ES2970128T3 - Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido - Google Patents
Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido Download PDFInfo
- Publication number
- ES2970128T3 ES2970128T3 ES19828555T ES19828555T ES2970128T3 ES 2970128 T3 ES2970128 T3 ES 2970128T3 ES 19828555 T ES19828555 T ES 19828555T ES 19828555 T ES19828555 T ES 19828555T ES 2970128 T3 ES2970128 T3 ES 2970128T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- solid state
- state switch
- current
- circuit
- control pulses
- 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
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 title description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/02—Details
- H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/462—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
- G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
- G05F1/573—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/006—Calibration or setting of parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
- H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Un aparato disyuntor de estado sólido incluye un interruptor de estado sólido (230), un sensor de corriente (210) y un circuito de control (240). El circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente: (i) usando modulación de ancho de pulso para generar un conjunto de pulsos de control; y (ii) usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, y así limitar una cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a una carga. La cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga puede ser, por ejemplo, un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido
Antecedentes
Esta descripción se refiere a métodos y sistemas para controlar disyuntores de estado sólido.
Disyuntores están diseñados para proporcionar protección para los sistemas de distribución de energía. Los disyuntores protegen dispositivos eléctricos y conductores conectados contra sobrecargas de corriente y cortocircuitos, protegiendo de este modo a las personas y equipos en el campo.
Cuando se produce una falla en un sistema de distribución de energía de baja tensión, la corriente de falla fluirá desde una fuente (tal como un transformador) a través del sistema a la fuente de la falla. Un disyuntor de estado sólido de baja tensión, que en sistemas de corriente alterna (CA) se clasifica típicamente a aproximadamente 600 Voltios de CA (VAC), 480 vAc o 240 VAC, puede interrumpir una falla muy rápidamente en decenas o cientos de microsegundos. Este tiempo de reacción rápido reduce significativamente la corriente de falla que fluye a través del sistema y, por lo tanto, protege el sistema. Sin embargo, esto puede presentar un desafío porque el disyuntor de estado sólido debe ser capaz de distinguir rápidamente una falla de una sobrecarga temporal (o incluso de una corriente nominal alta).
Esta descripción describe sistemas que abordan al menos algunos de los problemas técnicos descritos anteriormente y/u otros problemas.
El documento US-2014/184185 A1 describe un controlador para una carga eléctrica que incluye un dispositivo de alimentación que tiene un terminal de control y un terminal de salida para una corriente de salida, y un módulo de control. El módulo de control está configurado para accionar el dispositivo de alimentación en un modo de autorecuperación cambiando entre la activación y desactivación en la aparición de una condición de sobrecorriente, en donde la corriente de salida alcanza una corriente umbral. El módulo de control también está configurado para evaluar un primer intervalo de tiempo entre un tiempo en donde se produce la condición de sobrecorriente, y un primer momento, y generar una señal límite cuando el intervalo de tiempo es igual a un umbral de tiempo. El dispositivo de alimentación se acciona en una condición de desconexión al menos en función de la señal límite.
El documento US-2016/359311 A1 revela métodos para limitar una corriente en un circuito eléctrico que tiene cables de transmisión para la transmisión de energía, incluida la determinación de si existe una condición operativa inesperada a lo largo de los cables de transmisión y la limitación de la corriente para evitar (daños causados por) la condición operativa inesperada. El método puede incluir además deshabilitar el circuito eléctrico si la condición de funcionamiento inesperada persiste. Además, un sistema incluye una fuente de alimentación, un controlador de potencia de estado sólido (SSPC -Solid State Power Controller)configurado para operar en un primer estado conductor y un segundo estado no conductor, y un controlador.
Resumen
La invención se define por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones ventajosas. En varias realizaciones, un aparato disyuntor de estado sólido incluye un interruptor de estado sólido, un sensor de corriente y un circuito de control. El circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido mediante, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente: (i) determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito, (ii) usar modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control; y (iii) usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en un patrón que corresponde a los pulsos de control y, por lo tanto, limitar una cantidad de corriente de paso que puede pasar el interruptor de estado sólido a una carga. La cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga puede ser, por ejemplo, un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
En otras realizaciones, el circuito de control puede programarse para determinar una frecuencia para los pulsos de control en base al tiempo de disparo del interruptor de estado sólido. Adicionalmente o en otras realizaciones, una frecuencia para los pulsos de control puede programarse en el circuito de control, y el circuito de control puede programarse para determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función de un nivel de la corriente de paso que el sensor de corriente está detectando.
