BR102012010975B1

BR102012010975B1 - dispositivo de comutação e aparelho de distribuição relacionado

Info

Publication number: BR102012010975B1
Application number: BR102012010975-1A
Authority: BR
Inventors: Carlo BOFFELLI; Roberto Penzo
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2020-10-13
Also published as: US9659722B2; US20120285806A1; ES2739471T3; CN102779666A; EP2523203B1; US9099260B2; US20160042886A1; BR102012010975A2; BR102012010975A8; EP2523203A1; PL2523203T3; CN102779666B

Abstract

Dispositivo de comutação e aparelho de distribuição relacionado Um dispositivo de comutação para conectar/desconectar uma linha de energia a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada que compreende ao menos uma fase apresentando um alojamento que aloja um contato móvel acoplável/desacoplável ala partir de um contacto fixo correspondente. A fase compreende um conjunto semicondutor elétrico apresentando um suporte isolante operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores eletricamente conectados em série uns com os outros; a pluralidade de dispositivos semicondutores é associada e eletricamente conectada ao contacto fixo e ao contacto móvel, sendo que o conjunto é configurado para ser instalado no alojamento de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contactos fixos e dos contactos móveis quando for acoplado ao contacto fixo.

Description

DESCRIÇÃO

[001] A presente descrição se refere a um dispositivo de comutação para conectar/desconectar uma linha elétrica a/a partir de ao menos uma carga elétrica associada, e a um aparelho de distribuição que compreende tal dispositivo de comutação.

[002] Como é sabido, os dispositivos de comutação são instalados em circuitos elétricos para conectar/desconectar uma linha de energia a/a partir de um ou mais cargas elétricas associadas.

[003] Os dispositivos de comutação conhecidos compreendem ao menos uma fase, ou pólo, com um contato móvel, que é móvel entre uma primeira posição conectada, na qual é acoplado a um contato fixo correspondente (dispositivo de comutação fechado), e uma segunda posição separada, na qual é separado do contato fixo (dispositivo de comutação aberto). Por exemplo, se a carga elétrica for formada por um banco de capacitores, um dispositivo de comutação é fornecido para operacional mente associar uma linha de média tensão AC ao banco de capacitores. Através da abertura ou fechamento do dispositivo de comutação, a energia reativa é adicionada ou removida da/para a linha de energia.

[004] Cada fase do dispositivo de comutação é eletricamente conectada a uma linha de energia e carga elétrica associada, de tal forma que uma corrente possa fluir entre a linha de energia e a carga através do meio principal de condução fornecido pelos contatos fixos e móveis acoplados. A corrente que flui é interrompida através da separação dos contatos móveis a partir dos contatos fixos correspondentes, por exemplo, no caso de falhas.

[005] Nestas soluções conhecidas, cada fase do dispositivo de comutação pode ser fornecida com um grande número de dispositivos semicondutores, que são eletricamente conectados em série uns com os outros e são aptos para bloquear a corrente que fui através dos mesmos em uma direção de bloqueio e para conduzir a corrente que flui através dos mesmos em uma direção permitida.

[006] Os dispositivos semicondutores em geral, de uma fase, são operacionalmente conectados eletricamente em paralelo com o percurso principal da corrente fornecida pelo contato móvel acoplado e pelo contato fixo. O grande número de dispositivos semicondutores é devido ao fato de que cada dispositivo semicondutor não pode suportar um valor de tensão acima de um determinado valor limite de operação, tipicamente em torno de 1 kV para os dispositivos padrão.

[007] Como é sabido, através da sincronização oportuna do movimento do contato móvel na forma de onda da corrente alternada que flui através da fase do dispositivo de comutação, o percurso do condutor, fornecido pelos dispositivos semicondutores, pode ser vantajosa mente utilizado para a corrente que flui, evitando ou ao menos reduzindo a geração de arcos elétricos durante a operação de abertura do dispositivo de comutação (quando a linha é desconectada a partir de uma carga, por exemplo, um banco de capacitores), e limitando as tensões de corrente de entrada e transitórias geradas durante a operação de fechamento (quando a linha é acoplada na carga, por exemplo, o banco de capacitores).

[008] WO 01/37300 Al divulga um dispositivo de comutação elétrico como presente no preâmbulo da reivindicação 1.

[009] No estado da arte atual, apesar das soluções conhecidas operarem de uma maneira bastante satisfatória, ainda há razão e desejo de maiores aperfeiçoamentos, em particular no que diz respeito à forma da disposição dos dispositivos semicondutores e o seu posicionamento em relação às partes restantes do dispositivo de comutação ao qual são associados.

[010] Tal dispositivo é preenchido por um dispositivo de comutação para conectar/desconectar uma linha de energia a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada, compreendendo ao menos uma fase apresentando um alojamento que aloja um contato móvel acoplável/desacoplável a/a partir de um contato fixo correspondente. A fase compreende um conjunto semicondutor elétrico que apresenta um suporte isolante operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores eletricamente conectados em série uns com os outros, a pluralidade de dispositivos semicondutores sendo associados e eletricamente conectados ao dito contato fixo e ao dito contato móvel, sendo que o conjunto é configurado para ser instalado no alojamento de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contatos fixos e dos contatos móveis quando for acoplado ao contato fixo.

