BR0305739B1 - Dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção "DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO DE UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA" CAMPO TÉCNICO A presente invenção diz respeito ao campo técnico geral dos dispositivos de proteção de equipamentos ou de instalações elétricas, do tipo aparelhos elétricos, circuitos ou redes de distribuição, contra perturbações de alimentação elétrica. A presente invenção diz respeito mais especificamente a um dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra alterações de tensão, tais como sobrevoltagens devidas principalmente a um impacto de raio. A presente invenção diz respeito a um dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra as sobrevoltagens devidas principalmente a um impacto de raio, sendo que esse dispositivo de proteção compreende um primeiro eletrodo ligado eletricamente à rede a ser protegida, um segundo eletrodo ligado a um condutor de descarga para a terra, e meios de focalização capazes de guiar um arco elétrico gerado entre os dois eletrodos para um dispositivo de fracionamento, esse dispositivo compreendendo um envólucro no qual estão instalados os dois eletrodos, os meios de focalização e o dispositivo de fracionamento, estando este envólucro em comunicação com o exterior por meio de pelo menos um canal de descarga concebido de modo a fazer baixar sensivelmente a temperatura dos gases criados pela formação do arco elétrico.

TÉCNICA ANTERIOR

Diversos tipos de dispositivos foram considerados para proteger as redes de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens. Especificamente, quando se quer proteger uma instalação contra os efeitos de impacto de raio em suas proximidades imediatas, já se coloca um pára- raio do tipo espaço de ar na cabeça dessa instalação.

Tal dispositivo comporta dois eletrodos, um ligado eletricamente à fase que será protegida e o outro a um condutor de descarga para a terra. Esses dois eletrodos são separados por uma lâmina de ar ou por um intervalo de material dielétrico. Em funcionamento, quando uma corrente de raio chega pelo condutor de fase a ser protegida e cria uma sobrevoltagem que atinge um valor predeterminado, produz-se uma ruptura na lâmina de ar ou ao longo do material dielétrico, e um arco elétrico se estabelece entre os dois eletrodos. 0 curto-circuito assim formado possibilita o descarga da corrente de raio para a terra. A vantagem desse tipo de pára-raio é que permite a descarga de correntes de raio consideráveis, da ordem de várias dezenas de quilovolts-ampères. No entanto, tal dispositivo apresenta também dois inconvenientes principais. O primeiro reside no fato de que a descarga da corrente por meio de um arco elétrico provoca um desprendimento considerável de gases quentes, e até de chamas, o que pode prejudicar o meio próximo ao dispositivo. O segundo reside no fato de que o arco elétrico criado provoca um curto-circuito entre a fase e a terra, e que esse arco elétrico não se apaga espontaneamente após a passagem da corrente de raio. Uma corrente, denominada corrente seguidora, continua então a escoar-se para a terra e pode provocar pane no serviço de instalação.

Para remediar o primeiro inconveniente, propôs- se, sobretudo no documento DE-196 04 947, encapsular os dois eletrodos em uma caixa vedada de modo a impedir a expulsão de qualquer material perigoso. No entanto, tais dispositivos não permitem que se corte eficazmente a corrente seguidora, pois sua capacidade não ultrapassa alguns quilovolts-ampères, já que é em geral da ordem de um quilovolt-ampère.

Para remediar o segundo inconveniente, propôs-se, sobretudo nos documentos DE-44 35 968 e DE-44 39 730, instalar um dispositivo de fracionamento, realizado sob a forma de um conjunto de placas metálicas paralelas, vizinhas aos eletrodos. Meios de focalização são também previstos para guiar o arco elétrico para este conjunto de placas no qual vai fracionar-se e resfriar, o que levará à sua extinção e, por conseguinte, ao corte da corrente seguidora. No entanto, tais dispositivos de proteção não são encapsulados e provocam desprendimentos consideráveis de chamas quando de seu funcionamento.