En varias realizaciones, el circuito de control puede incluir un microprocesador que está configurado para generar el conjunto de pulsos de control, un circuito de accionamiento de puerta que está configurado para recibir los pulsos de control del microprocesador y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse según el patrón, y un circuito de activación de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta. El circuito de activación de hardware puede configurarse para recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente, y también para enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido.
El aparato disyuntor puede incorporarse en diversos elementos de equipo, tales como un transformador que tiene una trayectoria conductora que conduce desde el transformador a una salida de carga, en la que el interruptor de estado sólido del disyuntor está colocado en la trayectoria conductora.
En varias realizaciones, un método para controlar un sistema de disyuntor de estado sólido para limitar la corriente a una salida de carga en condiciones de sobrecorriente incluye: (i) operar un circuito que tiene una trayectoria conductora entre una fuente de alimentación y una salida de carga y que también tiene un interruptor de estado sólido en la trayectoria conductora; (ii) mediante un sensor de corriente, monitorizar un nivel de corriente a través de la trayectoria conductora y enviar una señal al circuito de control que indica que existe una condición de sobrecorriente; (iii) por un circuito de control, al recibir la señal del sensor de corriente, determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de circuito sólido y el factor de potencia de circuito, y usar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control a la frecuencia; y (iv) por el circuito de control, usar el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en un patrón que corresponde a los pulsos de control, en donde la apertura y el cierre del interruptor de estado sólido limita un nivel de tiempo a través de la corriente que pasa el interruptor de estado sólido a la salida de carga.
Opcionalmente, el método puede incluir, mediante el circuito de control, el uso del conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse a una frecuencia especificada, en donde la frecuencia especificada controla el nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga. Alternativamente o además, el método puede incluir determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia especificada para los pulsos de control. Alternativamente o además, el método puede incluir determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función del nivel de la corriente que el sensor de corriente está detectando.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques de componentes de un ejemplo de un sistema que incluye un disyuntor de estado sólido, tal como puede existir en la técnica anterior.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de componentes de un ejemplo de un sistema que incluye un disyuntor de estado sólido, con componentes adicionales según las presentes realizaciones.
Las Figuras 3A y 3B ilustran un primer método para controlar un disyuntor de estado sólido.
Las Figuras 4A y 4B ilustran una aplicación ejemplar del método ilustrado en las Figuras 3A y 3B a un motor de inducción con un iniciador de línea directa.
Las Figuras 5A y 5B ilustran un segundo método para controlar un disyuntor de estado sólido.
Descripción detallada
Tal como se usa en este documento, las formas singulares “ uno” , “ una” , y “ el/la” incluyen referencias plurales, salvo que el contexto determine claramente lo contrario. A menos que se defina de cualquier otra manera, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria, tienen los mismos significados que comúnmente entiende el experto en la técnica. Como se usa en este documento, el término “ que comprende” significa “ que incluye, aunque no de forma limitativa” .
En este documento, los términos “ memoria” y “ dispositivo de memoria” se refieren cada uno a un dispositivo no transitorio en donde se almacenan datos legibles por ordenador, instrucciones de programación o ambas. Excepto cuando se indique específicamente lo contrario, los términos “ memoria” y “ dispositivo de memoria” pretenden incluir realizaciones de un solo dispositivo, realizaciones en las que múltiples dispositivos de memoria juntos almacenan un conjunto de datos o instrucciones, así como uno o más sectores individuales dentro de dichos dispositivos.