[011] Na descrição a seguir, o dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição será descrito fazendo particular referência à sua aplicação em conectar/desconectar uma linha de média tensão AC a/a partir de um banco de capacitores, sem pretender de qualquer forma limitar as suas possíveis aplicações em intervalos inferiores ou superiores de tensões de operação e/ou para propósitos diferentes. Deve ser salientado que o termo "média tensão" utilizado na presente descrição se refere a aplicações elétricas com tensões nominais de 1 kV a até algumas dezenas de kV, por exemplo, 52 kV.

[012] Por exemplo, os dispositivos de comutação de acordo com a presente descrição podem ser concebidos como um disjuntor híbrido para desconectar uma linha de energia a partir da carga elétrica associada, após a ocorrência de falhas no circuito, tais como uma falha de curto circuito.

[013] Outras características e vantagens serão mais evidentes a partir da descrição das formas de realização de exemplo, porém não exclusivas, do dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição, ilustradas nos desenhos acompanhantes, nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; - as figuras de 2 a 4 são vistas em corte ilustrando a parte interna de um alojamento do dispositivo de comutação na figura 1, em três posições diferentes assumidas pelo contato móvel; - a figura 5 é uma vista transversal (ou de secção) de uma primeira forma de realização de um conjunto semicondutor elétrico, o qual é apropriado para ser utilizado em um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; - a figura 6 é uma vista explodida do conjunto na figura 5; - a figura 7 é uma vista em planta de uma placa de circuito impresso utilizada no conjunto da figura 5; - a figura 8 é uma vista em perspectiva da placa de circuito impresso na figura 7, com os díodos e varistores montados nela; - a figura 9 ilustra a placa de circuito impresso na figura 8, após ter sido enrolada; - as figuras 10 e 11 são uma vista em perspectiva e uma vista explodida, respectiva mente, de uma segunda forma de realização de um conjunto semicondutor elétrico, o qual é apropriado para ser instalado em um alojamento de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; -a figura 12 ilustra um período de uma corrente alternada que flui através de uma fase de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição.

[014] A figura 1 ilustra uma forma de realização de exemplo de um dispositivo de comutação de múltiplas fases 1 de acordo com a presente descrição, o qual é apropriado para conectar/desconectar uma linha de energia, por exemplo, uma linha de média tensão AC, a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada. Por razões de simplificação, na descrição a seguir será feita referência apenas para uma fase 2 do dispositivo de comutação 1; no entanto, é para ser entendido que o que se segue é aplicável a todas as fases 2 do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição.

[015] O dispositivo de comutação 1 ilustrado na figura 1 compreende, por exemplo, três fases 2, ou pólos 2, cada um dos quais é conectado eletricamente a uma fase correspondente da linha de energia e a uma carga elétrica associada. O número de fases 2 pode ser diferente do ilustrado, de acordo com os requisitos das aplicações específicas para o dispositivo de comutação 1.

[016] Cada fase 2 compreende um contato móvel 4 acoplável/desacoplável a/a partir de um contato fixo correspondente 5 (ver figuras de 2 a 4). O contato fixo 5 e o contato móvel 4 são conectados eletricamente a um primeiro terminal 6 e a um segundo terminal 7, respectiva mente, os quais são adequados para conectar a fase 2 na fase correspondente da linha de energia e da carga elétrica associada.

[017] Cada fase 2 compreende um conjunto semicondutor elétrico (ou conjunto elétrico), tal como o conjunto 50, de acordo com uma primeira forma de realização de exemplo ilustrada nas figuras de 1 a 6, ou conjuntos elétricos de acordo com as formas de realização alternativas, tais como, por exemplo, o conjunto 200 ilustrado nas figuras de 9 a 10. O conjunto elétrico apresenta um suporte eletricamente isolante operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores 51 eletricamente conectados em série uns com os outros. Os dispositivos semicondutores 51 são dispositivos adequados para o bloqueio do fluxo de corrente que flui através do mesmo em um sentido de bloqueio e através do mesmo para a condução da corrente que flui no sentido permitido. Exemplos não limitativos de tais dispositivos semicondutores 51 são os diodos ou tiristores.

[018] Os dispositivos semicondutores 51 são associados e eletricamente conectados ao contato fixo 5 e ao contato móvel 4 através dos primeiros meios de conexão e dos segundos meios de conexão, respectiva mente, do conjunto elétrico. Em particular, os dispositivos semicondutores 51 em geral são capazes de proporcionar um meio condutor para a corrente que flui através da fase 2; tal meio condutor é operacionalmente conectado eletricamente em paralelo com o meio condutor principal fornecido pelos contatos fixos e móveis 4, 5, acoplados.

[019] Cada fase 2 compreende um alojamento 3, para o contato fixo 5 e o contato móvel 4, de preferência, um alojamento isolador elétrico 3 (feito, por exemplo de resina epóxi) definindo um ambiente vedado preenchido com gás isolante elétrico, tal como, por exemplo, SF6 ou CO2 ou N2; alternativa mente, o ambiente vedado definido pelo alojamento 3 pode ser um ambiente a vácuo.

[020] O alojamento 3 é, por exemplo, um alojamento padrão para o contato móvel e o contato fixo de um disjuntor de média tensão de tipo conhecido, tal como, por exemplo, o invólucro do pólo de um disjuntor de média tensão HD4 produzido pela ABB ®.