Conhece-se por outro lado, por meio do documento EP 8 60 918, um dispositivo equipado com uma câmara de esfriamento dos gases provenientes do arco elétrico, sendo a referida câmara equipada com paredes internas destinadas a prolongar o tempo de permanência do gás na câmara. A disposição proposta neste documento apresenta, no entanto o inconveniente de ser particularmente volumosa, principalmente quanto à espessura do pára-raio, que fica superdimensionado em relação à dos dispositivos tradicionais, em razão da presença da câmara. Essa superespessura poderá assim prejudicar a conexão do pára- raio em um quadro elétrico normatizado padrão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Os objetos consignados na invenção visam conseqüentemente remediar os diferentes inconvenientes enumerados anteriormente e propor um novo dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens que permite excelente resfriamento dos gases quentes gerados quando do funcionamento, apresentando ao mesmo tempo concepção particularmente simples e confiável.

Um outro objeto da invenção visa propor um novo dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens particularmente compacto e que pode ser ligado a instalações padrão.

Um outro objeto da invenção visa propor um novo dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens cujo nível de segurança é reforçado.

Um outro objeto da invenção visa propor um novo dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra as sobrevoltagens cuja construção é particularmente simples e barata.

Os objetos consignados na invenção são obtidos com o auxílio de um dispositivo de proteção de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens devidas principalmente a um impacto de raio, sendo que esse dispositivo de proteção compreende um primeiro eletrodo ligado eletricamente à rede que será protegida, um segundo eletrodo ligado a um condutor de descarga para a terra e meios de focalização capazes de guiar um arco elétrico gerado entre os dois eletrodos para um dispositivo de fracionamento, sendo que o dispositivo compreende uma caixa na qual se alojam os dois eletrodos, os meios de focalização e o dispositivo de fracionamento, ficando a caixa em comunicação com o exterior por meio de pelo menos um canal de descarga concebido de modo a fazer baixar consideravelmente a temperatura dos gases criados pela formação do arco elétrico, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um canal de descarga apresenta pelo menos uma mudança de seção.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Outras particularidades e vantagens da invenção serão compreendidas mais claramente à luz da descrição a seguir e dos desenhos em anexo fornecidos a título puramente ilustrativo e não limitativo, nos quais: - A figura 1 é uma vista em corte transversal de um dispositivo de proteção de acordo com a presente invenção; - A figura 2 é uma vista em corte de acordo com a linha II- II do dispositivo de proteção representado na figura 1; - A figura 3 é uma vista em corte transversal de um outro dispositivo de proteção de acordo com a invenção.

MELHOR MANEIRA DE REALIZAR A INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um dispositivo de proteção 1,101 de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens devidas principalmente a um impacto de raio, sendo que esse dispositivo de proteção compreende um primeiro eletrodo 3 ligado eletricamente à rede que será protegida, um segundo eletrodo 4 ligado a um condutor de descarga para a terra e meios de focalização 5 capazes de guiar um arco elétrico gerado entre os dois eletrodos para um dispositivo de fracionamento 6. 0 referido dispositivo compreende um envólucro 2, 102 no qual estão colocados dois eletrodos 3, 4, os meios de focalização 5 e o dispositivo de fracionamento 6, ficando o envólucro 2, 102 em comunicação com o exterior por meio de pelo menos um canal de descarga 7, 107 concebido de modo a apresentar obstáculos internos contra os desprendimentos de fluido e de resíduos que decorrem da formação do arco elétrico entre os dois eletrodos.

Assim, cada um desses canais de descarga 7, 107 forma um duto que permite, por um lado, reter as eventuais partículas de material incandescente dentro do envólucro 2, e, por outro lado, fazer baixar a pressão e, por conseguinte a temperatura dos gases gerados pela formação do arco elétrico. Ademais, as instalações são protegidas da corrente seguidora, pois tal dispositivo de proteção compreende um dispositivo de fracionamento 6.

Vantajosamente, os obstáculos internos apresentados por cada um dos canais de descarga 7, 107 são constituídos por pelo menos uma chicana 20, 12 0 que pode formar um ângulo compreendido entre 45° e 180° e/ou por pelo menos uma mudança de seção.

