ES2869585T3 - Cortacircuito fusible activable para aplicaciones de baja tensión - Google Patents

Abstract

Cortacircuito fusible activable para aplicaciones de baja tensión para la protección de equipos que se pueden conectar a una red de suministro, en particular aparatos de protección contra sobretensiones, que consta de al menos un conductor fusible ubicado entre dos contactos y dispuesto en una carcasa, así como con un equipo de activación para la separación controlada del conductor fusible en caso de funcionamientos defectuosos o condiciones de sobrecarga del equipo conectado en cada caso, pudiendo introducirse en la carcasa un agente extintor y pudiendo introducirse a través de un acceso en la carcasa (4) un elemento separador mecánico (13) en la carcasa (4), caracterizado por que en la carcasa (4) está configurada un área libre de agente extintor (12) de manera que el al menos un conductor fusible (10) queda expuesto, pudiendo introducirse a través del acceso en la carcasa (4) el elemento separador mecánico (13) en el área libre de agente extintor (12) para destruir mecánicamente, dependiendo del equipo de activación, el al menos un conductor fusible (10) independientemente de su integral de fusión.

Description

DESCRIPCIÓN

Cortacircuito fusible activable para aplicaciones de baja tensión

La invención se refiere a un cortacircuito fusible activable para aplicaciones de baja tensión para la protección de equipos que se pueden conectar a una red de suministro, en particular aparatos de protección contra sobretensiones, que consta de al menos un conductor fusible ubicado entre dos contactos y dispuesto en una carcasa, así como con un equipo de activación para la separación controlada del conductor fusible en caso de funcionamientos defectuosos o condiciones de sobrecarga del equipo conectado en cada caso, pudiendo introducirse en la carcasa un agente extintor.

Los cortacircuitos fusibles convencionales se utilizan en grandes números de piezas y en muchos casos de aplicación para asegurar una protección contra sobrecorriente o cortocircuito para cables y líneas, pero también para medios de producción conectados.

Aparte de eso, se utilizan cortacircuitos como protección de respaldo para los descargadores de sobretensión en el denominado ramal en derivación. En este caso, un cortacircuito correspondiente debe garantizar la protección en caso de cortocircuito.

Debido al uso creciente y la integración de fuentes de energía regenerativa en los conjuntos de suministro, se producen valores de cortocircuito cada vez más volátiles en las ubicaciones de instalación de los medios de producción según la situación de alimentación. Esto puede ocasionar la consecuencia de que las integrales de fusión o de desconexión requeridas de los cortacircuitos tengan que variarse en un amplio intervalo. Eventualmente, el cortacircuito seleccionado ya no puede asegurar la protección en todas las condiciones de alimentación concebibles. En principio, en este caso el uso de disyuntores con características de disparo es una alternativa, pero estos interruptores son significativamente más costosos que los cortacircuitos y, en este sentido, ya por razones de costes, no son adecuados para todas las aplicaciones.

Las propiedades especiales de un cortacircuito fusible posibilitan en principio solo muy pocas posibilidades de diseño en cuanto a una variación o un ajuste del área de protección del cortacircuito.

Para poder adaptar y ampliar el ámbito de aplicación de los cortacircuitos, ya se ha propuesto cortar el conductor de un elemento de cortacircuito eléctrico con la ayuda de un dispositivo de separación accionado pirotécnicamente. El documento DE 42 11 079 A1 muestra una solución de este tipo en la que se enciende una carga pirotécnica cuando la corriente que fluye a través del conductor del cortacircuito y detectada por un dispositivo de detección de corriente presenta una fuerza que es mayor que un valor umbral predeterminable.

El documento DE 102008 047 256 A1 revela un cortacircuito de alta tensión con un accionamiento controlable para una barra de corte, la cual destruye varias constricciones. A este respecto, el control se puede realizar desde un control separado dependiendo de la corriente de defecto.

El documento DE 102014 215 279 A1 revela un cortacircuito fusible para un equipo que se va a proteger, el cual está conectado en serie con el cortacircuito fusible.

Con respecto al dimensionamiento de los cortacircuitos fusibles, el documento DE 102014215 279 A1 se refiere a la integral de fusión I2t. Por consiguiente, la fusión de un conductor fusible está determinada por sus propiedades de material y geométricas, de manera que, según el material y/o la geometría del conductor fusible, es necesaria una respectiva cantidad de calor Q para la evaporación del conductor fusible.

Se aplican requisitos especiales en el caso de que el aparato que se va a proteger por el cortacircuito sea un equipo de protección contra sobretensiones, pues este debería dejar que pasen corrientes altas por poco tiempo sin que se dispare el cortacircuito fusible, pero al mismo tiempo también desconectarlo prematuramente en el caso de corrientes de defecto de baja duración, tal como, por ejemplo, en el caso de un deterioro del equipo de protección contra sobretensiones o como una corriente de seguimiento de red. El primero de los requisitos mencionados a menudo da como resultado valores de corriente de régimen elevados del cortacircuito. El segundo de los requisitos mencionados solo se puede implementar de manera sensata con valores de corriente nominal bajos.

Teniendo en cuenta esta problemática, el documento DE 102014 215 279 A1 remite a un perfeccionamiento de un cortacircuito fusible de tal manera que están previstos contactos adicionales, representando uno de los contactos adicionales un contacto de activación para hacer que el conductor fusible se funda indirecta o directamente por el inicio de un cortocircuito. Aparte de eso, el conductor fusible puede presentar un punto teórico de rotura controlada en el área de uno de los contactos adicionales. En una forma de realización, el conductor fusible está rodeado al menos por secciones con un medio de extinción, en particular con arena.

Respecto al estado de la técnica, todavía se hace referencia a los documentos DE 102015 112141 A1, CH 410137 A, US 2400 408 A y WO 2014/158328 A1.

A partir de lo anteriormente mencionado, el objetivo de la invención es especificar un cortacircuito fusible activable perfeccionado para aplicaciones de baja tensión para la protección de equipos que se pueden conectar a una red de suministro, en particular aparatos de protección contra sobretensiones, pudiendo dispararse de manera selectiva el cortacircuito, adicionalmente al valor de la integral de fusión con respecto al valor nominal del cortacircuito cuando sea necesario y dependiendo de las corrientes que se van a esperar, en particular corrientes de cortocircuito. A este respecto, se debería recurrir a una destrucción conocida en sí del conductor fusible por la acción de fuerzas mecánicas. La activación, es decir, el control para la separación del conductor fusible en caso de funcionamiento defectuoso, se debería asumir por una unidad de control de orden superior y, en caso de que el cortacircuito se integre como protección de respaldo en aparatos de protección contra sobretensiones, se debería asumir por el aparato de protección contra sobretensiones. Aparte de eso, el cortacircuito fusible activable debería ser capaz de dispararse sobre la base de los valores de impedancia de red medidos.

La estructura del cortacircuito que se va a crear debería ser económica, el cortacircuito debería poseer una alta capacidad de conmutación y una forma constructiva pequeña. A través de la especificación de valores para la configuración de constricciones adicionales, se puede implementar la posibilidad de una curva característica de protección de cortacircuito ajustable de manera selectiva.

El resolución del objetivo de la invención se realiza a través de las características de la reivindicación independiente, comprendiendo las reivindicaciones secundarias al menos configuraciones y perfeccionamientos convenientes. Por consiguiente, para la resolución del objetivo se recurre a un cortacircuito fusible activable, que es adecuado en particular para aplicaciones de baja tensión para la protección de equipos que se pueden conectar a una red de suministro, en particular aparatos de protección contra sobretensiones. El cortacircuito fusible consta de al menos un conductor fusible ubicado entre dos contactos y dispuesto en una carcasa. Además, está previsto un equipo de activación para la separación controlada del conductor fusible en caso de funcionamientos defectuosos o condiciones de sobrecarga del equipo conectado en cada caso, estando introducido en la carcasa un agente extintor.

El cortacircuito de acuerdo con la invención dispone de al menos un conductor fusible con varias constricciones en serie, mediante lo cual está garantizada la función pasiva de un cortacircuito de baja tensión y de alta fuerza eléctrico habitual. Adicionalmente, el cortacircuito presenta al menos una constricción especial adicional por conductor fusible, la cual no perjudica la función pasiva del cortacircuito y se puede iniciar a través de una activación independientemente de la carga de corriente. Esta constricción especial se destruye por medio de desgarro mecánico, recorte, punzonado o bien troquelado o separación de una conexión de soldadura.

De acuerdo con una idea inventiva, en la carcasa está configurada un área libre de agente extintor de tal manera que el al menos un conductor fusible quede expuesto en al menos una sección.

A través de un acceso en la carcasa se puede introducir un elemento separador mecánico en el área libre de agente extintor para destruir mecánicamente, dependiendo del equipo de activación, el al menos un conductor fusible independientemente de su integral de fusión.

En una forma de realización de la invención, el elemento separador está configurado como cuchilla o filo cortante. El propio elemento separador se puede accionar en la dirección del conductor fusible por un detonador de puente. La energía mecánica para mover el elemento separador se puede proporcionar del mismo modo por medio de una aleación con memoria de forma u otros medios que cambien de forma o de volumen.

El equipo de activación presenta una unidad de detección y de evaluación, así como un control para el detonador de puente a modo de ejemplo y un suministro de energía, y posee al menos una entrada de control.