[021] O conjunto elétrico é configurado para ser instalado no alojamento 3, de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contatos fixos 5 e dos contatos móveis 4, quando forem acoplados aos contatos fixos 5. Por exemplo, as figuras de 2 a 4 ilustram a parte interna de um alojamento 3 com um conjunto 50 instalado no mesmo.

[022] De acordo com a forma de realização de exemplo ilustrado nas figuras de 2 a 4, o contato móvel 4 é, de preferência, um pistão 4 (ou haste 4) acionado através dos meios de acionamento 8 (compreendendo, por exemplo, um motor elétrico associado com um mecanismo de transmissão), de tal forma a se mover no alojamento 3 ao longo de uma direção axial (indicada nas figuras de 2 a 4 pelo eixo X ilustrado); o contato fixo 5 é configurado, por exemplo, como um elemento fêmea 5 (ou haste oca 5), apropriado para nele receber uma porção do pistão 4. O contato móvel 4 e o contato fixo 5 podem apresentar qualquer outro formato ou configuração adequada.

[023] O contato móvel 4 é capaz de assumir ao menos: -uma primeira posição, na qual é mecanicamente acoplado ao contato fixo 5 (por exemplo, na figura 4, ele é inserido no contato fixo 5); -uma segunda posição, na qual ele é separado espacialmente do contato fixo 5 (por exemplo, nas figuras de 2 a 3, ele está fora da porção oca correspondente do contato fixo 5) e eletricamente conectado ao segundo meio de conexão do conjunto elétrico (ver a figura 3); -uma terceira posição, na qual é separado espacialmente do contato fixo 5 e desconectado eletricamente do segundo meio de conexão do conjunto elétrico (ver a figura 2).

[024] O movimento do contato 4 entre estas três posições é vantajosamente sincronizado com a forma de onda da corrente alternada que flui através da fase 2, conforme irá se tornar mais evidente a partir da descrição a seguir.

[025] De preferência, o conjunto elétrico, de acordo com a presente descrição, é configurado para envolver, ao menos, o contato fixo 5. Em particular, o conjunto elétrico pode compreender o dito contato fixo 5 montado no mesmo.

[026] O conjunto elétrico é configurado para permitir a passagem do contato móvel 4 através do mesmo para o acoplamento/desacoplamento no/do contato fixo 5. Em particular, o conjunto elétrico compreende um orifício (ver, por exemplo, o orifício 55 do conjunto 50 ilustrado, ou o orifício 550 do conjunto 200 ilustrado) apropriado para receber o contato fixo 5, e se estende ao longo do eixo X para permitir a passagem do contato móvel 4 através do mesmo, a fim de acoplar/desacoplar no/do contato fixo 5.

[027] O segundo meio de conexão do conjunto elétrico é, de preferência, colocado na entrada do orifício para a passagem do contato móvel 4, e é configurado para operacionalmente fazer contato com o contato móvel 4 durante uma parte de seu movimento. Por exemplo, o contato móvel 4 desliza para o segundo meio de conexão.

[028] De acordo com uma forma de realização de exemplo, o conjunto elétrico compreende uma placa de circuito impresso dobrável 60 com as tiras condutoras 61, feitas, por exemplo, de cobre, na qual a pluralidade de dispositivos semicondutores 51 é montada (por exemplo, soldados).

[029] A placa de circuito impresso 60 do conjunto 50 mostrado nas figuras de 1 a 6 é enrolada através do acoplamento de suas extremidades opostas 62, 63 (que delimitam a sua extensão longitudinal), de tal forma a apresentar uma forma substancial mente cilíndrica. As tiras condutoras 61 são concebidas para formar, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, um percurso em forma espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores 51 (ver em particular a placa de circuito impresso 60 enrolada na figura 9).

[030] A figura 7 é uma vista em planta do circuito impresso placa 60 desenrolada, com as suas tiras condutoras 61 dispostas ao longo de três linhas paralelas 100, 101, 102 que se estendem entre as extremidades opostas 62, 63 da placa de circuito impresso 60. As linhas 100, 101, 102 são definidas de tal forma a, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, as extremidades 68, 681 das linhas 101, 102 (colocadas na segunda extremidade 63 da placa de circuito impresso 60) fazerem contato com as extremidades 67, 671 correspondentes das linhas 100, 101 (colocadas na primeira extremidade oposta 62 da placa de circuito impresso 60).

[031] Em particular, os orifícios 65 são definidos nas extremidades 68, 681 e são adequados para corresponder, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, com os orifícios 651 correspondentes definidos nas extremidades 67, 671. Os meios de fixação, tais como os pinos condutores (não visíveis nos exemplos ilustrados), são inseridos através dos orifícios 65 a 67 correspondentes, de tal forma a travar a placa de circuito impresso 60 na configuração enrolada.

[032] Em adição, um orifício 64 na linha 100 e um orifício 66 na linha 102 (mostrado na figura 7) delimitam, enrolado sobre a placa de circuito impresso 60, o percurso em espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores 51. Portanto, o orifício 64 e o orifício 66 constituem os pontos de entrada/saída para a corrente que flui através dos dispositivos semicondutores 51 em geral.

[033] Vantajosa mente, os cortes 600 (mostrados, por exemplo, nas linhas tracejadas na figura 7) podem ser definidos na placa de circuito impresso 60 ao menos entre as linhas de 100 a 102, de tal forma a aumentar o isolamento elétrico entre as camadas do percurso em espiral.