En este documento, los términos “ procesador” y “ dispositivo de procesamiento” se refieren a un componente de hardware de un dispositivo electrónico (tal como un controlador) que está configurado para ejecutar instrucciones de programación. Excepto cuando se indique específicamente lo contrario, el término singular “ procesador” o “ dispositivo de procesamiento” pretende incluir tanto realizaciones de dispositivo de procesamiento único como realizaciones en las que múltiples dispositivos de procesamiento juntos realizan un proceso.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema que incluye un interruptor130de estado sólido.En el sistema, la energía se suministra desde una fuente de alimentación10tal como un transformador trifásico a una carga20El interruptor130de estado sólido se coloca entre la potencia y la carga para desconectar la trayectoria conductora a la carga cuando el sistema detecta un evento de sobrecorriente o falla. El interruptor130de estado sólido puede ser un relé de estado sólido convencional o puede ser un diseño personalizado, y puede ser bidireccional o no. Como se muestra, el interruptor130de estado sólido se puede hacer de una matriz de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), aunque en algunas realizaciones se pueden usar otros componentes de conmutación, tales como transistores de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) o transistores de unión biopolar (BIT). El sistema100también incluye un sensor de corriente110y filtro de entrada145que se colocan entre la fuente de alimentación10y el interruptor130de estado sólido,junto con un circuito de control140.El sistema también puede incluir un interruptor de aislamiento120que puede abrirse manualmente, o en respuesta a un comando del circuito de control140,para garantizar que el sistema esté completamente desactivado para su mantenimiento.
El circuito de control140puede incluir un procesador, con programación almacenada como instrucciones de memoria y programación (o como firmware o en forma de un dispositivo lógico programable tal como una matriz de puertas programables en campo). La programación está configurada para hacer que el circuito de control140emita señales para hacer que otros componentes del sistema se activen en respuesta a ciertas acciones. Por ejemplo, el circuito de control140puede recibir señales del sensor de corriente110que refleja el nivel de corriente detectado, y el circuito de control140puede hacer que el interruptor130de estado sólido se abra en respuesta a la detección de una condición de sobrecorriente. Los sistemas tales como los de la Figura 1 pueden existir en la técnica anterior.
La Figura 2 proporciona detalles adicionales de un sistema disyuntor de circuito ilustrativo200con un interruptor230de estado sólido según las presentes realizaciones. El interruptor230de estado sólido se coloca a lo largo de una trayectoria conductora entre la entrada de la línea de alimentación205y la carga202.En este ejemplo, el interruptor230de estado sólido es un interruptor de estado sólido bidireccional trifásico. La entrada de la línea de alimentación205puede conectarse a una fuente de alimentación. Una fuente de alimentación de convertidor CA/CC201recolecta la alimentación de la línea de alimentación y alimenta los componentes electrónicos del circuito, incluyendo un microprocesador240y un circuito235de accionamiento de puerta,que se describirá a continuación.
Un sensor de corriente210detecta el nivel de corriente que se desplaza a lo largo de la trayectoria conductora y proporciona señales de salida al circuito de control240,El circuito de control240incluye un procesador e instrucciones de programación para tomar medidas en respuesta a la recepción de señales de sobrecorriente desde el sensor de corriente210,Dichas acciones pueden incluir ordenarle al interruptor230de estado sólido a que se abra. El circuito de control240puede enviar dicha señal de comando a un circuito de control de puerta235, que amplifica la señal de comando en una entrada de control de alta corriente que es suficiente para controlar las puertas de los transistores en los disyuntores de estado sólido.
El sistema también puede incluir un interruptor de aislamiento220que se puede abrir para desenergizar el circuito y proporcionar aislamiento galvánico para mantenimiento. Un inductor241puede colocarse en la trayectoria conductora cerca del interruptor230de estado sólido para servir como un limitador de velocidad de cambio de corriente (dI/dt) y proporcionar protección adicional contra fallas repentinas. Un bucle de bloqueo de fase (PLL -Phase-Locked Loop)215puede conectarse a la trayectoria conductora para ayudar al sistema a medir la frecuencia de potencia mediante detección de cruce cero. El PLL215puede proporcionar la información de cruce cero al circuito de control240que puede usar esa información para medir la frecuencia de la tensión de línea y el ángulo de fase.
El sistema puede incluir un circuito245de activación de hardware,que es un circuito analógico que recibe como entrada una señal de corriente del sensor de corriente210,y que usa comparadores para comparar la señal de corriente con un umbral predefinido. Si el nivel de señal actual es mayor que el umbral predefinido, el circuito245de activación de hardware enviará una señal de activación al circuito235de accionamiento de puerta para abrir el disyuntor de estado sólido (interruptor230). Esto reduce o minimiza el retardo de tiempo causado por el circuito del microprocesador.