A través del equipo de detección y evaluación se puede interrumpir la curva característica pasiva del conductor fusible en cualquier momento, aproximadamente > 10 ms. Exclusivamente el área de fusión adiabática permanece intacta. El valor I2t relacionado con ello está coordinado de manera conocida con el consumidor que se va a proteger a través del dimensionamiento del conductor fusible.

La solución de acuerdo con la invención también posibilita la interrupción de corrientes muy pequeñas muy por debajo de la intensidad de corriente nominal pasiva del conductor fusible y, del mismo modo, una interrupción sin corriente. Con ello, también se puede realizar una interrupción independientemente del flujo de corriente, por ejemplo, ya en el caso de un cambio de impedancia medido.

Debido a la medición continua y cuando se diseña como un sistema adaptativo, la unidad de evaluación y de detección puede tener en cuenta cambios en la red al establecer la curva característica de protección actual. Esto resulta ventajoso en el caso de un número cambiante de consumidores o de un rendimiento de red cambiante por parte de los productores de energía.

Funciones básicas conocidas para el desencadenamiento tales como la corriente, la tensión, sus aumentos o bien incluso su comportamiento dependiente del tiempo, pero también señales de control externas, se pueden utilizar para el control de la función de activación además de la evaluación de impedancia. En el caso de la protección de aparatos de protección contra sobretensiones, también se pueden utilizar superficies de tiempo-tensión y, en combinación con una evaluación de corriente, también desarrollos temporales en la potencia o bien la conversión de energía como criterios de activación.

Se pueden incorporar y tener en cuenta criterios tales como presión, temperatura, luz, campos magnéticos, campos eléctricos o similares a través de sensores adicionales en entradas adicionales.

Como se ha expuesto, el cortacircuito fusible activable de acuerdo con la invención es adecuado en particular como cortacircuito de reserva de descargadores para la conexión en serie con descargadores de sobretensión en el ámbito de aplicación de baja tensión.

En este sentido, el cortacircuito de acuerdo con la invención está configurado en particular para la aplicación con descargadores de chispas y se puede diseñar correspondientemente a estas particularidades. En principio, el principio propuesto es adecuado tanto para aplicaciones de tensión continua como de tensión alterna y también permite una utilización, por ejemplo, en la rama en serie.

Debido a la forma constructiva pequeña, el cortacircuito controlable se puede utilizar en una carcasa común de un aparato de protección contra sobretensiones en serie respecto a un descargador de chispas o un varistor.

El cortacircuito protege el aparato de protección contra sobretensiones contra, durante o, dado el caso, también después de una sobrecarga y lo separa de la red.

De acuerdo con una idea inventiva adicional de la enseñanza de la invención, se propone un cortacircuito activable, el cual tiene como meta un recorte mecánico definido de una constricción adicional especial de un conductor fusible de cortacircuito después de la activación de un disparador.

De acuerdo con la invención, se realiza una coordinación constructiva de la constricción adicional respecto a las constricciones de corriente pasivas existentes, es decir, las clásicas constricciones del cortacircuito. Como agente extintor es adecuada, por ejemplo, la arena de cuarzo, en particular en el caso de altos rendimientos de conmutación. Con la variante descrita a continuación resuelve el objetivo de crear un cortacircuito que combina las ventajas de un cortacircuito limitador de corriente clásico con aquellas de un cortacircuito en cierto sentido inteligente activable con una sola cuchilla de corte, de tamaño constructivo reducido y activador sencillo. En el caso de la función pasiva, el cortacircuito no da como resultado un aumento del nivel de protección del descargador aguas abajo y, en el caso de una activación, no genera ninguna tensión por encima del nivel de protección reconocido del respectivo aparato de protección contra sobretensiones conectado.

La solución en relación a esto se basa en uno o varios conductores fusibles de cortacircuito paralelos, que están dispuestos dentro de un medio de extinción.

Los conductores fusibles poseen varias constricciones de corriente eléctricas convencionales, es decir, en serie, cuyo número corresponde al diseño habitual para la correspondiente tensión nominal del cortacircuito.

Correspondientemente a los cortacircuitos de baja tensión y de alta fuerza conocidos, los conductores fusibles se extienden predominantemente en línea recta axialmente a través del cuerpo del cortacircuito. La estructura y el modo de funcionamiento de dicho cortacircuito y las constricciones corresponden, en el caso de altas corrientes de cortocircuito o bien tiempos de fusión virtuales de aproximadamente < 10 ms, a aquellos de los cortacircuitos convencionales.

El al menos un conductor fusible dispone preferentemente de al menos una constricción mecánica especial adicional entre las constricciones de corriente habituales mencionadas, la cual se puede cortar por medio de al menos un actuador y una cuchilla de corte o un medio similar.

La cuchilla de corte como elemento separador consta preferentemente de un material aislante o está provista de un revestimiento aislante. Esta cuchilla de corte aislante da como resultado una prolongación del recorrido de separación entre el conductor fusible interrumpido. El recorrido de separación resultante es capaz de implementar una rigidez dieléctrica de al menos 2,5 kV, preferentemente 4-6 kV.

La constricción adicional de acuerdo con la invención de acuerdo con formas de realización adicionales de la invención se diferencia de las constricciones habituales conocidas por las medidas explicadas a continuación.

La constricción adicional geométrica o mecánica posee una sección transversal restante, la cual es superior a la de las constricciones habituales. El valor de la integral de fusión (valor I2t) de la constricción está dimensionado de manera que sea igual o mínimamente superior a la integral de desconexión del cortacircuito. Este diseño provoca que la constricción no responda a corrientes de cortocircuito.

Sin embargo, el área de la constricción adicional está a disposición para la prolongación los arcos voltaicos.

La constricción geométrica y la cuchilla de corte están ubicadas en un área sin medio de extinción.

Esta área se separa preferentemente por ambos lados con almas delgadas de las áreas con agente extintor y las constricciones eléctricas.

El ancho de esta área está limitado fundamentalmente al ancho de la cuchilla y al doble del grosor del conductor fusible.

El conductor fusible o los conductores fusibles está(n) guiado(s) a través del alma de aislamiento de tal manera que preferentemente no sea necesario ningún sellado adicional para el área de separación con el fin de evitar la penetración de un medio de extinción, por ejemplo, arena de cuarzo.

Las almas de aislamiento pueden estar elaboradas de cerámica, fibra vulcanizada o por el contrario de polímeros con o sin desprendimiento de gas (POM). El espesor de pared asciende preferentemente a < 1 mm.

El ancho de la cuchilla de corte es preferentemente mayor que el ancho del conductor fusible, pero al menos más ancho que la constricción mecánica adicional.

La cuchilla posee un recorrido de elevación que va más allá del área de expansión del conductor fusible cuando se separa. El recorrido de la conexión más corta entre un conductor fusible cortado sin corriente se encuentra en > 4 mm. En el caso de una desconexión del arco voltaico, el recorrido se prolonga por la erosión eléctrica del conductor fusible. En la cuchilla pueden estar previstas medidas para la prolongación del recorrido de deslizamiento. La cuchilla puede formar una hendidura de aislamiento con una contrapieza fija o deformable.

En el caso de la desconexión activa, el arco voltaico se puede prolongar muy rápidamente desde el área de corte hacia el área con agente extintor. Por eso, el desarrollo de la presión y, por lo tanto, la carga de la carcasa en el área de corte son bajos. En el caso de la función pasiva, la alta capacidad de extinción está garantizada por las constricciones en las dos áreas con agente extintor, por ejemplo, arena de cuarzo compactada.

El material de la constricción adicional en el área de corte está a disposición para una prolongación del arco voltaico. A través de la elección del material para la cuchilla y las almas de aislamiento o las paredes del alma también se puede implementar en esta área un enfriamiento comparativamente bueno del arco voltaico.

Debido a la realización que ahorra espacio y a la baja influencia en el comportamiento pasivo del cortacircuito, se pueden implementar tamaños constructivos pequeños. La guía del conductor fusible y la impedancia no se diferencian de los cortacircuitos habituales, mediante lo cual se puede limitar la caída de tensión en el caso de corrientes pulsatorias. Debido al comportamiento pasivo de la constricción adicional en caso de cortocircuito, se puede limitar el nivel de tensión del cortacircuito y es posible mantener el nivel de protección del descargador.

Por medio de la posibilidad de la prolongación rápida del arco voltaico al cortar solo una constricción en el área con agente extintor comprimido o la denominada "arena artificial" (stone sand), el cortacircuito también se puede controlar en el caso de altas corrientes de cortocircuito, mediante lo cual está garantizado un modo de funcionamiento tanto pasivo como activo.

Lo anterior permite, en el caso de una separación de solo una constricción, la activación del cortacircuito incluso a altas corrientes con tiempos de fusión virtuales de < 10 ms. Por lo tanto, el cortacircuito se puede interrumpir prácticamente en el estado sin corriente, en el caso de pequeñas corrientes muy por debajo de la intensidad de corriente nominal e incluso en el caso de altas corrientes de defecto en el intervalo de kA ya después de un corto tiempo. Del mismo modo, casi cualquier curva característica de tiempo/corriente se puede implementar correspondientemente a los respectivos requisitos.