[034] A figura 8 mostra a placa de circuito impresso 60 da figura 7 desenrolada, com os díodos 51 montados nas tiras condutoras 61. A série de diodos 51 resiste à tensão de operação do dispositivo de comutação 1, e o número de diodos 51 é tal que cada diodo 51 resiste uma tensão de operação inferior a uma tensão nominal máxima (cerca de 1,6 kV AC para os diodos de encapsulamento típico 51, tais como os diodos 51 mostrados na figura 8). Na forma de realização de exemplo ilustrada, os trinta e três diodos de encapsulamento padrão 51 são, por exemplo, montados na placa de circuito impresso 60, cada um suportando, durante a sua operação, uma tensão de cerca de 1 kV AC, para as aplicações do dispositivo de comutação 1 com tensões nominais de cerca de 38 kV AC.

[035] É evidente que o número de linhas 100, 101, 102 e/ou o número de diodos 51 montados nela pode ser diferente dos ilustrados; por exemplo, o número de diodos 51 mostrados na figura 8 pode ser reduzido para o dispositivo de comutação 1 em operação em aplicações de tensões menores, simplesmente através da remoção de um grupo predefinido de diodos 51 a partir das tiras condutoras 61 correspondentes.

[036] O dispositivo de comutação 1 pode compreender os meios de detecção para monitorar a integridade dos diodos 51 e emitir um sinal de alarme no caso de condições de falha.

[037] De acordo com uma forma de realização de exemplo, os dispositivos semicondutores 54, operando como dispositivos limitadores de tensão 54, também são montados nas tiras condutoras 61 da placa de circuito impresso 60, de tal forma a ser eletricamente em paralelo com os diodos 51. Para este propósito, conforme mostrado na forma de realização de exemplo da figura 8, são utilizados os varistores 54, tais como, por exemplo, os varistores 54 de óxido de zinco.

[038] Conforme mostrado na forma de realização de exemplo das figuras 5 e 6, o suporte isolante do conjunto 50 compreende uma caixa eletricamente isolante 56 (por exemplo, feita de plástico), que apresenta uma forma substancialmente cilíndrica, alojando a placa de circuito impresso 60 enrolada mostrada na figura 9. Um orifício 55 para a passagem do contato móvel 4 é definido centralmente e ao longo da extensão longitudinal total da caixa isolante 56, nominalmente, a partir de uma borda superior 73 para uma borda inferior 742 da caixa isolante 56.

[039] A placa de circuito impresso 60 enrolada é colocada em uma sede 69, a qual é radialmente definida na caixa isolante 56 em torno do orifício 55, e que se estende longitudinalmente entre a borda superior 73 e a borda inferior 742 da caixa isolante 56 (ver em particular na figura 5).

[040] Vantajosamente, a sede 69 com a placa de circuito impresso 60 enrolada inserida no mesmo, é preenchida com material isolante, tal como resina, para aumentar o isolamento elétrico entre as camadas do percurso em espiral que suporta os díodos 51, e para aumentar a estabilidade da estrutura constituída pela placa de circuito impresso 60 e pelos dispositivos semicondutores 51 (e 54, se presente) montados nela.

[041] O segundo meio de conexão do conjunto 50 é acoplado, de preferência fixado, na borda superior 73, de tal forma a ser colocado na entrada do orifício 55 para a passagem do contato móvel 4. Em particular, o segundo meio de conexão cobre a entrada do orifício 55, e é, portanto, configurado para ser penetrado pelo contato móvel 4 que entra no, ou sai do, orifício 55. Em particular, conforme mostrado na forma de realização de exemplo nas figuras 5 e 6, o segundo meio de conexão compreende ao menos duas placas condutoras 74 com orifícios passantes 740, e um anel de contato 75 entre as duas placas 74.

[042] As placas 74 são conectadas eletricamente na pluralidade de díodos 51 montados na placa de circuito impresso 60 enrolada na sede 69, e o anel de contato 75 faz contato com a superfície de deslizamento do contato móvel 4 que passa através dos orifícios 740 das placas 74. Em particular, o anel de contato 75 é apropriado para fazer contato com o contato móvel 4 com atrito reduzido.

[043] O conjunto 50 ilustrado compreende ainda uma cobertura 76 feita de material isolante (por exemplo, plástico), que é acoplada, de preferência fixada, na borda superior 73 da caixa isolante 56, de tal forma a cobrir as placas 74 e o anel de contato 75. A cobertura 76 apresenta uma entrada 77 para a passagem do contato móvel 4 através da mesma; de preferência, um elemento anelar 82 pode ser acoplado nas bordas da entrada 77 para guiar a passagem do contato móvel 4 no/a partir do anel de contato 75 (ver as figuras 5 e 6).

[044] O conjunto 50 compreende uma base de montagem 59 feita de material condutor elétrico (por exemplo, alumínio) que é apropriada para ser conectada ao primeiro terminal 6 da fase 2, a partir da instalação do conjunto 50 no interior do alojamento 3.

