measure the voltage through the semiconductor circuit breaker device 32. When the voltage increases and reaches a certain threshold level, this implies that a fault occurs. As a result, rapid fault detection can be achieved.
Entonces, la unidad 38 de mando de puerta se dispone de forma que controla la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor 32 de semiconductores mediante el control de la tensión de puerta del transistor bipolar 36 de puerta aislada y el funcionamiento del transistor bipolar 36 de puerta aislada en su región lineal. Así, la corriente se puede restringir en diferentes niveles. Then, the door control unit 38 is arranged so that it controls the switching of the fault current to the semiconductor breaker device 32 by controlling the gate voltage of the isolated bipolar transistor 36 and the operation of the bipolar transistor 36 of insulated door in its linear region. Thus, the current can be restricted at different levels.
La unidad 38 de mando de puerta controla la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores en función del tiempo y se permite que la conmutación de la corriente aumente de manera controlada, por medio de cambios graduales o paso a paso de la tensión de puerta del transistor bipolar 36 de puerta aislada. The door control unit 38 controls the switching of the fault current to the semiconductor breaker device as a function of time and the switching of the current is allowed to increase in a controlled manner, by means of gradual changes or step-by-step voltage of bipolar transistor door 36 of insulated door.
La Figura 4 es un diagrama de la corriente de fallo y de la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores, respectivamente, en función del tiempo durante el funcionamiento del disyuntor híbrido de la invención. La corriente de fallo se designa como 41 y la corriente a través del dispositivo disyuntor 32 de semiconductores se designa como 42. Se puede observar que el transistor bipolar 36 de puerta aislada funciona en la región lineal como por ejemplo la 43. El enclavamiento del interruptor mecánico 31 se indica como 44. Figure 4 is a diagram of the fault current and the current through the semiconductor circuit breaker device, respectively, as a function of time during operation of the hybrid circuit breaker of the invention. The fault current is designated as 41 and the current through the semiconductor breaker device 32 is designated as 42. It can be seen that the bipolar insulated gate transistor 36 operates in the linear region such as 43. The interlock of the switch Mechanical 31 is indicated as 44.
En la Figura 4 se indican los parámetros siguientes: ion es el nivel de corriente de fallo donde la corriente comienza a conmutar al dispositivo disyuntor 32 de semiconductores y ton el instante de tiempo en el que se conecta el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores, ioff es la corriente pico de falta y toff el instante de tiempo en el que se desconecta el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores, y R1, R2, R3, y Rce son resistencias del transistor bipolar 36 de puerta aislada. The following parameters are indicated in Figure 4: ion is the level of the fault current where the current begins to switch to the semiconductor circuit breaker device 32 and ton the time at which the semiconductor circuit breaker device 32 is connected, ioff is the peak fault current and toff the instant of time in which the semiconductor circuit breaker 32 is disconnected, and R1, R2, R3, and Rce are resistors of the insulated gate bipolar transistor 36.
Las Figuras 5a-b ilustran cómo el transistor bipolar 36 de puerta aislada controla la corriente a través del dispositivo disyuntor 32 de semiconductores mediante la introducción de una resistencia variable controlada por una tensión de puerta del transistor bipolar 36 de puerta aislada. La Figura 5a ilustra la resistencia variable, mientras que la Figura 5b es un diagrama de la tensión Vg de puerta y de la resistencia variable Rvar en función del tiempo durante el funcionamiento del disyuntor híbrido. Los valores Vg1, Vg2,Vg3, y Vgmax de la tensión de puerta proporcionan los respectivos valores de resistencias R1, R2, R3, y Rce. Figures 5a-b illustrate how the bipolar insulated gate transistor 36 controls the current through the semiconductor breaker device 32 by introducing a variable resistor controlled by a gate voltage of the insulated gate bipolar transistor 36. Figure 5a illustrates the variable resistance, while Figure 5b is a diagram of the gate voltage Vg and the variable resistance Rvar as a function of time during operation of the hybrid circuit breaker. The values Vg1, Vg2, Vg3, and Vgmax of the gate voltage provide the respective resistance values R1, R2, R3, and Rce.
Como se puede observar en las Figuras 4 y 5, en un instante de tiempo determinado después de que se haya detectado la avería, el transistor bipolar 36 de puerta aislada del dispositivo disyuntor 32 de semiconductores se conecta aplicando la menor tensión Vg1 en la puerta del mismo. Esto implica que el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores tiene una resistencia alta y una pequeña cantidad de la corriente de fallo fluye a través del dispositivo disyuntor 32 de semiconductores. Luego la tensión de puerta aumenta permitiendo que una corriente más alta fluya a través del dispositivo disyuntor de semiconductores. Esto se repite, por ejemplo, la tensión de puerta aumenta gradualmente, hasta que el interruptor mecánico 31, se enclava en una posición segura en un estado abierto. Por tanto, el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores funciona como un regulador lineal. As can be seen in Figures 4 and 5, at a certain time after the fault has been detected, the bipolar gate transistor 36 isolated from the semiconductor breaker device 32 is connected by applying the lowest voltage Vg1 on the gate of the same. This implies that the semiconductor circuit breaker device 32 has a high resistance and a small amount of the fault current flows through the semiconductor circuit breaker device 32. Then the gate voltage increases allowing a higher current to flow through the semiconductor breaker device. This is repeated, for example, the door voltage gradually increases, until the mechanical switch 31 is locked in a safe position in an open state. Therefore, the semiconductor circuit breaker device 32 functions as a linear regulator.