En el caso de una variante de realización con varios conductores fusibles, existe la posibilidad de separar los conductores fusibles al mismo tiempo con mayor esfuerzo o uno detrás de otro con menos esfuerzo con un único actuador. A este respecto, la dirección de movimiento puede ser recta, o por el contrario también circular o excéntrica. Del mismo modo, las cuchillas de este tipo de movimiento se pueden diseñar correspondientemente de manera diferente.

Como alternativa, existe la posibilidad de separar los conductores fusibles por separado con en cada caso una cuchilla y un actuador. Esto también permite un movimiento opuesto o bien superpuesto de la cuchilla, pudiendo servir las cuchillas al mismo tiempo para la formación de una hendidura.

Para implementar una desconexión rápida cuando sea necesario, se implementa un actuador adecuado junto con una detección rápida de errores.

Para evitar equipos de encendido o generadores de gas relevantes para explosivos, se propone de acuerdo con la invención utilizar un encendedor sencillo, es decir, un denominado detonador de puente, sin su propia fuerza explosiva. Para lograr aun así un efecto de fuerza suficiente, la onda de presión que se produce durante el encendido se utiliza a modo de un principio de pistón/cilindro para seccionar la constricción mecánica o geométrica del o de los conductor(es) fusible(s).

Para ello, por ejemplo, el propio eje de la cuchilla se puede guiar en el pistón o bien puede estar conectado al pistón o se puede fijar a un proyectil guiado en el pistón.

En este sentido, la cuchilla puede estar dispuesta muy cerca del conductor fusible. Sin embargo, también se puede seleccionar una distancia para el aumento del impulso de la cuchilla si hay suficiente espacio o si el accionamiento está ubicado en el exterior. Sin embargo, el pistón, pero también la cuchilla, se pueden guiar preferentemente de manera adicional. El proyectil mencionado se asienta de manera suelta en el pistón. En la cavidad del pistón se encuentra un encendedor o bien un detonador de puente, el cual llena la cavidad del pistón. La cavidad está estanqueizada con respecto al proyectil a través de un recorrido en la dirección de movimiento, la cual corresponde al menos a la trayectoria de movimiento hasta el corte del o de los conductor(es) fusible(s). Por lo tanto, está garantizado que la estanqueidad respecto al proyectil en el pistón solamente se anula después de que se haya seccionado la constricción.

Como es habitual en el caso de cortacircuitos pasivos, los conductores fusibles del cortacircuito están fijados preferentemente de forma rígida a la carcasa del cortacircuito con una tapa inferior y una tapa de extremo. El aislamiento en ambos lados del área de corte respecto al área del agente extintor sirve como guía adicional para el conductor fusible en el área de corte estrecha.

A este respecto, la guía en los pasos de las placas de aislamiento está diseñada de manera que el o los conductor(es) fusible(s), en el caso de la posición transversal respecto a la cuchilla, se pueden deformar ligeramente en la dirección del movimiento de la cuchilla cuando golpea la cuchilla. Se ha demostrado que esta ligera deformación requiere un esfuerzo menor que una guía rígida de conductor fusible. En el caso de la separación de los conductores fusibles, estos se doblan en ambos lados entre el aislamiento y la cuchilla. Como alternativa, también es posible un troquelado con el diseño de cuchilla correspondiente y los efectos de fuerza necesarios.

El efecto de fuerza del actuador se basa fundamentalmente en la expansión térmica del gas que rodea el detonador de puente. Esta cantidad de gas mínimamente calentada se puede distender sin problemas después de la apertura del pistón dentro de un volumen muy pequeño, es decir, dado el caso directamente en el área de corte, de manera que no se tenga que prever ningún refuerzo de la carcasa del cortacircuito, las tapas o una ventilación o similares. Si los tiempos de desconexión más largos son suficientes en el concepto de protección para el aparato de protección contra sobretensiones utilizado o bien los consumidores conectados, también se pueden usar actuadores con tiempos de respuesta más lentos. Por ejemplo, en este caso son concebibles aleaciones con memoria de forma u otros materiales que cambian de volumen. Los requisitos más altos para una coordinación entre la fuerza requerida para recortar o seccionar una constricción están vinculados a la capacidad de carga de corriente pulsatoria requerida, en la cual no se debería provocar ninguna separación del conductor fusible del cortacircuito.

Las cargas en el caso de descargadores a base de varistor son menores en comparación con un descargador de sobrecorriente momentánea de rayos a base de descargadores de chispas. En general, en el caso de pararrayos se supone una carga máxima de l0o kA 10/350 ps. En el caso de redes de corriente alterna habituales, para un descargador de chispas individual esto significa una carga de 25 kA 10/350 ps. El conductor fusible de un cortacircuito debería cumplir con el requisito anterior en el caso de la aplicación descrita. Esto se refiere tanto a las constricciones eléctricos habituales como a las constricciones mecánicas o geométricas adicionales descritas.

En el caso de un cortacircuito de baja tensión y de alta fuerza habitual, este requisito corresponde aproximadamente a un cortacircuito con una intensidad de corriente nominal de 315 A. Con respecto a la tensión nominal del cortacircuito, se selecciona a menudo una tensión en el intervalo de la tensión de fases unidas de la red, en la cual se utiliza el descargador. Con ello, el cortacircuito debería ser adecuado para una tensión de 400 voltios en una red habitual de 230/400 voltios. En caso de una desconexión, el cortacircuito de reserva del descargador no genera ninguna tensión de arco voltaico, la cual se encuentra por encima del nivel de protección del descargador. En el caso de un diseño de las constricciones de cortacircuitos de baja tensión y de alta fuerza, se puede contar con una tensión de aproximadamente 300 voltios para cada constricción. Estos requisitos dan por resultado un número de como mínimo tres y como máximo cinco constricciones comunes conocidas habituales para dicho cortacircuito, mediante lo cual generalmente no se excede un nivel de protección habitual de aproximadamente 1,5 kV.

Una variante de solución adicional se basa en un cortacircuito controlable, en particular para la aplicación como cortacircuito de reserva del descargador, realizándose en el caso de esta variante un desgarro definido de un conductor fusible del cortacircuito utilizando una constricción adicional especial.

Así, este enfoque tiene como finalidad una forma de realización económica y que ahorra espacio de un cortacircuito activable, el cual se basa en el desgarro definido de una constricción adicional especial de un conductor fusible del cortacircuito en el medio de extinción después de la activación de un disparador. Las propiedades restantes de un cortacircuito completamente capaz de funcionar por lo demás pasivamente no se ven afectadas. Las particularidades de este enfoque de solución se encuentran en la simplicidad del disparador y la coordinación de la constricción geométrica adicional respecto a las constricciones del cortacircuito clásicas y conocidas.

Cuando se ejercen fuerzas de tracción sobre uno o varios conductores fusibles, se estiran todos las constricciones existentes, es decir, toda la tira de conductor fusible y la fijación de la tira. En el caso de conductores fusibles con una longitud de 5-8 cm, la longitud de estiramiento puede ascender fácilmente de varios milímetros hasta el punto de romperse, en particular en el caso de conductores fusibles de cobre.

Si se debiera crear un recorrido de separación de aproximadamente 3 mm, el recorrido de elevación necesario ya se puede encontrar muy por encima de 10 mm, lo cual da como resultado una ampliación indeseable de dicho elemento constructivo.

Para limitar la expansión, existe la posibilidad de fijar parcialmente el conductor fusible con respecto a la carcasa o el agente extintor (arena). Como alternativa, existe la posibilidad de solidificar parcialmente el agente extintor.

A diferencia de las medidas explicadas anteriormente, de acuerdo con la enseñanza, la expansión en el conductor fusible se realiza predominantemente en un punto teórico de rotura controlada mecánico adicional, es decir, geométrico.

Por eso, la prolongación total se encuentra solo ligeramente por encima del alargamiento de rotura necesario del punto teórico de rotura controlada y el recorrido de separación pretendido.

El punto teórico de rotura controlado mecánico adicional, también denominada constricción de tracción, se debe coordinar y dimensionar junto con las constricciones eléctricas conocidas.

Para que la constricción mecánica posea una resistencia a la tracción significativamente menor, la sección transversal de esta es más pequeña que aquella de las constricciones eléctricamente relevantes. Sin embargo, por lo tanto, se debe asegurar que, a pesar de la sección transversal más pequeña en el caso de la misma carga de corriente, la constricción mecánica no responda antes de las constricciones eléctricas con todas las cargas de corriente, incluidas las cargas transitorias, sino con un retardo de tiempo o bien con cargas más altas.

Así, la forma de realización en relación a esto que no pertenece a la invención se basa en uno o varios conductores fusibles del cortacircuito paralelos en un medio de extinción. Los conductores fusibles poseen varias constricciones convencionales en serie, cuyo número corresponde a un diseño habitual para la tensión nominal correspondiente del cortacircuito.

De acuerdo con los cortacircuitos de baja tensión y de alta fuerza habituales, los conductores fusibles se extienden predominantemente en línea recta axialmente a través del cuerpo del cortacircuito. El o los conductor(es) fusible(s) dispone(n) preferentemente de al menos una constricción especial adicional, que se puede desgarrar por un actuador, entre las constricciones conocidas mencionadas.

El actuador utilizado requiere además una prolongación definida del conductor fusible interrumpido. El recorrido de separación total resultante implementa una rigidez dieléctrica de al menos 2,5 kV.

La constricción adicional se diferencia de las constricciones habituales por las siguientes características.