[045] O contato fixo 5 apresenta uma porção oca 12 para receber uma respectiva porção do contato móvel 4 (constituída pelo pistão 4 na forma de realização de exemplo mostrada nas figuras de 2 a 4), e compreende os anéis de contato 10 na entrada de sua porção oca 12. Os anéis de contato 10 são adequados para melhorar o contato entre o contato fixo 5 e o pistão 4 deslizante. O contato fixo 5 é fixado na base de montagem 59 por meio de um parafuso 11.

[046] A caixa isolante 56 é montada sobre a base de montagem 59 de tal maneira que o contato fixo 5 é inserido no orifício 55; em particular, a caixa isolante 56 é fixada na base de montagem 59 através de uma pluralidade de parafusos 70 (ver as figuras 5 e 6).

[047] O primeiro meio de conexão do conjunto 50 compreende: ao menos um dos parafusos 70 que é conectado eletricamente nos diodos semicondutores 51 em geral da placa de circuito impresso 60, e a base de montagem 59 conectada nos contatos fixos 5 e 6 no terminal da fase 2.

[048] De preferência, o conjunto 50 é configurado para permitir a passagem através dele de gás isolante elétrico, utilizado para o preenchimento do alojamento 3 (após o conjunto 50 ter sido inserido dentro do alojamento 3). Em particular, o conjunto 50 compreende as partições na sede 69 (uma das quais é representada esquematicamente através de linhas tracejadas na figura 6 e indicada pelo número de referência 700), se estendendo radial mente em relação ao orifício 55, entre a borda superior 73 e a borda inferior 742 da caixa isolante 56.

[049] Ao menos um canal de ventilação 701 (tal como o canal de ventilação 701 representado esquematicamente na figura 6 através de linhas tracejadas) passa através de uma ou mais das partições 700; o conjunto 50 é configurado de tal forma que ao menos um canal de ventilação 701 seja acessível a partir da parte externa do conjunto 50. Em particular, cada canal de ventilação 701 é acessível em uma primeira extremidade por meio das aberturas passantes 78 (definidas na borda 73) e através das aberturas passantes 79 (definidas na cobertura 76). A segunda extremidade dos canais de ventilação pode ser operacionalmente conectada a meios para injetar o gás isolante elétrico no interior do alojamento 3, por exemplo, durante a fabricação do dispositivo de comutação 1.

[050] Um exemplo de operação do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição será descrito agora, através da referência feita a um dispositivo de comutação 1 com o conjunto 50 instalado no alojamento 3 de sua fase 2 (como ilustrado nas figuras de 2 a 4), sem de forma alguma se opor aos princípios de operação dos dispositivos de comutação 1 utilizando outras formas de realização alternativas do conjunto elétrico de acordo com a presente descrição, tal como o conjunto 200 ilustrado nas figuras de 9 a 10.

[051] A partir da situação ilustrada na figura 4 (que corresponde ao dispositivo de comutação 1 fechado), o contato móvel 4 é inserido na porção oca 12 correspondente do contato fixo 5 (que por sua vez é inserido no orifício 55 do conjunto 50). Em condições normais de operação, o acoplamento entre o contato móvel 4 e o contato fixo 5 forma o meio principal de condução da corrente que flui através da fase 2, entre os primeiro e segundo terminais 6, 7. Nesta situação, o meio condutor fornecido pelos diodos 51 em geral é curto circuitado pelo meio principal de condução proporcionado pelo contato móvel 4 e contato fixo 5 acoplados.

[052] Quando uma operação de abertura do dispositivo de comutação 1 for necessária, por exemplo, devido a uma falha ou para desconectar um banco de capacitores a partir da linha de energia associada ao dispositivo de comutação 1, o contato móvel 4 é atuado através dos meios de acionamento 8 de tal forma a separar espacialmente a partir do contato fixo 5 (por exemplo, conforme mostrado na forma de realização de exemplo mostrada nas figuras de 2 a 3, a separação espacial ocorre quando o contato móvel 4 sai da porção oca 12 correspondente do contato fixo 5).

[053] O movimento do contato 4 ao longo do eixo X ilustrado é calibrado de tal forma que a dita separação espacial começa no primeiro ponto de passagem por zero 500 da forma de onda da corrente alternada que flui através da fase 2 (ver a figura 12), ou após um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) em relação ao dito primeiro ponto de passagem por zero 500. Imediatamente após o primeiro ponto de passagem por zero 500, a direção da corrente permite a condução de tal corrente pelos diodos 51 em geral.

[054] Portanto, na separação espacial entre os contatos fixos e móveis 5, 4, a corrente que flui através da fase 2 começa a fluir através do meio condutor fornecido pelos diodos 51 em geral. Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre o contato fixo 5 e o contato móvel 4, ou é ao menos substancial mente reduzida.

[055] Após a separação espacial do contato fixo 5, o contato móvel 4 continua o seu movimento ao longo do eixo X, desliza sobre o anel de contato 75 colocado na entrada do orifício 55, e chega na situação ilustrada na figura 3. Em tal posição, a extremidade do contato móvel 4 está ainda mecanicamente em contato com o anel de contato 75. Portanto, durante o deslizamento a partir de sua posição mostrada na figura 4 para a sua posição mostrada na figura 3, o contato móvel 4 é eletricamente conectado aos diodos 51 em geral através do anel de contato 75 e das placas condutoras 74, de tal forma a permitir que a corrente flua através da fase 2.