Como se indica en la sección de antecedentes de este documento, un problema con disyuntores de circuito de estado sólido es que pueden no ser capaces de distinguir una corriente de sobrecarga o una corriente nominal alta o un breve pico en la corriente debido una condición de falla en solo unos pocos microsegundos o decenas de microsegundos. En los enfoques tradicionales, el disyuntor de estado sólido necesita disparar casi instantáneamente en respuesta a la detección de corriente que excede un umbral de modo que el interruptor electrónico de potencia no se dañará por la alta corriente. Esto puede provocar el disparo del disyuntor en situaciones donde puede no ser necesario hacerlo. En tales situaciones, puede ser deseable mantener el circuito funcionando durante un período de tiempo antes de activar completamente el disyuntor de circuito de estado sólido para abrirse y permanecer abierto.
Las Figuras 3A y 3B ilustran un primer método mediante el cual un sistema de disyuntor de circuito tal como el descrito anteriormente puede mitigar la corriente de falla y otras condiciones de sobrecorriente y permitir que el circuito continúe funcionando durante un período de tiempo en una condición de corriente reducida antes (o en lugar de) activar el interruptor de estado sólido. Como se ilustra en la Figura 3A, cuando el sistema detecta una condición de sobrecorriente (perspectiva>lumbral)al recibir una señal de la condición del sensor de corriente, el procesador usa modulación de ancho de pulso (PWM -Pulse Width Modulation)para generar un impulso de control a una frecuenciafpwMque limitará la corriente a través del interruptor de estado sólido. En lugar de simplemente activar el disyuntor de circuito para abrirse y permanecer abierto, los pulsos de control activarán el disyuntor del interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse a una frecuencia que controlará efectivamente la corriente de manera que el<disyuntor del circuito no permita que la corriente exceda un nivel de umbral lumbral. Como se ilustra en la Figura>3<b>,<el>circuito de control puede programarse para determinar dinámicamente un tiempo de disparo para el disyuntor de estado sólido como una función inversa del nivel de corriente umbrallumbral.(Los valores numéricos mostrados en la Figura 3B siguen un ejemplo que se discutirá en el contexto de las Figuras 4A y 4B.) Alternativamente, el tiempo de disparotdisparodel disyuntor puede determinarse en función de la frecuencia de los pulsos PWMfpwM(es decir, cuanto menor es la frecuencia de los pulsos PWM, mayor es el tiempo de disparo). De estas formas, en lugar de pasar la corriente de potencial completaIperspectvaa través de la carga, el disyuntor de estado sólido limitaría su corriente de paso a un nivel umbral máximolumbral.
Las Figuras 4A y 4B ilustran una aplicación ejemplar del método de las Figuras 3A y 3B en la que se arranca un motor de inducción usando un arranque directo en línea (DOL -Direct On Llne).En este ejemplo, el motor tiene una potencia nominal de 75 kVA y funciona a 1800 rotaciones por minuto (rpm). Como se ilustra en la Figura 4A, en la operación típica cuando el motor comienza a extraer una corriente pico de aproximadamente 1200 amperios (A), y luego se asienta en su funcionamiento normal con un valor nominal 67A<rms>después de aproximadamente 0,24 segundos. Cuando se aplica el método de las Figuras 3A y 3B, la Figura 4B ilustra que el método limita la corriente de irrupción a aproximadamente 600A. En el funcionamiento normal, la corriente caerá a su valor nominal de 67A<rms>después de aproximadamente 1,3 segundos cuando el motor alcanza aproximadamente 1800 rpm. Sin embargo, con este método, si hay un evento de cortocircuito, la corriente permanecerá en un máximo de 600A después del período de arranque de 1,3 segundos. Además, con referencia de nuevo a la Figura 3B, el tiempo de disparoTdisparoes una función inversa del umbral de corrienteI umbral.Si el umbral de corrienteIumbrales 600A como se analiza en el ejemplo anterior, el tiempo de disparoTdisparoes de 1,36 segundos. Sin embargo, si el umbral de corrienteIumbrales mayor, el tiempo de disparoTdisparoserá más rápido. Por ejemplo, en el ejemplo que se muestra en la Figura 3B, siIumbrales 800A, entoncesTdisparoserá 0,66 segundos; siIumbrales 100A, entoncesTdisparoserá de 0,46 segundos.