Cuando el interruptor mecánico 31 se bloquea o enclava en un estado abierto, no es posible que se produzca un regolpeo de los contactos. Consecuentemente, la tensión de puerta aumenta de forma que el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores conmuta completamente la corriente del interruptor mecánico 31. Cuando se conmuta la corriente al dispositivo disyuntor 32 de semiconductores, el dispositivo disyuntor 32 de semiconductores permanecerá conectado durante un instante de tiempo determinado para asegurar que se extinga el arco. Finalmente, el dispositivo disyuntor de semiconductores se desconecta con una corriente de pico considerablemente más baja en comparación con el disyuntor híbrido simétrico. When the mechanical switch 31 is locked or locked in an open state, it is not possible for the contacts to return. Consequently, the gate voltage increases so that the semiconductor breaker device 32 completely switches the current of the mechanical switch 31. When the current is switched to the semiconductor breaker device 32, the semiconductor breaker device 32 will remain connected for a moment of time. determined to ensure the arc is extinguished. Finally, the semiconductor circuit breaker device is disconnected with a considerably lower peak current compared to the symmetric hybrid circuit breaker.
Claims (9)
- --
- un interruptor mecánico (31) a través del cual pasa una corriente normal, estando dispuesto el interruptor mecánico para abrirse en caso de estar expuesto a una corriente de fallo; y a mechanical switch (31) through which a normal current passes, the mechanical switch being arranged to open in case of being exposed to a fault current; Y
- --
- el interruptor mecánico tiene una leva (33) del ruptor con dos contactos (33a-b) que se apoyan en los contactos estacionarios (34a-b) de un circuito cuando se cierra, siendo giratoria la leva del ruptor giratoria en torno a un eje 10 35 de rotación para permitir que los dos contactos de la leva del ruptor se retiren de los contactos estacionarios The mechanical switch has a cam (33) of the breaker with two contacts (33a-b) that rest on the stationary contacts (34a-b) of a circuit when it closes, the rotary switch cam being rotatable about an axis 10 35 rotation to allow the two contacts of the breaker cam to be removed from the stationary contacts
- --
- los dos contactos de la leva del ruptor se sitúan a diferentes distancias (x1, x2) del eje de rotación de forma que las separaciones (z1,z2) entre los dos contactos de la leva del ruptor y los dos contactos estacionarios son diferentes cuando se abre el interruptor mecánico; y the two contacts of the cam of the breaker are located at different distances (x1, x2) from the axis of rotation so that the separations (z1, z2) between the two contacts of the cam of the breaker and the two stationary contacts are different when open the mechanical switch; Y
- 2. 2.
- El disyuntor híbrido de la reivindicación 1 donde los contactos de la leva del ruptor se sitúan en lados opuestos del eje de rotación. The hybrid circuit breaker of claim 1 wherein the contacts of the breaker cam are located on opposite sides of the axis of rotation.
- 3. 3.
- El disyuntor híbrido de la reivindicación 1 ó 2 donde el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende una The hybrid circuit breaker of claim 1 or 2 wherein the semiconductor circuit breaker device comprises a
- 4. Four.
- El disyuntor híbrido de la reivindicación 3 donde la unidad de control está configurada para controlar la conmutación de la corriente de fallo al dispositivo disyuntor de semiconductores para aumentar linealmente. The hybrid circuit breaker of claim 3 wherein the control unit is configured to control the switching of the fault current to the semiconductor circuit breaker device to increase linearly.
- 5. 5.
- El disyuntor híbrido de la reivindicación 3 ó 4 donde el dispositivo disyuntor de semiconductores comprende un The hybrid circuit breaker of claim 3 or 4 wherein the semiconductor circuit breaker device comprises a
- 7. 7.
- El disyuntor híbrido de la reivindicación 6 donde la unidad de control está configurada para interrumpir la corriente a través del dispositivo disyuntor de semiconductores cuando concluye el periodo de tiempo determinado. The hybrid circuit breaker of claim 6 wherein the control unit is configured to interrupt the current through the semiconductor circuit breaker when the determined period of time ends.
- 8. 8.