[056] Em seguida, o contato móvel 4 continua a deslizar ao longo do eixo X, e se separa espacialmente do anel de contato 75, até que atinja a sua posição final ilustrada na figura 2, na qual a operação de abertura do dispositivo de comutação 1 é concluída.

[057] O movimento do contato 4 é calibrado de tal forma que a separação espacial entre a extremidade do contato móvel 4 e o anel de contato 75 ocorra em um segundo ponto de passagem por zero 501 da forma de onda da corrente alternada, ou após um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) em relação ao dito segundo ponto de passagem por zero 501. Conforme ilustrado na figura 12, o segundo ponto de passagem por zero 501 é consecutivo no tempo em relação ao primeiro ponto de passagem por zero 500; imediatamente após o segundo ponto de passagem por zero 501, a direção da corrente bloqueia a condução de tal corrente através dos diodos 51 em geral.

[058] Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre os segundos meios de conexão 74, 75 do conjunto 50 e o contato móvel 4 separando a partir deles, ou é ao menos substancial mente reduzida.

[059] A operação de fechamento dos dispositivos de comutação 1 é o processo inverso, a partir da situação ilustrada na figura 2, na qual a corrente não pode fluir através da fase 2.

[060] Quando for necessário fechar o dispositivo de comutação 1, o meio de condução 8 promove o deslizamento do contato móvel 4 ao longo do eixo X, em direção ao contato fixo 5. O movimento do contato 4 é calibrado de tal forma que a extremidade do contato móvel 4 comece a entrar mecanicamente em contato com o anel de contato 75 (ver figura 3) um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) antes de dito ponto primeiro ponto de passagem por zero 500. Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre o contato móvel 4 e o anel de contato 75, ou é ao menos substancialmente reduzida.

[061] Imediatamente após o primeiro ponto de passagem por zero 500, a corrente começa a fluir através dos diodos 51 em geral, os quais atuam de forma a limitar a corrente de entrada e as tensões transientes geradas entre a linha da fase e a carga elétrica associada à fase 2.

[062] Em particular, a corrente de entrada e as tensões transientes são geradas quando a carga elétrica associada ao dispositivo de comutação 1 for um banco de capacitores para adição/remoção de potência reativa na/a partir da linha de energia associada ao dispositivo de comutação 1, de acordo com uma primeira aplicação de exemplo de tal dispositivo de comutação 1.

[063] Em seguida, o contato móvel 4 penetra no orifício 55 da caixa isolante 56, até entrar no interior da porção oca 12 correspondente do contato fixo 5 (ver a figura 4). O movimento do contato móvel 4 é calibrado de tal forma que o contato mecânico com o contato fixo 5 comece um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) antes do segundo ponto de passagem por zero 501 da forma de onda da corrente. Desta forma, nenhum arco elétrico é gerado entre o contato móvel 4 e o contato fixo 5, devido a corrente estar fluindo através dos diodos 51 em geral.

[064] O meio condutor proporcionado pelos diodos 51 em geral é curto circuitado pelo meio condutor principal re-estabelecido, proporcionado pelo acoplamento do contato móvel 4 com o contato fixo 5.

[065] As operações de abertura e fechamento descritas podem ser realizadas em uma segunda aplicação de exemplo do dispositivo de comutação 1 concebido como um disjuntor híbrido para interromper as correntes devido a falhas elétricas. Neste caso, precisam ser fornecidos diodos de alta capacidade de corrente no conjunto 50.

[066] De acordo com uma forma de realização alternativa de exemplo, não ilustrada nas figuras, o suporte isolante do conjunto nos dispositivos de comutação 1 pode compreender um bloco de material isolante, por exemplo, uma resina fundida, na qual são embutidos ao menos os dispositivos semicondutores 51 (de preferência os diodos 51) com as conexões elétricas para conectar eletricamente os ditos dispositivos semicondutores 51 em série uns com os outros. O bloco isolante pode embutir também os varistores 54 conectados eletricamente em paralelo com os dispositivos semicondutores 51.

[067] O bloco isolante é apropriado para ser instalado em um respectivo alojamento 3 de uma fase 2 do dispositivo de comutação 1, de preferência, de tal forma a envolver completamente o contato fixo 5. Por exemplo, o bloco isolante apresenta uma forma substancialmente cilíndrica com um orifício central, definido ao longo de sua extensão longitudinal; o orifício central é adequado para receber o contato móvel 4 para o acoplamento/desacoplamento no/a partir do contato fixo 5, o qual é inserido no orifício central.

[068] Se o bloco isolante for moldado como um bloco monolítico, de preferência, os dispositivos semicondutores 51 serão embutidos no bloco isolante do conjunto elétrico de tal forma a ser disposto no interior do alojamento 3 ao longo de um percurso em espiral que se estende ao redor do orifício central do bloco de isolamento em si.

[069] De acordo com outra forma de realização de exemplo, o conjunto elétrico do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição pode apresentar uma estrutura modular, na qual o suporte isolante para os dispositivos semicondutores 51 de dito conjunto compreende ao menos um primeiro membro modular e um segundo membro modular mutuamente acoplados. O primeiro membro modular e o segundo membro modular suportam um primeiro grupo e um segundo grupo de dispositivos semicondutores 51, respectiva mente, no qual os meios de conexão são interpostos entre o primeiro membro modular e o segundo membro modular para conectar eletricamente o primeiro grupo e o segundo grupo de dispositivos semicondutores 51 em série um com o outro.