La constricción mecánica o geométrica adicional posee una sección transversal restante, la cual es significativamente menor que la de las constricciones habituales. El valor de la integral de fusión de la constricción es el mismo o incluso mayor que aquel de las constricciones conocidas habituales en el período de tiempo de cargas de corriente pulsatoria, en particular en la forma de corriente pulsatoria de 8/20 ps y 10/350 ps.

Aparte de eso, la resistencia mecánica con respecto a la dirección de la fuerza del actuador es significativamente menor que la resistencia mecánica de las constricciones conocidas restantes.

En este sentido, la fuerza del actuador actúa casi solo sobre la constricción adicional. La expansión de las constricciones conocidas habituales como consecuencia de la aplicación de fuerza del actuador es insignificante. La constricción mecánica se diseña con respecto a la constricción eléctrica de manera que esta generalmente no responde a cargas de frecuencia de red. Sin embargo, el área de la constricción está a disposición para la prolongación de los arcos voltaicos de las constricciones normales.

Así, la constricción mecánica, por sus dimensiones, está realizada de manera significativamente más pequeña que las constricciones conocidas. En el caso de los conductores fusibles en forma de tira, la constricción está diseñada de manera que se puede evitar en su mayor parte una distribución desigual de la corriente incluso en el caso de incrementos pronunciados de la corriente. Para ello, la constricción se realiza en el mejor de los casos como un ahusamiento en los dos lados de la tira en todo el ancho con una longitud < 500 pm, óptimamente < 100 pm. En el caso de un diseño de este tipo con troquelados habituales o bien entalladuras continuas, estos están implementados de manera que las entalladuras sean igualmente cortas y el ancho de las entalladuras no supere la longitud en más de dos veces.

En principio, también son otras variantes de diseño adicionales. La finalidad de las medidas propuestas es una distribución de la densidad de corriente lo más uniforme posible en el conductor fusible y las constricciones, incluso en el caso de carga de corriente pulsatoria con una disipación de calor muy buena y casi sin distorsiones desde el área de la constricción geométrica.

Lo anterior asegura un incremento de temperatura más bajo dentro de la constricción mecánica con una sección transversal más pequeña que en la constricción eléctrica habitual con una sección transversal más grande, incluso en el caso de cargas de impulso de corriente rápidas de hasta < 1 ms.

La invención se explicará con más detalle a continuación mediante ejemplos de realización así como con la ayuda de figuras. En este sentido, muestran:

la figura 1 un diagrama de bloques de una disposición básica, que consta de una unidad de detección y de evaluación, control, suministro de energía y cortacircuito activable;

la figura 2 una estructura a modo de ejemplo de un cortacircuito activable en sección;

la figura 3 una curva característica de tiempo/corriente a modo de ejemplo de un cortacircuito activable de acuerdo con la invención;

la figura 4 un conductor fusible a modo de ejemplo para un cortacircuito de cápsula con constricciones, las cuales están diseñadas para ser más largas que las constricciones habituales conocidas para lograr tiempos de fusión cortos en el caso de pequeñas sobrecorrientes;

la figura 5 una forma constructiva con un conductor fusible no rectilíneo, sino con una guía angular del conductor fusible con los terminales A y B;

la figura 6 una disposición básica con dos conductores fusibles y cuchillas opuestas con en cada caso un actuador;

la figura 7 un área parcial de la disposición de acuerdo con la figura 2 después de una separación sin efecto de arco voltaico;

la figura 8a una disposición en la cual los conductores fusibles se cortan al mismo tiempo y transversalmente; la figura 8b una representación del corte simultáneo de los conductores fusibles con una alineación vertical respecto al conductor fusible;

la figura 9 un elemento de corte con dos cuchillas descentradas en sección transversal, el cual posibilita el corte de dos conductores fusibles transversalmente con un recorrido de elevación corto;

la figura 10 en cada caso, cuchilla y actuador para cortar un conductor fusible con recorrido de elevación corto y movimiento opuesto de las cuchillas;

la figura 11 un elemento de corte con dos cuchillas y un movimiento rotatorio, el cual se puede forzar por medio de una guía correspondiente y solo un solo actuador;

la figura 12 una forma de realización en la cual un conductor fusible del cortacircuito adicional, el cual se puede realizar, por ejemplo, en forma de alambre, no se interrumpe por el equipo de separación; la figura 13 una alternativa a un alambre con un conductor fusible sobre un soporte;

la figura 14 una disposición de corte en paralelo respecto a una distancia explosiva entre cuernos, la cual se ha puesto en cortocircuito con un alambre fusible de intensidad de corriente nominal baja, y conmutando, cuando se corta el conductor fusible principal, la corriente en el alambre fusible, el cual enciende la distancia explosiva entre cuernos, que luego extingue la corriente en una cámara de explosión;

la figura 15 un perfeccionamiento de una cuchilla de corte y de separación;

la figura 16 una disposición con un actuador con un recorrido de elevación corto pero variable;

la figura 17 un conductor fusible con constricciones conocidas en forma de entalladuras alargadas, estando prevista entre las constricciones conocidas un área con una sección transversal no disminuida y estando realizada dentro de esta área una constricción adicional en forma de varias entalladuras romboidales con una longitud total corta;

la figura 18 un conductor fusible para un cortacircuito de cápsula con constricciones, las cuales, para lograr tiempos de fusión cortos con pequeñas sobrecorrientes, están diseñadas de manera diferente a las constricciones conocidas habituales;

la figura 19 una forma de realización que no pertenece a la invención, en la cual la constricción 4 mecánica adicional está introducida entre constricciones conocidas habituales;

las figuras 20a-c diferentes variantes de diseño de la constricción mecánica adicional;

las figuras 21a y b una estructura a modo de ejemplo de un cortacircuito de baja tensión y de alta fuerza en forma constructiva de cápsula (de manera recortada) con A en el estado normal y B disparado; las figuras 22a y b una forma de realización para un uso de aleaciones con memoria de forma con utilización especial de la fuerza de tracción;

la figura 23 una forma de realización en la que la fuerza de tracción actúa sobre un punto de soldadura, el cual se puede liberar en el plazo de un tiempo muy corto, es decir, en el intervalo de milisegundos, por ejemplo, a través de una lámina de reacción con reacción exotérmica.

La figura 1 muestra una disposición básica de una forma de realización de acuerdo con la invención, la cual consta de una unidad de detección y de evaluación 1, un control 2, una suministro de energía 3 y el cortacircuito 4 controlable y activable.

La unidad de control 2 presenta una entrada de control 5 externa adicional.

La unidad de detección y de evaluación 1 posee varias entradas de medición 8 y una entrada para medición de corriente 6, así como para la medición de tensión 7.

A las entradas 8 se pueden conectar sensores adicionales.

Aparte de eso, existe la posibilidad de prever una entrada de comunicación para equipos de medición externos. La salida de señal al cortacircuito 4 se puede realizar de manera cableada pero también inalámbrica si el equipo de encendido (detonador de puente) se suministra por separado.

La figura 2 muestra una estructura a modo de ejemplo de un cortacircuito activable con elemento de corte 13 en sección.

Con respecto al cortacircuito, esta representación corresponde a la estructura clásica de los cortacircuitos de baja tensión y de alta fuerza conocidos con un agente extintor en forma de arena de cuarzo y un área complementaria para la activación de un detonador de puente 14.

El cortacircuito 4 de acuerdo con la invención presenta dos tapas de conexión 9, dos conductores fusibles 10, dos áreas 11 con un agente extintor, por ejemplo, arena de cuarzo, y un área libre de agente extintor 12. En el área libre de agente extintor 12 se puede introducir una cuchilla de corte 13 para separar los conductores fusibles 10.

Cuando se activa el detonador de puente 14, la cuchilla de corte 13 se acelera en la dirección del conductor fusible 10 y lo corta.

En la trayectoria de movimiento de la cuchilla de corte 13, puede estar prevista un área de parada en el área libre de agente extintor. Esta área de parada sirve para la amortiguación del impacto y, por lo tanto, para la protección de la pared de la carcasa así como de la cuchilla. Adicionalmente, esta área se puede utilizar para una estrangulación del arco voltaico a modo de hendidura. El área de parada se puede implementar, por ejemplo, por medio de un plástico blando o bien elástico o poroso con o sin desprendimiento de gas. Como alternativa, una amortiguación también es posible en un área a modo de hendidura que se estrecha hecha de material aislante.

La activación del detonador de puente 14 se realiza en este sentido a través de las líneas piloto 15, las cuales se pueden conectar directamente al control 2 (véase la figura 1).

El detonador de puente 14 está ubicado en un cerramiento 16, presentando el cerramiento 16 un pistón 17 accionado por el detonador de puente 14, el cual está en conexión con el elemento separador 13.

El área libre de agente extintor 12 está configurada como un canal aislado respecto al agente extintor 11. El canal presenta paredes laterales 18, las cuales también pueden servir para la guía del elemento separador 13.

La figura 3 muestra a modo de ejemplo la curva característica de tiempo/corriente de una disposición de acuerdo con la invención.

En aras de la claridad, las curvas características solo están representadas de forma simplificada en el intervalo de tiempo de aproximadamente 4 ms a 10 s. De manera complementaria, se ha representado el curso básico en el intervalo de tiempo hasta aproximadamente 4 ms.