- El disyuntor híbrido de cualquiera de las reivindicaciones 3-5 donde la unidad de control está configurada para The hybrid circuit breaker of any one of claims 3-5 wherein the control unit is configured to
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2009/060499 WO2011018113A1 (en) | 2009-08-13 | 2009-08-13 | Hybrid circuit breaker |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2420531T3 true ES2420531T3 (en) | 2013-08-23 |
Family
ID=42101552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES09781805T Active ES2420531T3 (en) | 2009-08-13 | 2009-08-13 | Hybrid circuit breaker |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2465129B1 (en) |
ES (1) | ES2420531T3 (en) |
WO (1) | WO2011018113A1 (en) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2624274B1 (en) * | 2012-02-03 | 2014-12-31 | ABB S.p.A. | Hybrid current switching device |
FR3000284B1 (en) | 2012-12-20 | 2016-05-13 | Schneider Electric Ind Sas | CONTACTOR-BREAKER DEVICE |
CN103972875B (en) * | 2013-01-31 | 2016-07-06 | 南京南瑞继保电气有限公司 | Limit line current or make device and the control method thereof of electric current disjunction |
US9054530B2 (en) | 2013-04-25 | 2015-06-09 | General Atomics | Pulsed interrupter and method of operation |
CN104184108B (en) | 2013-05-21 | 2018-08-10 | 通用电气公司 | Dc circuit breaker and its control method |
FR3007191B1 (en) * | 2013-06-17 | 2016-12-09 | Turbomeca | HYBRID CUTTING ORGAN FOR ELECTRICAL CIRCUIT |
EP3039701B1 (en) * | 2013-08-30 | 2021-03-31 | Eaton Intelligent Power Limited | Circuit breaker with hybrid switch |
GB2520529A (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | Eaton Ind Netherlands Bv | Circuit breaker with hybrid switch |
GB2517742A (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-04 | Eaton Ind Netherlands Bv | Circuit breaker with hybrid switch |
GB2520961A (en) | 2013-12-04 | 2015-06-10 | Eaton Ind Netherlands Bv | Automatic reclosing alternating current circuit breaker |
GB2520959A (en) | 2013-12-04 | 2015-06-10 | Eaton Ind Netherlands Bv | Semi voltage dependent circuit breaker |
GB2521188A (en) * | 2013-12-12 | 2015-06-17 | Eaton Ind Netherlands Bv | Alternating current circuit breaker with self-test capability |
GB2527534A (en) | 2014-06-24 | 2015-12-30 | Eaton Ind Netherlands Bv | Selective circuit breaker |
US9654102B2 (en) | 2014-10-09 | 2017-05-16 | General Electric Company | Hybrid direct-current circuit breaker |
DE102015212802A1 (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Separating device for DC interruption |
US9922781B2 (en) * | 2016-06-08 | 2018-03-20 | Eaton Corporation | Hybrid MCCB employing electromechanical contacts and power electronic devices |
EP3748794A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Electronic fuse for a power supply |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050219032A1 (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-06 | General Electric Company | Method and apparatus for providing electrical protection to a protected circuit |
US8144445B2 (en) * | 2007-06-12 | 2012-03-27 | General Electric Company | Micro-electromechanical system based switching |
-
2009
- 2009-08-13 WO PCT/EP2009/060499 patent/WO2011018113A1/en active Application Filing
- 2009-08-13 ES ES09781805T patent/ES2420531T3/en active Active
- 2009-08-13 EP EP09781805.8A patent/EP2465129B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2465129A1 (en) | 2012-06-20 |
EP2465129B1 (en) | 2013-04-24 |
WO2011018113A1 (en) | 2011-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2420531T3 (en) | Hybrid circuit breaker | |
ES2631815T3 (en) | DC circuit breaker and method of use | |
BR102014010994A2 (en) | Continuous Current Switching Apparatus, Electronic Device, and Method for Switching an Associated Continuous Current Circuit | |
US8503138B2 (en) | Hybrid circuit breaker | |
EP3091626B1 (en) | High-voltage dc circuit breaker | |
US10476255B2 (en) | DC circuit breaker | |
JPS632214A (en) | Stationary current limiting circuit breaker | |
US11120955B2 (en) | Low-voltage circuit breaker device with multiple-breaking switch | |
CN110036455B (en) | Low-voltage circuit breaker device | |
US10395866B2 (en) | High voltage DC circuit breaker | |
JP2008270171A (en) | Current limiting circuit breaker | |
ES2898900T3 (en) | Switch cell with semiconductor switching element and microelectromechanical switching element | |
JP5612638B2 (en) | Current limiter | |
EP3242367B1 (en) | Dc circuit breaker | |
KR100981843B1 (en) | Line Commutation Type Fault Current Limiter | |
ES2622756T3 (en) | Hybrid cutting organ for electric circuit | |
ES2638877T3 (en) | Arc jump circuit breaker and circuit interruption procedure | |
KR102033678B1 (en) | DC power source cutoff control apparatus | |
CN221352670U (en) | DC circuit breaker |