[070] Por exemplo, o bloco isolante supra citado pode ser formado como uma pilha de porções de discos de resina, cada uma apresentando ao menos um grupo de dispositivos semicondutores 51 embutidos na mesma, na qual os meios de conexão elétrica são previstos entre as porções de disco adjacentes.

[071] Conforme mostrado na forma de realização alternativa de exemplo ilustrada nas figuras 10 e 11, o conjunto 200 é formado como uma pilha composta pelo acoplamento em uma forma alternada de discos de montagem 201 (cada um feito de material isolante, tal como plástico, e suportando um grupo de dispositivos semicondutores 51 e, se desejado, os respectivos varistores 54), e cobrindo os discos 202 (feitos de material isolante, tal como plástico, e adequados para cobrir os lados frontal e traseiro de cada disco de montagem 201).

[072] A pilha montada 200 é apropriada para ser instalada em cada alojamento 3 da fase 2 do dispositivo de comutação 1, de preferência, de tal forma a envolver completamente o contato fixo 5; conforme mostrado na forma de realização de exemplo da figura 11, os discos de cobertura e montagem 201, 202 apresentam orifícios centrais 203 mutuamente correspondentes ao acoplamento dos discos de montagem e cobertura 201, 202, de tal forma a formar o orifício central 550 ao longo da extensão longitudinal do conjunto 200.

[073] O orifício central 550 é apropriado para receber o contato móvel 4 para o acoplamento/desacoplamento no/a partir do contato fixo 5, que é inserido no orifício 550.

[074] Cada disco de montagem 201 compreende uma sede 205 definida em torno de seu orifício 203, dentro da qual é colocada uma placa de circuito impresso com os dispositivos semicondutores 51 (e, se presentes, os varistores 54) montados nela. Os meios de conexão, tais como os pinos condutores 207, passam através dos discos de cobertura 202, de tal forma a conectar eletricamente em série um com o outro os grupos de dispositivos semicondutores 51 colocados em diferentes discos de montagem 201, e de tal forma a fornecer os meios de conexão para o conjunto 200 e para outras partes do dispositivo de comutação 1.

[075] As aberturas 206 são definidas nos discos de cobertura 202 para, através das mesmas, passar o gás de enchimento do alojamento 3.

[076] A estrutura modular do conjunto elétrico, de acordo com as duas formas de realização de exemplo descritas, garante uma particular versatilidade do dispositivo de comutação 1, uma vez que um ou mais dos membros modulares (tal como as porções de disco do bloco isolante, ou os discos de montagem 201 do conjunto 200) podem ser adicionados ou removidos de acordo com as tensões nominais da aplicação específica do dispositivo de comutação 1.

[077] Na prática, tem sido visto como o dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição permite oferecer algumas melhorias em relação às soluções conhecidas.

[078] Em particular, o conjunto elétrico de acordo com a presente descrição (tal como o conjunto 50 ilustrado ou o conjunto 200 ilustrado) permite a inserção de um grande número de dispositivos semicondutores 51 (e, se presentes, varistores 54) no interior do volume limitado fornecido pelo alojamento 3 da fase 2, mantendo uma distância e isolamento adequado entre os dispositivos semicondutores 51, e garantindo uma distribuição uniforme, através de cada dispositivo semicondutor 51, da tensão global aplicada em toda a série global de dispositivos semicondutores 51. A disposição de dispositivos semicondutores 51 ao longo de um percurso em espiral é particularmente apropriada para estes propósitos, tal como no conjunto 50 com a placa de circuito impresso 60 enrolada.

[079] Além disso, o conjunto elétrico 50, 200 do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição é configurado para ser inserido em um alojamento de pólo padrão 3 nos contatos móveis e fixos de um disjuntor de tensão média de tipo conhecido. Portanto, as dimensões e as conexões elétricas do dispositivo de comutação 1 são as mesmas de um disjuntor de média tensão padrão; desta forma, o dispositivo de comutação 1 é facilmente instalável em armários padrão para a distribuição de energia de tensão média.

[080] Além disso, todas as partes/componentes podem ser substituídas por outros elementos tecnicamente equivalentes; na prática, os tipos de materiais, e as dimensões, podem ser qualquer uma, de acordo com as necessidades e o estado da arte. Por exemplo, em vez de usar os diodos de encapsulamento padrão 51, diferentes tipos de diodos podem ser usados, tais como, por exemplo, diodos de fixação por crimps ou parafusos montados em suportes adequados fornecidos no conjunto elétrico do dispositivo de comutação 1; o conjunto elétrico pode ser formado em um número diferente de partes, e/ou as partes podem ser de formatos diferentes, e/ou posicionado de forma diferente, e/ou acoplado de forma diferente. Também é possível realizar qualquer combinação das formas de realização anteriores.