Las Figuras 5A y 5B ilustran un método alternativo mediante el cual un sistema tal como el descrito anteriormente mostrado puede mitigar la corriente de falla y otras condiciones de sobrecorriente. Como con la realización de la Figura 3A, en esta realización la Figura 5A ilustra que el procesador usa PWM para generar un impulso de control a una frecuencia predefinida que limitará la corriente a través del disyuntor de estado sólido. Los pulsos PWM activarán el interruptor de estado sólido para que se abra y cierre a una frecuencia definida que controlará efectivamente la corriente que deja pasar el disyuntor para que la corriente no exceda un nivel umbral l<umbral>que el interruptor de estado sólido puede soportar. Por ejemplo, el nivel umbralIumbralpuede ser un nivel de corriente que está dentro de la zona de funcionamiento segura de los componentes electrónicos de potencia del interruptor, tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) o transistores de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET). Durante el funcionamiento, en lugar de mantener la corriente continuaIde-pasoa un nivel máximo constante, la corriente continuaIde-pasovariará como la corriente de fallo en perspectivaIperspectivavaría, con un pico en el nivel umbral máximoIumbralcorrespondiente al nivel máximo de corriente de interrupción del disyuntor. El tiempo de disparotdisparodel disyuntor es una función de la curva de corriente de pasoIde-paso,con: (i) un primer período de retardo largo (recogida LD(Long Delay),asociado con un nivel bajo de falla), seguido de un retardo corto a medida que aumenta el nivel de falla, seguido de un disparo instantáneo cuando la corriente de paso alcanza el umbral máximoiumbral.
En cualquiera de las realizaciones enumeradas anteriormente, el sistema puede continuar operando el disyuntor de esta manera hasta un período máximo de tiempo, o para un número máximo de ciclos de corriente. Si la falla continúa más allá del tiempo o ciclos máximos, el controlador puede activar el disyuntor para abrirse y permanecer abierto hasta que se resuelva la falla.
Los métodos para operar un disyuntor de estado sólido descrito anteriormente, y circuitos programados para implementar dichos métodos, pueden añadirse a diversos artículos de equipos de alimentación, tales como transformadores, re-cerradores y otros productos. Además, los métodos y sistemas descritos anteriormente no se limitan a aplicaciones de baja tensión, sino que también podrían usarse en aplicaciones de media tensión que emplean disyuntores de estado sólido o híbridos, cerradores y similares.
Los expertos en la técnica pueden realizar diversas alternativas, modificaciones, variaciones o mejoras, y combinaciones, cada una de las cuales también está destinada a ser abarcada por las realizaciones descritas.
Claims (12)
- REIVINDICACIONESi. Un aparato disyuntor de estado sólido que comprende:un interruptor de estado sólido (230);un sensor de corriente (210); yun circuito de control (235, 240, 245);caracterizado porqueel circuito de control está programado para operar el interruptor de estado sólido, en respuesta a la recepción de una señal del sensor de corriente que indica que existe una condición de sobrecorriente:determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito,usar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control, y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, y así limitar una cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a una carga.
- 2. El aparato disyuntor de estado sólido de la reivindicación 1, en donde el circuito de control está programado para determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia para los pulsos de control.
- 3. El aparato disyuntor de la reivindicación 1, en donde el circuito de control comprende:un microprocesador (240) que está configurado para generar el conjunto de pulsos de control; un circuito (235) de accionamiento de puerta que está configurado para recibir los pulsos de control del microprocesador y usar los pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse según el patrón; yun circuito (245) de accionamiento de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta, y que está configurado para:recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente, y enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido.
- 4. El aparato disyuntor de la reivindicación 1, en donde la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la carga es un nivel umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
- 5. Un aparato transformador que comprende el aparato disyuntor de estado sólido de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo además el aparato transformador:un transformador; yuna trayectoria conductora que conduce desde el transformador a una salida de carga;en donde:el interruptor de estado sólido está en la trayectoria conductora, y el sensor de corriente se coloca en la trayectoria conductora entre el transformador y el interruptor de estado sólido.