El calentamiento adiabático de los conductores fusibles de los cortacircuitos gG puede ascender a hasta > 5 ms según el diseño del conductor fusible. El conductor fusible pasivo del cortacircuito A posee, por ejemplo, una intensidad de corriente nominal de aproximadamente 315 A. El cortacircuito B posee una intensidad de corriente nominal significativamente menor de 100 A, pero con casi la misma integral de fusión adiabática (valor I2t).

Sobre la base de este valor, la capacidad de carga de corriente pulsatoria, la cual es importante, por ejemplo, para a aplicación en combinación con un aparato de protección contra sobretensiones, es comparable para ambos cortacircuitos. Para lograr una curva característica de este tipo, el conductor fusible B se debe diseñar correspondientemente o se debe envejecer adicionalmente.

En el intervalo de tiempo adiabático, el comportamiento del equipo de protección propuesto se determina por el comportamiento de fusión pasivo del conductor fusible del cortacircuito.

En el caso de corrientes más pequeñas y tiempos de fusión pasiva teóricamente más largos del respectivo cortacircuito A o B, el tiempo hasta la interrupción activa del conductor fusible se puede limitar según se desee, por ejemplo, de 10 ms hasta el tiempo de fusión pasivo. Por lo tanto, la curva característica de tiempo/corriente puede estar diseñada como se desee por debajo de la curva característica pasiva de tiempo/corriente de los cortacircuitos. Por lo tanto, también es posible en un amplio intervalo el ajuste de la duración máxima del flujo de corriente y los niveles máximos de flujo de corriente. El intervalo a modo de ejemplo con una curva característica variable se limita por las líneas discontinuas por debajo de la curva característica pasiva de los conductores fusibles A y B. Por ello, es posible una buena adaptación a diversos objetivos de protección.

La figura 4 muestra un conductor fusible 1A para un cortacircuito de cápsula con constricciones 2A, las cuales están diseñadas para ser más largas que las constricciones eléctricas conocidas para lograr tiempos de fusión cortos en el caso de pequeñas sobrecorrientes. Esto da como resultado una disminución ventajosa de la intensidad de corriente nominal del cortacircuito. La longitud de las constricciones corresponde aproximadamente a la distancia de la sección transversal no promediada del conductor fusible 1A entre las constricciones. Entre las constricciones se encuentra una constricción adicional 3A para cortar el conductor fusible con un menor grado de modulación que las constricciones 2A.

Para conseguir unas propiedades de extinción óptimas con un simple relleno de arena de cuarzo como agente extintor, resulta ventajosa una división del conductor fusible en varios conductores fusibles en el caso de altas corrientes pulsatorias que se van a dominar y el alto porcentaje de metal asociado a ello. Para los requisitos relevantes de acuerdo con la invención resultan ventajosos dos conductores fusibles del mismo diseño.

En principio, el tamaño constructivo, la geometría de la carcasa del cortacircuito, el número de conductores fusibles, etc. se pueden variar según sea necesario. Además de una guía recta de conductor fusible y un terminal en ambos lados en lados frontales opuestos, los terminales A y B también se pueden encontrar, evidentemente, en un lado de la carcasa 6A de acuerdo con la figura 5.

Además de las carcasas hechas de material aislante, también se pueden implementar carcasas eléctricamente conductoras con una o dos entradas aisladas para el o los conductor(es) fusible(s).

El diseño del conductor fusible puede recurrir a tiras, alambres, tubos o similares.

La guía de los conductores fusibles y el posicionamiento de los terminales se deben diseñar de manera que las fuerzas, los niveles de corriente y, en particular, el nivel de protección de toda la disposición se mantengan en caso de una carga con impulsos transitorios. La caída de tensión inductiva en la disposición del cortacircuito se debe limitar a valores < 300 V, si es posible < 200 V en el caso de cargas superiores a 25 kA. Para la reducción de la inductancia, existe la posibilidad de diseñar la guía del conductor fusible también de forma bifilar.

La figura 6 muestra una disposición básica de dos conductores fusibles 1A con dos cuchillas 4A opuestas con en cada caso un actuador (no mostrado por simplicidad).

A este respecto, la carcasa sirve al mismo tiempo como terminal A. El terminal B adicional se conduce hacia fuera de la carcasa 6A de manera aislada. La disposición coaxial reduce la caída de tensión inductiva.

La figura 7 representa un área parcial de la disposición correspondientemente a la figura 2 después de una separación sin efecto de arco voltaico.

En la figura 7, se puede reconocer el plegado lateral de las áreas del conductor fusible 12A entre la cuchilla 4A y las placas de aislamiento. Debido a la guía ajustada de estas partes, en el caso de su diseño correspondiente, la sujeción de las partes también se puede utilizar para la ralentización de la cuchilla 4A y la formación de una hendidura.

La figura 8a muestra una disposición en la cual los conductores fusibles se cortan al mismo tiempo y transversalmente. La figura 8b muestra un corte simultáneo de los conductores fusibles con una alineación vertical respecto al conductor fusible. De acuerdo con la figura 8a, el actuador 5a y la cuchilla de corte están integrados directamente en la carcasa del cortacircuito de manera que se ahorra espacio.

En la figura 9 se representa en sección transversal un elemento de corte con dos cuchillas 4A descentradas, el cual posibilita el corte de dos conductores fusibles 1A con un recorrido de elevación corto.

De acuerdo con la figura 10, en cada caso se utiliza una cuchilla 4A o un actuador 5A para cortar un conductor fusible 1A. Esto posibilita recorridos de elevación cortos, un movimiento opuesto de las cuchillas y, en el caso de la realización adecuada, una formación parcial de hendiduras directamente entre las cuchillas 4A, en caso de que no esté previsto ningún recorrido de aislamiento adicional con o sin función de extinción o un área con agente extintor. En la figura 11 está representado un elemento de corte con dos cuchillas 4A y un movimiento rotatorio, el cual se puede forzar por medio de una guía correspondiente y con solo un actuador. En este sentido, la cuchilla 4A se puede guiar en cada caso en una parte de manera que sea posible una buena formación de hendiduras.

La figura 12 muestra una forma de realización en la cual un conductor fusible del cortacircuito adicional 13A, el cual se puede realizar, por ejemplo, también en forma de alambre, no se interrumpe por el equipo de separación.

El cable se puede contactar en los terminales principales o incluso directa o indirectamente en los conductores fusibles principales.

Preferentemente, el alambre está rodeado por un medio de extinción 14A. En el caso de la interrupción del conductor fusible principal, la corriente conmuta en el alambre, mediante lo cual se puede evitar en su mayor parte una formación de arco voltaico en el área de corte y se puede implementar una alta rigidez dieléctrica después de la separación completa.

La interrupción se realiza a través de un conductor fusible adicional, el cual posee una intensidad de corriente nominal muy baja, en particular por debajo de la intensidad de corriente nominal de la red.

El conductor fusible 13A en forma de alambre, por ejemplo, se puede interrumpir con desfase de tiempo con el mismo filo cortante, dado el caso, directa o indirectamente, para posibilitar un paso de corriente a 0 A. Es posible una interrupción indirecta en el caso de un desplazamiento mecánico o destrucción de un soporte en o a través del alambre. Como alternativa a un alambre, es posible realizar un conductor fusible en un soporte 15A correspondientemente a la figura 13. Del mismo modo, es factible un desplazamiento de un cortacircuito SMD (siglas en inglés para "dispositivo de montaje exterior").

Con modificaciones adicionales, la disposición básica explicada es adecuada para la interrupción de altas corrientes de cortocircuito.

La disposición de corte o de separación de acuerdo con la invención se puede encontrar en paralelo respecto a una distancia explosiva entre cuernos 16A, la cual se ha puesto en cortocircuito, por ejemplo, con un alambre fusible 17A de baja intensidad de corriente nominal. Cuando se corta el conductor fusible principal, la corriente conmuta en el alambre fusible 17A, el cual enciende la distancia explosiva entre cuernos 16A, que a su vez extingue la corriente en una cámara de explosión 18A de manera que limita la corriente.

Una disposición de este tipo está representada a modo de ejemplo en la figura 14.

Los requisitos con respecto a la conmutación de corriente y el riesgo de encendido inverso son en este caso menores que con una conexión en paralelo a un cortacircuito con una intensidad de corriente nominal más baja. También es posible un encendido de un arco voltaico directamente por debajo del área de entrada o incluso directamente en una cámara de arco voltaico. En este caso, el requisito con respecto a la conmutación de corriente y el encendido inverso ya es más alto que en el caso de la distancia explosiva entre cuernos clásica, pero es más bajo que con un cortacircuito paralelo de una intensidad de corriente nominal. En el caso de disposiciones de este tipo, se puede prescindir de las áreas llenas de agente extintor adyacentes al equipo de corte, mediante lo cual se ha reducido la impedancia y la necesidad de espacio en la ruta principal.

En el caso de un diseño adicional, el equipo de corte 4A se puede encontrar directamente en el área de encendido de una distancia explosiva entre cuernos 16a . A este respecto, la distancia explosiva entre cuernos 16A se pone en cortocircuito por medio de una tira de cortacircuito 1A, dado el caso con una constricción o un valor I2t definido y se encuentra directamente en la ruta principal.

En este sentido, la tira de cortacircuito puede estar guiada fuera del área de corte entre los electrodos divergentes. A este respecto, la cuchilla de corte o de separación está diseñada de manera que el arco voltaico, el cual se produce en el caso de la interrupción de la tira, se mueve en la dirección de la cámara de explosión y se produce en la distancia explosiva entre cuernos un recorrido de aislamiento correspondientemente a la rigidez dieléctrica deseada de acuerdo con la figura 15.