Claims

1. Dispositivo de comutação (1) para conectar/desconectar uma linha de energia em/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada, compreendendo ao menos uma fase (2) apresentando um alojamento (3) que aloja um contato móvel (4) acoplável/desacoplável em/a partir de um contato fixo correspondente (5), a dita fase (2) compreendendo um conjunto semicondutor elétrico (50, 200) apresentando uma pluralidade de dispositivos semicondutores (51) conectados eletricamente em série entre si e um suporte isolante (56, 201) operacionalmente associado com a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51), a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) sendo associada e eletricamente conectada ao dito contato fixo (5) e ao dito contato móvel (4) durante uma parte de seu movimento, o dito conjunto (50) compreendendo primeiros meios de conexão (70, 59) conectando eletricamente a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) ao contato fixo (5) e segundos meios de conexão (74, 75) apropriados para conectar eletricamente a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) ao contato móvel (4), sendo o dito contato móvel (4) capaz de assumir ao menos: - uma primeira posição, na qual é acoplado no contato fixo (5); - uma segunda posição, na qual é separado espacialmente do contato fixo (5) e eletricamente conectado aos segundos meios de conexão (74, 75); - uma terceira posição, na qual é separado espacialmente do contato fixo (5) e eletricamente desconectado dos segundos meios de conexão (74, 75); em que o dito contato móvel (4) se move para dentro do alojamento ao longo de uma direção axial (X) para assumir as ditas primeira, segunda e terceira posições; caracterizado por o dito conjunto (50, 200) ser configurado para ser instalado no dito alojamento (3) de tal forma a envolver o contato fixo (5) e permitir a passagem, através do mesmo, do contato móvel (4) para o acoplamento/desacoplamento no/a partir do contato fixo (5).

2. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito conjunto (50) ser configurado de tal forma que a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) é disposta no dito alojamento (3) ao longo de um percurso em espiral.

3. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito conjunto (50) compreender o dito contato fixo (5) montado nele.

4. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito conjunto (50, 200) compreender um orifício (55, 204) apropriado para receber o contato fixo (5) e que se estende ao longo da dita direção axial (X) para permitir a passagem, através do mesmo, do contato móvel (4), a fim de acoplar/desacoplar no/a partir do contato fixo (5).

5. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os ditos segundos meios de conexão (74, 75) do conjunto (50) serem posicionados na entrada do orifício (55) para a passagem do contato móvel (4), e são configurados para operacionalmente entrar em contato com o contato móvel (4).

6. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito conjunto (50, 204) ser configurado para permitir a passagem, através do mesmo, de gás isolante elétrico.

7. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito conjunto (50) compreender uma placa de circuito impresso (60) com tiras condutoras (61) sobre as quais a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) é montada, sendo a dita placa de circuito impresso (60) enrolada.

8. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a dita placa de circuito impresso (60) ser enrolada através do acoplamento de suas primeira e segunda extremidades opostas (61, 62), sendo que as ditas tiras condutoras (61) são concebidas para formar um percurso em espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores (51).

9. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as ditas tiras condutoras (61) serem dispostas ao longo de linhas paralelas (100, 101, 102) que se estendem entre as ditas primeira e segunda extremidades opostas (61, 62) da placa de circuito impresso (60), sendo que as ditas linhas (100, 101, 102) são definidas de tal forma que as extremidades (68, 681) das linhas (102, 101) colocadas na dita segunda extremidade (63) da placa de circuito impresso (60) são apropriadas para entrar em contato com as extremidades correspondentes (67, 671) de uma linha adjacente (101, 100) colocada na dita primeira extremidade (62) da placa de circuito impresso (60), enrolada sobre a placa de circuito impresso (60).

10. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os cortes (600) serem definidos na dita placa de circuito impresso (60) entre as ditas linhas paralelas (100, 101, 102).

11. Dispositivo de comutação (1), de acordo qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, caracterizado por o dito suporte isolante (56) compreender uma caixa isolante (56) com uma sede (69) apropriada para alojar a dita placa de circuito impresso (60) enrolada.

12. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a dita caixa isolante (56) compreender as partições (700) que se estendem através da extensão longitudinal da sede (69), sendo que ao menos um canal de ventilação (701) passa através de ao menos uma de ditas partições, o dito conjunto (50) sendo configurado de tal forma que ao menos um canal de ventilação (701) é acessível a partir do exterior do conjunto (50).

13. Dispositivo de comutação (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os ditos primeiros meios de conexão (70, 59) do conjunto (50) compreenderem uma base de montagem (59) sobre a qual a caixa isolante (56) é montada e na qual o contato fixo (5) é fixado, e os meios de fixação (70) para fixar a caixa isolante (56) na base de montagem (59).

14. Dispositivo de comutação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o dito conjunto (50) compreender uma cobertura isolante (76) que é operacional mente acoplada na dita caixa isolante (56) de tal forma a cobrir os ditos segundos meios de conexão (74, 75) e que é configurada para permitir a passagem, através da mesma, de dito contato móvel (4).

15. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por o dito suporte isolante compreender ao menos um bloco de material isolante no qual ao menos um grupo de dita pluralidade de dispositivos semicondutores é embutido.

16. Dispositivo de comutação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por o dito suporte isolante compreender ao menos um primeiro membro modular (201) e um segundo membro modular (201) acoplados mutuamente, o dito primeiro membro modular (201) e o dito segundo membro de modular (201) suportam um primeiro grupo e um segundo grupo de dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51), respectiva mente, sendo que os meios de conexão (207) são interpostos entre os ditos primeiro e segundo membros modulares (201, 202) para conectar eletricamente em série os ditos primeiro e segundo grupos de dispositivos semicondutores (51).

17. Aparelho de distribuição compreendendo ao menos um dispositivo de comutação (1) caracterizado por ser conforme qualquer uma dentre as reivindicações anteriores.