- 6. Un método para controlar un sistema (200) disyuntor de estado sólido para limitar la corriente a una salida de carga en condiciones de sobrecorriente, comprendiendo el método:operar un circuito que tiene una trayectoria conductora entre una fuente de alimentación y una salida de carga y que también tiene un interruptor de estado sólido (230) en la trayectoria conductora; mediante un sensor de corriente (210), monitorear un nivel de corriente a través de la trayectoria conductora y enviar una señal al circuito de control que indica que existe una condición de sobrecorriente; el método escaracterizado:por un circuito de control (235, 240, 245), al recibir la señal del sensor de corriente,determinar una frecuencia para un conjunto de pulsos de control en base a un nivel de corriente de interrupción máxima del aparato disyuntor de estado sólido y el factor de potencia de circuito, yusar la modulación de ancho de pulso para generar el conjunto de pulsos de control a la frecuencia; ypor el circuito de accionamiento de puerta, usando el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar en un patrón que corresponde a los pulsos de control, en donde la apertura y el cierre del interruptor de estado sólido limitan un nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga.
- 7. El método de la reivindicación 6, que comprende además:por el circuito de control, usando el conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrir y cerrar a la frecuencia, en donde la frecuencia controla el nivel de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga.
- 8. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar un tiempo de disparo del interruptor de estado sólido en función de la frecuencia para los pulsos de control.
- 9. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar un tiempo de disparo para el interruptor de estado sólido en función de un nivel de la corriente de paso que el sensor de corriente está detectando.
- 10. El método de la reivindicación 6, en donde:el circuito de control comprende:un microprocesador (240),un circuito (235) de accionamiento de puerta que está conectado eléctricamente al microprocesador y al interruptor de estado sólido, yun circuito (245) de activación de hardware que está conectado eléctricamente al sensor de corriente y al circuito de accionamiento de puerta; yen donde:la generación del conjunto de pulsos de control se realiza mediante el microprocesador; el uso del conjunto de pulsos de control para activar el interruptor de estado sólido para abrirse y cerrarse en el patrón se realiza mediante el circuito de accionamiento de puerta, yel método comprende además, mediante el circuito de activación de hardware, enviar una señal de activación al circuito de accionamiento de puerta para abrir el interruptor de estado sólido en respuesta a recibir la señal del sensor de corriente que indica que existe la condición de sobrecorriente.
- 11. El método de la reivindicación 6, en donde la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido pasa a la salida de carga es un nivel de umbral por encima del cual existirá la condición de sobrecorriente.
- 12. El método de la reivindicación 6, que comprende además determinar dinámicamente la cantidad de corriente de paso que el interruptor de estado sólido puede pasar a la salida de carga como corriente de falla en perspectiva del interruptor de estado sólido.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862777307P | 2018-12-10 | 2018-12-10 | |
| PCT/EP2019/025448 WO2020119942A1 (en) | 2018-12-10 | 2019-12-10 | Fault current mitigation method and system for solid state circuit breaker |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2970128T3 true ES2970128T3 (es) | 2024-05-27 |
Family
ID=69055939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES19828555T Active ES2970128T3 (es) | 2018-12-10 | 2019-12-10 | Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11283258B2 (es) |
| EP (1) | EP3895271B1 (es) |
| ES (1) | ES2970128T3 (es) |
| WO (1) | WO2020119942A1 (es) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11575248B2 (en) * | 2019-12-31 | 2023-02-07 | Abb Schweiz Ag | Solid state prefabricated substation |
| US11394199B2 (en) * | 2020-09-11 | 2022-07-19 | Abb Schweiz Ag | Intelligent current limiting for solid-state switching |