Por "chicana" designa-se um dispositivo que modifica a direção do trajeto dos gases, para garantir a distensão. Uma chicana que forma um ângulo de 90° corresponde assim a uma curva sensivelmente em ângulo reto, enquanto que uma chicana que forma um ângulo de 18 0° provocará a meia-volta dos gases.

No escopo da invenção, as chicanas poderão vantajosamente ser realizadas com a instalação dos próprios canais 7, 107, fazendo com que estes percorram um trajeto sinuoso.

Por "mudança de seção" designa-se aqui uma variação da seção transversal do próprio canal, que é obtida modificando-se as dimensões do duto que forma o canal.

Vantajosamente, o referido pelo menos um canal 7, 107 estende-se sensivelmente no mesmo plano que o dispositivo de fracionamento 6.

Em outros termos, o eixo de simetria do dispositivo de f racionamento 6 e o eixo de simetria do referido pelo menos um canal de descarga 7, 107 são sensivelmente co-planares.

Esta instalação permite que se obtenha um dispositivo de proteção cuja espessura E não é sensivelmente determinada pelos órgãos de descarga dos gases 7, 107, porém somente pelos órgãos "ativos", tais como eletrodos, o dispositivo de focalização e o dispositivo de fracionamento.

Preferivelmente, o dispositivo de fracionamento 6 é disposto entre os meios de focalização 5 e a entrada de cada um dos canais de descarga 7, 107.

Preferivelmente ainda, o dispositivo de fracionamento 6 é realizado com o auxilio de um conjunto de placas metálicas 14 paralelas. Estas podem ser então mantidas à distância umas das outras com o auxílio de duas lâminas 15 que apresentam orifícios ligados a ressaltos 16 laterais sustentados por cada uma das placas metálicas 14.

Vantajosamente, os meios de focalização 5 definem um espaço piramidal invertido 10 entre os eletrodos 3, 4 e o dispositivo de fracionamento 6.

Em outros termos, os meios de focalização 5 definem um espaço de orientação de arco que apresenta sensivelmente uma forma geral divergente em direção ao dispositivo de fracionamento. Essa forma divergente em V permite que se guie e se encaminhe o arco elétrico para o dispositivo de fracionamento 5.

Preferivelmente, o envólucro 2 é produzido em material dielétrico, tal como um material termoendurecível ou termoplástico, como policarbonato.

Descreveremos agora mais detalhadamente a variante de realização que corresponde às figuras 1 e 2. O dispositivo de proteção 1 de acordo com a invenção tal como representado nas figuras 1 e 2, é constituído a partir de um envólucro 2 realizado em material dielétrico tal como um material termoendurecivel ou termoplástico, como o policarbonato. Esse envólucro 2 contém principalmente dois eletrodos 3, 4, meios de focalização 5, um dispositivo de fracionamento 6 e dois canais de descarga 7.

Mais precisamente, uma peça dielétrica 9 é posicionada entre os eletrodos 3, 4 que são instalados em um espaço piramidal invertido 10 delimitado pelos meios de focalização 5. Estes são constituídos com o auxílio, por um lado, de duas peças condutoras 11 inclinadas em forma de "V" e convergentes, na altura de suas extremidades inferiores, para a peça dielétrica 9, e, por outro lado, de duas placas condutoras 12 verticais uma diante da outra de um lado e de ou outro da peça dielétrica 9. Uma placa isolante 13 é vantajosamente intercalada entre as peças condutoras 11 e as placas condutoras 12.