Para ello, la cuchilla se elabora al menos predominantemente de material aislante o está engastada o bien incrustada en material aislante.

Una vez separado el conductor fusible, la cuchilla se hace continuar varios milímetros, de manera que la distancia entre los restos cortados del conductor fusible ascienda a por encima de 3 mm, pero preferentemente a más de 5 mm. La cuchilla se puede guiar además lateralmente junto a los electrodos divergentes de la distancia explosiva entre cuernos en ranuras 19A hechas de material aislante, mediante lo cual se evita una descarga eléctrica lateral de arco voltaico.

Aparte de la activación por medio del actuador 5A, se puede prever además que el conductor fusible se separe térmicamente o bien se desplace fuera del área entre los dos electrodos de manera que se produzca un recorrido de separación. En este sentido, la cuchilla puede estar provista adicionalmente de una pre-tensión mecánica, la cual permite la penetración en el área de los electrodos divergentes incluso sin activación del actuador. Las formas de realización de este tipo se conocen en el ámbito de los dispositivos de separación, entre otras cosas, para varistores. Las disposiciones y formas de realización explicadas también se pueden accionar con otros actuadores internos o externos.

En este caso, también son posibles disposiciones con acumuladores de resorte.

La figura 16 muestra una disposición con un actuador 5A con un recorrido de elevación corto pero variable. En este caso, como actuador se pueden emplear, por ejemplo, piezocerámicas o similares.

En este caso, el conductor fusible 1A se guía transversalmente en dos partes aislantes 20A, las cuales están configuradas de manera similar a un punzón. Por medio del movimiento del actuador, es posible llevar a cabo una modulación definida de la constricción 3a del conductor fusible incluso después de la instalación y, por lo tanto, cambiar opcionalmente la curva característica del cortacircuito. También es posible un corte completo del conductor fusible con un nivel correspondiente de la señal al actuador 5A.

En el caso de varios conductores fusibles, el corte y la estampación de la constricción se puede llevar a cabo por medio de varios actuadores correspondientemente al número de conductores fusibles o bien también para varias constricciones por conductor fusible. Por ello, surge la posibilidad de modificar cortacircuitos de construcción idéntica para diferentes aplicaciones después de su fabricación. Las piezas troqueladas o bien estampadas están hechas preferentemente de un material que soporte la extinción del arco voltaico, por ejemplo, cerámica, polímero o similar. En el caso de agentes extintores granulares muy finos, el área de troquelado se puede aislar adicionalmente del área del agente extintor por medio de placas aislantes 9A. En el caso de conductores fusibles 1A más delgados, este aislamiento no es absolutamente necesario si el agente extintor presenta una granulación correspondiente.

La activación del cortacircuito de acuerdo con la invención depende de los actuadores seleccionados. Por ejemplo, la activación en el caso de aleaciones con memoria de forma o detonadores de puente se puede realizar a través de una corriente. La corriente se puede obtener, por ejemplo, de la red conectada o de un acumulador de energía independiente. En el caso de los detonadores de puente, la escasa energía necesaria también se puede proporcionar de forma separada galvánicamente a través de un transformador.

El grado de disparo para la activación del cortacircuito se diseña de manera que es posible una activación con la ayuda de varios criterios. En este caso, se pueden utilizar interruptores controlables activamente, los cuales disponen de un equipamiento electrónico de evaluación interno o bien una posibilidad de control externo. En el caso más sencillo, estos interruptores también pueden ser medios que reaccionan directamente a las variables físicas, los cuales están previstos en paralelo respecto al interruptor controlable. Los interruptores de este tipo pueden reaccionar a valores límite o cambios de temperatura, presión, corriente, tensión, señales ópticas, volumen o similares o combinaciones de los mismos. Como interruptores se pueden utilizar del mismo modo componentes electrónicos, mecánicos, de conmutación de tensión, pero también de cambio de impedancia.

La figura 17 de una forma de realización adicional de la invención muestra un conductor fusible 1B con las constricciones 2B habituales en forma de entalladuras alargadas. Entre estas entalladuras habituales está prevista un área con una sección transversal 3B no disminuida, la cual en este caso es similar en longitud a las entalladuras. Dentro de esta área está configurada una forma de realización a modo de ejemplo de una constricción 4B mecánica adicional. Esta constricción 4B está implementada como entalladura romboidal con una longitud total corta.

Un diseño de este tipo posee la ventaja, en particular en el caso de la utilización del cortacircuito de acuerdo con la invención en el ramal en derivación, de que, en el caso de una carga de cortocircuito, no se origina ninguna tensión de arco voltaico adicional a través de una creación de arco voltaico simultánea con respecto a las constricciones adicionales y a las conocidas, mediante lo cual la carga de tensión del consumidor que se va a proteger sigue siendo controlable.

La constricción corta se puede implementar sin una prolongación significativa del conductor fusible y sin una reducción relevante del material del conductor fusible, la cual es necesaria para una prolongación controlada del arco voltaico. Debido al diseño explicado, la constricción tampoco da como resultado una carga adicional de presión o de temperatura en la carcasa del cortacircuito.

La posición relativamente central de la constricción mecánica adicional rodeada por medio de extinción, por ejemplo, arena de cuarzo habitual, da como resultado una capacidad de extinción comparativamente alta cuando se destruye la constricción, puesto que, además del buen enfriamiento y de la prolongación mecánica, también se puede realizar muy rápidamente una prolongación en ambos lados del arco voltaico hasta el área de la constricción normal por medio de la erosión eléctrica del arco voltaico.

En principio, la constricción de tensión mecánica también se puede prever por el actuador en otras posiciones del conductor fusible, por ejemplo, inmediatamente delante de la primera constricción eléctrica en la dirección de tracción. Sin embargo, hay que considerar que la longitud libre del conductor fusible en el área llena con el agente extintor se debe prolongar, dado el caso, correspondientemente a las corrientes de cortocircuito deseadas activamente conmutables. Por consiguiente, la constricción mecánica no tiene que estar necesariamente ubicada en el centro del conductor fusible.

Lo anterior permite, incluso en el caso de la separación de solo una constricción, la activación del cortacircuito incluso a altas corrientes con tiempos de fusión virtuales de < 10 ms. Por lo tanto, el cortacircuito de acuerdo con la invención se puede interrumpir prácticamente en el estado sin corriente, en el caso de pequeñas corrientes muy por debajo de la intensidad de corriente nominal e incluso con altas corrientes de defecto en el intervalo de amperios kA después de un corto tiempo. También se puede implementar casi cualquier curva característica de tiempo/corriente según los requisitos.

Como alternativa a una guía libre del conductor fusible y un efecto de tracción en todo el conductor fusible, también son posibles las descargas de tracción en el conductor fusible o bien la fijación parcial del conductor fusible en la denominada "arena artificial". Con ello, la fuerza se puede dirigir de manera selectiva a una constricción individual.

En el caso del uso de arena de extinción gruesa o bien angulosa, puede tener sentido prever las constricciones eléctricas normales y habituales entre el actuador y la constricción de tracción mecánica, por ejemplo, con una lámina de aislamiento, de manera que se reduzca la fricción adicional.

La figura 18 muestra un conductor fusible 1B para un cortacircuito de cápsula con constricciones 2B, las cuales están diseñadas para ser más largas que las constricciones habituales para lograr tiempos de fusión cortos en el caso de pequeñas sobrecorrientes. Sin embargo, la distancia de la sección transversal 3B no disminuida del conductor fusible entre las constricciones corresponde en este caso al menos a la longitud de la constricción.

Esto da como resultado ya una disminución ventajosa de la intensidad de corriente nominal del cortacircuito. En el caso de un cortacircuito activo, la expansión de estas constricciones aumenta cuando hay una carga de tracción y se incrementan los requisitos sobre la constricción mecánica adicional. Para lograr unas propiedades de extinción óptimas con un simple relleno de arena de cuarzo, resulta ventajosa una división del conductor fusible en varios conductores fusibles en el caso de altas corrientes pulsatorias que se van a dominar y el alto porcentaje de metal asociado a ello. En este caso, resultan ventajosos dos conductores fusibles del mismo diseño.

La figura 19 muestra una forma de realización en la que entre las constricciones 2B normales se introduce la constricción 4B mecánica adicional, que no pertenece a la invención. Con una longitud de, en el mejor de los casos, unos 10 |jm, esta constricción no es adecuada como constricción habitual y no soporta su función pasiva en caso de desconexiones de cortocircuito. A pesar de una sección transversal más pequeña, la constricción no responde a estas cargas, mediante lo cual no se genera ninguna tensión de arco voltaico adicional. Por consiguiente, la función se limita solamente al control activo del cortacircuito.

La longitud de la constricción está realizada al menos en el factor 4, pero, en el mejor de los casos, mayor que 10, para ser menor que la longitud de las constricciones conocidas habituales.

En el caso de una constricción mecánica con una longitud máxima de, por ejemplo, 500 jm , las constricciones conocidas habituales son mayores de 4 mm. Se obtienen mejores relaciones con una longitud de < 150 jm respecto a longitudes de > 2 mm en el caso de las constricciones conocidas habituales.