| US11509128B2 (en) | 2020-09-14 | 2022-11-22 | Abb Schweiz Ag | Multi-port solid-state circuit breaker apparatuses, systems, and methods |
| CN115967064A (zh) * | 2021-10-09 | 2023-04-14 | 施耐德电器工业公司 | 固态断路器及其控制方法 |
| US11837865B2 (en) * | 2021-12-21 | 2023-12-05 | Abb S.P.A. | Hybrid circuit breakers |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356423B1 (en) * | 2000-04-26 | 2002-03-12 | Eaton Corporation | Soild state protection circuit for electrical apparatus |
| JP3965037B2 (ja) | 2001-10-12 | 2007-08-22 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 直流用真空遮断装置 |
| US7369386B2 (en) * | 2003-06-06 | 2008-05-06 | Electronic Theatre Controls, Inc. | Overcurrent protection for solid state switching system |
| US8755944B2 (en) * | 2009-11-13 | 2014-06-17 | Leviton Manufacturing Co., Inc. | Electrical switching module |
| ITMI20130001A1 (it) * | 2013-01-03 | 2014-07-04 | St Microelectronics Srl | SISTEMA ELETTRICO COMPRENDENTE UN APPARATO DI PILOTAGGIO DI UN CARICO CON AUTO-RIAVVIO E METODO DI FUNZIONAMENTO DELLÂeuro¿APPARATO |
| US10498130B2 (en) * | 2014-02-18 | 2019-12-03 | Ge Aviation Systems Limited | Method for limiting current in a circuit |
| JP6223887B2 (ja) | 2014-03-31 | 2017-11-01 | 株式会社東芝 | 直流遮断装置、直流遮断方法 |
| US10276321B2 (en) * | 2015-04-06 | 2019-04-30 | Atom Power, Inc. | Dynamic coordination of protection devices in electrical distribution systems |
| JP6591210B2 (ja) | 2015-06-11 | 2019-10-16 | 株式会社東芝 | 直流遮断装置、直流遮断方法 |
| EP3770936B1 (en) * | 2016-03-01 | 2023-06-07 | Atom Power, Inc. | Hybrid air-gap / solid-state circuit breaker |
| US9973085B2 (en) * | 2016-07-25 | 2018-05-15 | Stmicroelectronics S.R.L. | Output voltage control in overcurrent conditions for switching converters |
| DE102016124638A1 (de) | 2016-12-16 | 2018-06-21 | Eaton Industries (Austria) Gmbh | Überstrom- und Kurzschlussdetektor |
| US11038340B2 (en) * | 2017-09-21 | 2021-06-15 | Eaton Intelligent Power Limited | Soft-starter AC-AC converter with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof |
-
2019
- 2019-12-10 ES ES19828555T patent/ES2970128T3/es active Active
- 2019-12-10 EP EP19828555.3A patent/EP3895271B1/en active Active
- 2019-12-10 WO PCT/EP2019/025448 patent/WO2020119942A1/en unknown
-
2020
- 2020-05-06 US US16/867,640 patent/US11283258B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200266624A1 (en) | 2020-08-20 |
| US11283258B2 (en) | 2022-03-22 |
| EP3895271A1 (en) | 2021-10-20 |
| WO2020119942A1 (en) | 2020-06-18 |
| EP3895271B1 (en) | 2023-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2970128T3 (es) | Método y sistema de mitigación de corriente de fallo para disyuntor de estado sólido | |
| US9337640B2 (en) | Electrical protection device and method | |
| ES2922103T3 (es) | Procedimiento para el control de un interruptor de corriente continua, interruptor de corriente continua y sistema de tensión continua | |
| US8338983B2 (en) | SSPC for AC power distribution | |
| US9947496B2 (en) | Circuit breaker with hybrid switch | |
| US9948084B2 (en) | DC circuit breaker and circuit breaking method of the DC circuit breaker | |
| CN103403990B (zh) | 限制dc电网中故障影响的电流限制系统和操作电流限制系统的方法 | |
| KR100912645B1 (ko) | 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기 | |
| US20110194216A1 (en) | Protection Circuit for Protecting an Intermediate Circuit of a Solar Inverter Against Overvoltages | |
| GB2540008A (en) | DC circuit breaker and method of use | |
| CN106129954B (zh) | 断路器 | |
| WO2011116832A1 (en) | A hybrid circuit breaker | |
| KR101029569B1 (ko) | 순시전류가 발생시에 차단기의 차단시간을 개선한 회로차단기 | |
| US20240055197A1 (en) | Protective switching device and method | |
| CN107579649A (zh) | 用于功率开关管的驱动装置 | |
| GB2517742A (en) | Circuit breaker with hybrid switch | |
| US20170346478A1 (en) | Dc switching device and method of control | |
| KR101622187B1 (ko) | 한류기 | |
| US11837864B2 (en) | Pulse circuit for providing a fault current in a DC voltage power supply grid | |
| US12205783B2 (en) | Apparatus for opening or closing a DC circuit, and method for automatically closing a DC circuit | |
| US12062908B2 (en) | Static DC current-limiting switching system | |
| ES2945585T3 (es) | Método y aparato para proteger una carga contra una sobrecorriente | |
| CN118074063A (zh) | 具有过电压保护的电路断路器和相关的断路方法 | |
| CN207399023U (zh) | 用于功率开关管的驱动装置 | |
| US20210143634A1 (en) | Current limiting circuit |