As peças condutoras 11 prolongam-se pelas peças paralelas 17; o dispositivo de fracionamento 6 está fixado no envólucro 2 acima das extremidades superiores das peças 11, entre as peças 17. Esse dispositivo de fracionamento 6 é realizado com o auxílio de um conjunto de placas metálicas 14 verticais paralelas mantidas à distância umas das outras por meio de duas lâminas 15 que estão situadas de um lado e de outro das placas metálicas 14 e que apresentam orifícios ligados aos ressaltos 16 laterais sustentados por cada uma das placas metálicas 14. Essas placas 14 são sensivelmente paralelas às peças 17; a distância entre as placas 14 de extremidade e as peças 17 correspondentes é sensivelmente idêntica ao intervalo que separa as placas 14. Um desses eletrodos 2, 4 é ligado à rede de distribuição de energia elétrica que será protegida, e a outra a um condutor de descarga para a terra.

Os dois canais de descarga 7 correspondem a rebaixos previstos dentro do envólucro 2 e são simétricos em relação a um plano vertical que passa pela peça dielétrica 9. Cada um apresenta um primeiro trecho 18 horizontal de pequena comprimento situado acima das extremidades superiores das placas 14, na saída do dispositivo de fracionamento 6. Esse primeiro trecho 18 transforma-se em um segundo trecho 19 vertical com seção ampliada após a passagem através de uma chicana 2 0 que forma um ângulo de aproximadamente 90°. 0 segundo trecho 19 desemboca em um terceiro trecho 21 vertical de seção ainda maior que possui um eixo de revolução deslocado para a borda do envólucro 2 em relação ao do segundo trecho 19.

Enfim, o terceiro trecho 21 desemboca em um quarto trecho 22 vertical de pequena seção que, por um lado, está em comunicação livre com o exterior do envólucro 2, e, por outro lado, apresenta um eixo de revolução deslocado na direção da borda do envólucro 2 em relação ao do terceiro trecho 21.

Em funcionamento, quando uma corrente de raio por exemplo chega pelo condutor da rede a ser protegida e cria uma sobretensão que atinge um valor predeterminado, um arco elétrico estabelece-se entre os dois eletrodos 3, 4. Esse arco elétrico é então guiado para o dispositivo de fracionamento 6 com o auxílio dos meios de focalização 5, de modo a cortar a corrente seguidora. Ademais, os possíveis desprendimentos de fluidos e de resíduos que decorrem da formação do arco elétrico são retidos no envólucro 2 com o auxílio da chicana 2 0 e das mudanças de seção entre os diferentes trechos 18, 19, 21, 22 que constituem os obstáculos internos aos canais de descarga 7.

Finalmente, esse dispositivo de proteção 1 não liberará em seu meio imediato nem material incandescente, nem gás em chamas. Por este motivo, pode ser instalado na maior parte das aplicações.

Uma outra variante de dispositivo de proteção 101 de acordo com a invenção está representado na figura 3 e difere principalmente do dispositivo de proteção 1 pelo fato de estar dotado de um envólucro 102 que comporta dois canais de descarga 107 de forma mais complexa. Cada canal de descarga 107 estende-se lateralmente em relação ao dispositivo de fracionamento e é realizado a partir de um primeiro trecho 118 horizontal que nasce na saída do dispositivo de fracionamento e transforma-se, conforme exposto anteriormente, em um segundo trecho 119 vertical descendente após a passagem através de uma primeira chicana 120 que forma um ângulo de 90° aproximadamente. Esse segundo trecho 119 situa-se ao longo do dispositivo de fracionamento e termina-se por uma segunda chicana 122 que forma um ângulo da ordem de 45°, e desemboca em uma cavidade 121 inferior orientada para o centro do envólucro 102. Essa cavidade 121 é também conectada a um terceiro trecho 123 vertical ascendente que se estende paralelamente ao primeiro trecho 119, sendo o comprimento do segundo trecho sensivelmente igual ou próximo ao do referido primeiro trecho 119. 0 referido segundo trecho 123 desemboca, após a passagem através de uma terceira chicana 124 que forma um ângulo de 90° aproximadamente, em um quarto trecho 125 horizontal de seção menor que se encontra em livre comunicação com a parte externa do envólucro 102.

Chanfros podem ser previstos na altura de cada uma das chicanas 120, 124 e maneira a modificar a seção do canal 107, diminuindo-a.