La sección transversal de la constricción es al menos en un factor del 20 % más pequeña, en el mejor de los casos más del 50 % más pequeña que la constricción normal. Las constricciones habituales y normales poseen un grado de modulación de aproximadamente 2 para la sección transversal no disminuida. Este grado de modulación relativamente bajo tiene sentido debido a los pequeños porcentajes de metal requeridos en el caso de tamaños constructivos pequeños.

Para formas constructivas pequeñas del cortacircuito, debido a la limitación de la relación entre el material del conductor fusible y el medio de extinción para el conductor fusible, se recurre habitualmente a cobre o bien aleaciones de cobre.

La fuerza de tracción requerida de las constricciones para su desgarro asciende como máximo al 80 %, pero en el mejor de los casos a < 60 % con respecto a las fuerzas que dan como resultado un desgarro de las constricciones normales.

Hasta el desgarro de la constricción mecánica, se realiza como máximo una expansión del conductor fusible total en el caso de cobre blando de 3 mm, preferentemente menos de 1 mm. Esto corresponde a < 5 % de la longitud total del conductor fusible.

En el caso del cobre, para el desgarro de la constricción mecánica con un diseño romboidal se requiere una expansión de aproximadamente el 40 %. En este sentido, incluso con una longitud individual de 4 mm, las constricciones habituales solo se expanden en < 8 % en total, la sección transversal no disminuida del conductor fusible solo se expande en un valor de < 1 %. En el caso de constricciones más cortas, la expansión se puede restringir aún más a la constricción mecánica, a pesar de la aplicación de fuerza a toda la longitud del conductor fusible. Esto permite una integración completa en un tamaño constructivo de cortacircuito pequeño y habitual, incluso en el caso de material desfavorable.

El posible recorrido de elevación dentro del cortacircuito se limita a al menos el doble del recorrido que se requiere para el desgarro seguro de la constricción mecánica y se diseña correspondientemente. Sin embargo, el recorrido también se puede realizar más largo para lograr una suficiente rigidez dieléctrica.

Por medio de una limitación de la fuerza de tracción a solo un área del conductor fusible con la constricción mecánica, la expansión se puede reducir aún más.

Las figuras 20a a 20c muestran variantes de diseño de la constricción mecánica adicional.

En la figura 20a está representado un conductor fusible 1B con cuatro constricciones 2B normales con un grado de modulación de 2. La longitud de las constricciones asciende a 4 mm, mediante lo cual la intensidad de corriente nominal se puede reducir ya a aproximadamente 160 A. El calentamiento de las constricciones en el caso de una carga de 25 kA 10/350 js asciende a aproximadamente 700 °C, existiendo en este caso todavía una suficiente estabilidad al envejecimiento. El punto teórico de rotura controlada 4B mecánico está dimensionado de manera que se puede producir con el procedimiento de troquelado más sencillo y al mismo tiempo con las constricciones conocidas normales. La longitud asciende, por ejemplo, a 0,5 mm. Sin embargo, la sección transversal de los agujeros alargados dispuestos transversalmente se reduce en un 20 % en comparación con las constricciones normales. La temperatura de esta constricción se encuentra al mismo nivel que la temperatura de las constricciones restantes en el caso de cargas de impulsos.

En la figura 20b se muestra una constricción 4B de la misma longitud total, pero con una geometría romboidal. Los rombos acortan significativamente el área de la sección transversal restante mínima en comparación con la longitud total. La sección transversal restante se puede reducir, a la misma temperatura, al 60 % con respecto a las constricciones restantes. La reducción de la fuerza requerida para la destrucción de la constricción mecánica se encuentra en el mismo intervalo. El diseño de las constricciones de este tipo o constricciones similares se limita exclusivamente por la tecnología y los costes para una fabricación reproducible.

De acuerdo con la figura 20c, se puede realizar un diseño de constricción 4B que se limite a una modulación del grosor. En esta representación, el conductor fusible 1B no se muestra en una vista superior del ancho del conductor fusible. La vista hace referencia al grosor del conductor fusible 1B en una vista lateral. En el caso de una modulación uniforme de ambos lados sobre una longitud de constricción 4B en conjunto pequeña, por ejemplo, de solo 50-150 pm, la sección transversal y la fuerza requerida se pueden reducir a aproximadamente un 40 % en comparación con las constricciones normales con el mismo calentamiento en el caso de corrientes pulsatorias. En la figura 20c representada, el grosor restante, uniforme sobre el ancho del conductor fusible, en el área de constricción es solo aproximadamente un tercio de la longitud total de la constricción.

La variante de acuerdo con la figura 20c revela un diseño que permite una distribución de densidad de corriente uniforme y suficiente para corrientes pulsatorias en el caso de un enfriamiento muy intenso de la constricción. Por lo tanto, el calentamiento de la constricción en el caso de corrientes pulsatorias se puede encontrar significativamente por debajo de las constricciones normales, a pesar de la sección transversal restante más pequeña y la reducción de fuerza suficiente, en caso de que esto resulte ventajoso para la función global. El mismo aumento de temperatura supuesto en el caso de las corrientes pulsatorias, en el cual se debería evitar la respuesta de las constricciones, da como resultado temperaturas más altas en las constricciones normales en el caso de corrientes de frecuencia de red, mediante lo cual se puede evitar la creación de arco voltaico con un comportamiento pasivo en la constricción de estiraje. En el caso de una carga con una corriente de cortocircuito de aproximadamente 4 kA y un tiempo de fusión virtual de aproximadamente 10 ms, la temperatura en el punto de estiraje o de tracción asciende a solo 2l1 °C (T0 = 22 °C) cuando se alcanza la temperatura de fusión en las constricciones conocidas y habituales.

En las figuras 21a y b está representada de manera recortada una estructura a modo de ejemplo de un cortacircuito de baja tensión y de alta fuerza en forma constructiva de cápsula. A este respecto, la figura 2 la muestra el estado normal y la figura 21b muestra el estado disparado.

El cortacircuito posee preferentemente una carcasa 5B aislante, dos conductores fusibles principales 1B, en ambos lados para la conexión en cada caso una tapa de extremo 6B metálica, en la que están contactados los conductores fusibles 1B.

En el caso de un tamaño constructivo pequeño, para la activación del encendedor 7B el cortacircuito presenta una realización para al menos una o dos terminales de control 8B. Los terminales de control 8B se pueden conducir axialmente, pero también radialmente, hacia fuera de la carcasa o bien las tapas de extremo del cortacircuito. En el caso de realizaciones más grandes, también es posible una activación inalámbrica.

El equipo de encendido, configurado, por ejemplo, como un detonador de puente 7B, está ubicado en una pequeña cavidad 9B rodeada por un proyectil 10B, el cual se guía en un tipo de pistón 11B. En este caso, dos conductores fusibles 1B con en cada caso una constricción 4B mecánica central están firmemente conectados al proyectil 10B. En este sentido, la conexión se puede realizar en unión positiva o en unión en arrastre de fuerza, por ejemplo, por medio de soldadura blanda, soldadura o sujeción.

Preferentemente, los conductores fusibles se sujetan bajo presión entre un área cónica del proyectil 10B y una parte cónica adicional 12B. Cuando se aplica una fuerza al proyectil 10B en el caso del accionamiento del detonador de puente 7B, la fuerza de sujeción aumenta más, de manera que no es posible una liberación de la conexión de sujeción. En el caso de un espacio constructivo pequeño, las piezas pueden tener forma cilindrica y los conductores fusibles pueden tener forma de semicoquillas.

Los conductores fusibles están ubicados por debajo del pistón 11B en un espacio 13B lleno de agente extintor. Como agente extintor se utiliza preferentemente arena de cuarzo. Preferentemente, todas las constricciones del conductor fusible están rodeadas por el agente extintor.

El pistón 11B está ubicado en una pieza intermedia 14B, la cual delimita el espacio con agente extintor de una cavidad 15B por encima del proyectil 10B.

La pieza intermedia 14B puede constar de una parte aislante o incluso parcial o completamente de material eléctricamente conductor.

La pieza intermedia 14B puede estar diseñada en forma de cuenco y descansar sobre la parte de carcasa 5B con un borde.

Entre la pieza intermedia 14B y la tapa de extremo 6B puede estar prevista una pieza 16B fundamentalmente en forma de anillo, en la cual los conductores fusibles 1B entran en contacto a través de la tapa de extremo 6B.

Se puede impedir un flujo de corriente entre los conductores fusibles 1B y la tapa de extremo 6B a través de la pieza intermedia 14b , cuando sea necesario, por medio de una elección adecuada de material o una capa de aislamiento.

La tapa de extremo 6B y las piezas 5B y 14B así como 16B están diseñadas de manera que el cortacircuito finalmente esté cerrado a través de la sobre la tapa de extremo 6B.

En el área de la pieza 14B por debajo del pistón 11B, se realiza una estanqueidad efectiva con respecto al agente extintor, la cual no permite ninguna falta de estanqueidad del medio extintor incluso durante el movimiento de los conductores fusibles. Los dos conductores fusibles 1B están implementados por encima del pistón 11B y del proyectil 10B en el espacio libre de agente extintor 15B con áreas acodadas con respecto al eje.

Durante el movimiento del proyectil 10B hacia el espacio libre de agente extintor 15B, la guía estanqueizante entre el proyectil 10B y el pistón 11B solamente se anula después de que se haya seccionado el conductor fusible en la constricción 4B mecánica.