_____________________ __________________________________________________I 0 funcionamento geral do dispositivo de proteção 101 permanece semelhante ao que foi descrito anteriormente. A invenção diz respeito também, de maneira independente, a um dispositivo de proteção (1, 101) de uma rede de distribuição de energia elétrica contra as sobrevoltagens devidas principalmente a um impacto de raio, sendo que esse dispositivo de proteção compreende um primeiro eletrodo (3) ligado eletricamente à rede que será protegida, um segundo eletrodo (4) ligado a um condutor de descarga para a terra, e meios de focalização (5) capazes de guiar um arco elétrico gerado entre os dois eletrodos para um dispositivo de fracionamento (6) , sendo que o dispositivo compreende um envólucro (2, 102) no qual estão alojados os dois eletrodos, os meios de focalização e o dispositivo de fracionamento, sendo que o envólucro encontra-se em comunicação com o exterior por meio de dois canais de descarga dispostos de modo sensivelmente simétrico em relação ao dispositivo de fracionamento, respectivamente de um lado e de outro deste último; os referidos dois canais estendem-se sensivelmente no mesmo plano que o dispositivo de fracionamento. Essa configuração inteiramente simétrica do dispositivo permite que se obtenha mais compacidade.

Embora a invenção tenha sido descrita em ligação com exemplos específicos de realização, é claro que a mesma não está de modo algum limitada e que compreende todos os equivalentes técnicos dos meios descritos assim como suas combinações se estas entrarem no âmbito da invenção.

POSSIBILIDADE DE APLICAÇÃO INDUSTRIAL A invenção encontra sua aplicação industrial na concepção, na realização e na utilização de dispositivos de proteção contra sobrevoltagens devidas sobretudo a um impacto de raio.

Claims (11)

1. Dispositivo de proteção (1, 101) de uma rede de distribuição de energia elétrica contra sobrevoltagens, o dispositivo de proteção compreendendo: um primeiro eletrodo (3) ligado eletricamente à rede a ser protegida; um segundo eletrodo (4) ligado a um condutor de descarga para a terra; meios de focalização (5) capazes de guiar um arco elétrico criado entre os dois eletrodos para um dispositivo de fracionamento (6); e um envólucro (2, 102) no qual estão alojados os dois eletrodos, os meios de focalização e o dispositivo de fracionamento, o envólucro estando em comunicação com o exterior por meio de pelo menos um canal de descarga (7, 107) ; caracterizado pelo fato de que o pelo menos um canal de descarga (7) apresenta pelo menos uma mudança de seção.

2. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um canal (7, 107) se estende no mesmo plano que o dispositivo de fracionamento (6).

3. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um canal de descarga (7) apresenta pelo menos uma chicana (20, 120) .

4. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma chicana (20, 120) forma um ângulo compreendido entre 45° e 180°.

5. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fracionamento (6) está disposto entre os meios de focalização (5) e a entrada do canal de descarga (7).

6. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de f racionamento (6) é realizado com o auxilio de um conjunto de placas metálicas (14) paralelas.

7. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as placas metálicas (14) são mantidas à distância umas das outras com o auxilio de duas lâminas (15) que apresentam orifícios que cooperam com ressaltos (16) laterais dispostos em cada uma das placas metálicas.

8. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os meios de focalização (5) definem um espaço de orientação de arco que apresenta uma forma geral divergente na direção do dispositivo de fracionamento.

9. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o canal de descarga (107) compreende pelo menos um primeiro e um segundo trechos (119, 123) paralelos, os quais têm comprimentos substancialmente iguais ou pelo menos similares, os trechos estando em comunicação por meio de uma cavidade (121) .

10. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o canal de descarga (107) se estende lateralmente em relação ao dispositivo de fracionamento.

11. Dispositivo de proteção (1, 101), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envólucro (2, 102) está em comunicação com o exterior por meio de dois canais de descarga dispostos de maneira simétrica em relação ao dispositivo de fracionamento, de um lado e do outro deste último, os canais se estendendo no mesmo plano que o dispositivo de fracionamento.