La figura 21b muestra el estado separado.

Las áreas acodadas del conductor fusible se doblan en la dirección opuesta con un esfuerzo mínimo durante el movimiento hacia el espacio libre de agente extintor. El doblado de las tiras no requiere ninguna compensación de presión en un volumen pequeño sin un agente extintor, puesto que el desplazamiento de aire no se realiza contra un espacio cerrado. La ventaja de esta forma de realización es que no es necesaria ninguna interrupción o contacto adicional del o de los conductor(es) fusible(s) para el contacto de los conductores fusibles y el desplazamiento del recorrido de separación.

Las tiras de conductor fusible utilizadas a modo de ejemplo se pueden guiar a través del cortacircuito con una impedancia muy baja y sin desviaciones o movimientos adicionales. En conjunto, se utiliza un material de conductor fusible de muy bajo ohmiaje a pesar del alargamiento de rotura relativamente alto de los materiales de este tipo. La impedancia de la disposición es baja, de manera que la caída de tensión óhmica e inductiva a través del cortacircuito y, por lo tanto, la influencia en el nivel de protección de la disposición es baja incluso con una alta velocidad de subida de corriente y corrientes altas. En el caso de impulsos de 25 kA 8/20 js , la caída de tensión asciende a < 300 V, preferentemente a menos de 200 V.

Como alternativa a la disposición explicada, el proyectil también se puede conectar directa o indirectamente a las tapas de conexión con cinta de conexión transversal, una línea flexible, un sistema de contactos múltiples o similar. En este caso, el área del conductor fusible termina en el proyectil.

En el caso de la utilización de aleaciones con memoria de forma o materiales que cambian de volumen, se puede usar una estructura similar a la descrita anteriormente, pudiendo prescindirse de la estanqueidad entre el proyectil y el pistón. En caso del uso de aleaciones con memoria de forma, cuando se utiliza la fuerza de tracción también es posible una forma de realización correspondientemente a las figuras 22a y b.

En las figuras 22a y 22b se representa en detalle con fines explicativos solo un segmento de la estructura. La posición del segmento dentro del cortacircuito 17B bosquejado en el modo de construcción de cápsula está aclarada con áreas discontinuas.

En aras de la simplicidad, el modo de funcionamiento de acuerdo con las figuras 22a y 22b solo se explica mediante un conductor fusible 1B. El conductor fusible 1B posee una sección 18B fundamentalmente en forma de U. El propio conductor fusible se guía a través de dos pasos 19B y 20B a modo de placa.

La ejecución está implementada, por ejemplo, como primera placa fija 19 y se ubica en el área de la sección en forma de U del conductor fusible. La segunda placa 20B es móvil y está ubicada en el área de transición hacia un área de conductor fusible axial. Entre las dos placas, el conductor fusible discurre en ángulo agudo respecto a la segunda placa 20B.

Después del área en forma de U y de la segunda placa 20B así como una placa 21B adicional para el aislamiento del agente extintor, se encuentra la constricción 4B mecánica adicional. Entre las dos placas no está presente en el cortacircuito ningún agente extintor ni ninguna constricción.

Cuando se aplica una fuerza de tracción a la segunda placa 20B en la dirección de la desviación en forma de U, la fuerza de tracción actúa directamente como una fuerza de desgarro sobre la constricción 4B mecánica. La fuerza de tracción se puede implementar a través de un elemento con memoria de forma 22B fijado directa o indirectamente a la segunda placa, por ejemplo, por medio de su calentamiento directo o indirecto.

Las placas 21B y 19B aíslan el área en forma de U del conductor fusible con la placa 20B móvil frente a la penetración del agente extintor.

Las áreas 23B y 24B están llenas de agente extintor.

En el área 23B se encuentran la pluralidad de las constricciones habituales del conductor fusible. En el área 24B se encuentra la constricción 4B mecánica. La figura 22a muestra la disposición descrita en funcionamiento normal y la figura 22b muestra el estado después de que se haya interrumpido la constricción.

Cuando se tira de la placa 19B, esta presiona el área de la guía del conductor fusible en forma de U. A este respecto, el conductor fusible se sujeta entre las placas y un movimiento adicional da como resultado una carga inmediata de la constricción mecánica con una fuerza de tracción suficiente, la cual sobrecarga la constricción 4B mecánica.

La activación del cortacircuito depende de los actuadores seleccionados. Por ejemplo, la activación por medio de aleaciones con memoria de forma o en los detonadores de puente se puede realizar a través de una corriente. La electricidad se puede obtener de la red adyacente, pero también de un acumulador independiente. También en este caso un detonador de puente tiene la posibilidad de proporcionar la energía necesaria, separada galvánicamente, a través de un transformador.

El circuito de disparo para la activación está realizado de manera que se puede realizar con la ayuda de varios criterios. Como ya se ha explicado, se pueden utilizar interruptores controlables activamente o por el contrario también interruptores que reaccionan directamente a las variables físicas.

También es posible aplicar una fuerza de tracción al conductor fusible, que se encuentra en el agente extintor respecto a la arena de cuarzo, con fuerza de resorte permanente. En una forma de realización de acuerdo con la figura 23, ahora no actúa una fuerza de tracción sobre una constricción mecánica, sino una fuerza de tracción en un punto de soldadura, la cual se puede liberar en el plazo de 1 ms, por ejemplo, a través de una lámina de reacción (reacción exotérmica). La prolongación requiere un recorrido de elevación, que comprende la longitud del recorrido de soldadura y el recorrido de separación requerido.

De acuerdo con la figura 23, el cortacircuito posee una carcasa 5B con tapas de conexión 6B. El conductor fusible 1B está dividido en dos áreas, las cuales están conectadas la una a la otra por medio de una soldadura 25B. En el área de la conexión está dispuesta una lámina de reacción 26B con generación de calor exotérmico. La reacción de la lámina se puede disparar a través de un cortacircuito auxiliar o un generador de chispas 27B. En este sentido, el control se realiza a través de una o dos líneas de conexión 8B. El punto de conexión se encuentra en el área del cortacircuito con agente extintor 13B. Esta área está aislada de un área libre de agente extintor 15B por un paso 28B. En esta área se encuentra un resorte 29B, el cual pretensa mecánicamente el conductor fusible 1B. Una vez que se ha liberado la conexión soldada 25B, el conductor fusible 1B se pandea en el área 15B (posición discontinua) y se tira a través del área 15B, de manera que haya un recorrido de separación suficientemente largo entre las dos piezas restantes del conductor fusible.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Cortacircuito fusible activable para aplicaciones de baja tensión para la protección de equipos que se pueden conectar a una red de suministro, en particular aparatos de protección contra sobretensiones, que consta de al menos un conductor fusible ubicado entre dos contactos y dispuesto en una carcasa, así como con un equipo de activación para la separación controlada del conductor fusible en caso de funcionamientos defectuosos o condiciones de sobrecarga del equipo conectado en cada caso, pudiendo introducirse en la carcasa un agente extintor y pudiendo introducirse a través de un acceso en la carcasa (4) un elemento separador mecánico (13) en la carcasa (4), caracterizado por que

en la carcasa (4) está configurada un área libre de agente extintor (12) de manera que el al menos un conductor fusible (10) queda expuesto, pudiendo introducirse a través del acceso en la carcasa (4) el elemento separador mecánico (13) en el área libre de agente extintor (12) para destruir mecánicamente, dependiendo del equipo de activación, el al menos un conductor fusible (10) independientemente de su integral de fusión.

2. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 1,

caracterizado por que

el elemento separador (13) está configurado como cuchilla o filo cortante.

3. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por que

el elemento separador se puede accionar por un detonador de puente (14) en la dirección del conductor fusible (10).

4. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 3,

caracterizado por que

el equipo de activación presenta una unidad de detección y de evaluación (1), un control (2) para el detonador de puente (14), un suministro de energía (3) y al menos una entrada de control (5; 8).

5. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 4,

caracterizado por que

está configurado un sensor de corriente (6) ubicado en el circuito eléctrico de la red de suministro, el cual está en conexión con la unidad de detección y de evaluación (1).

6. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el detonador de puente (14) está insertado en un cerramiento (16), presentando el cerramiento (16) un pistón (17) accionado por el detonador de puente (14), el cual está en conexión con el elemento separador (13).

7. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el área libre de agente extintor (12) está configurada como canal aislado respecto al agente extintor.

8. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 7,

caracterizado por que

el canal presenta paredes laterales (18), las cuales están configuradas para la guía del elemento separador (13).

9. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

este está conectado eléctricamente en serie con un aparato de protección contra sobretensiones, en particular un varistor.

10. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el al menos un conductor fusible (1A) presenta al menos una constricción (3A) adicional en el área de acción del elemento separador.

11. Cortacircuito fusible activable según la reivindicación 10,

caracterizado por que

están configuradas constricciones (2A) adicionales de manera adyacente a la constricción (3A).

12. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

el elemento separador consta de un material eléctricamente no conductor o está provisto de una capa no conductora o bien un revestimiento no conductor.

13. Cortacircuito fusible activable según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que la sección transversal restante de la constricción (3B) adicional está realizada de manera que el valor de la integral de fusión sea igual o insignificantemente mayor que la integral de desconexión del cortacircuito, de manera que la constricción (3A) adicional no responda en el caso de corrientes de cortocircuito relevantes.