BR102013018966B1 - dispositivo de chaveamento em estado sólido aprimorado - Google Patents

Abstract

Dispositivo de chaveamento em estado sólido aprimorado. A presente invenção refere-se a um Dispositivo de chaveamento que compreende: - uma unidade de chaveamento que compreende, para cada polo elétrico, um primeiro contato de desconexão, um segundo contato de desconexão e uma ou mais chaves em estado sólido; - um quadro de sustentação que compreende, para cada polo elétrico, um terceiro contato de desconexão e um quarto contato de desconexão, que são acoplados/separados, respectivamente, com/dos primeiro e segundo contatos de desconexão, quando a unidade de cliaveamento estiver em posição de inserção/retirada com relação ao quadro de sustentação; - meios de acionamento para mover a unidade de chaveamento entre a posição de inserção e a mencionada posição retirada e vice-versa; e - uma unidade de controle que compreende meios de controle que são configurados para coordenar a operação dos meios de acionamento e as chaves em estado sólido, quando uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento necessitar ser realizada, de tal forma que os meios de acionamento movam a unidade de chaveamento apenas quando as chaves em estado sólido estiverem em estado desligado.

Description

[001] A presente invenção refere-se ao campo da técnica de dispositivos de chaveamento de baixa tensão, tais como interruptores de circuito, desconectores, contatos e similares.

[002] Mais especifica mente, a presente invenção refere-se a um dispositivo de chaveamento que possui uma unidade de chaveamento que compreende uma ou mais chaves de estado sólido.

[003] Para os propósitos da presente invenção, a expressão "baixa tensão" refere-se a tensões de menos de 1 kV AC e 1,5 kV DC.

[004] Como se sabe, dispositivos de chaveamento em baixa tensão são utilizados em circuitos elétricos ou grelhas para permitir a operação correta de partes específicas destas últimas.

[005] Dispositivos de chaveamento de baixa tensão, por exemplo, garantem a disponibilidade da corrente nominal necessária para vários dispositivos, permitem a inserção e desconexão adequada de cargas elétricas, protegem (especialmente interruptores de circuito) a grelha elétrica e as cargas elétricas nela instaladas contra eventos de falha, tais como sobrecargas e curtos-circuitos.

[006] Diversas soluções industriais para os dispositivos de chaveamento mencionados acima são disponíveis no mercado.

[007] Dispositivos de chaveamento eletromecânico convencionais possuem geralmente uma caixa externa que abriga um ou mais polos elétricos.

[008] Cada polo compreende um par de contatos separáveis para romper e conduzir a corrente.

[009] Um mecanismo de direcionamento causa o movimento dos contatos móveis entre uma primeira posição fechada, na qual são acoplados aos contatos fixos correspondentes, e uma segunda posição aberta, na qual são espaçados dos contatos fixos correspondentes.

[0010] Em posição fechada, contatos bem projetados resultam em perdas de energia bastante baixas, enquanto na posição aberta eles fornecem isolamento galvânico (elétrico) entre as partes dos polos elétricos que se encontram eletricamente conectados acima e abaixo no fluxo, desde que a sua separação física mútua esteja acima de um valor mínimo.

[0011] Esse isolamento galvânico é muito importante na prática comum, pois permite trabalhos de manutenção e reparo seguros no circuito no qual é inserido o dispositivo de chaveamento.

[0012] Embora se tenha comprovado que esses dispositivos de chaveamento convencionais são muito robustos e confiáveis em aplicações de corrente direta ("DC") e principalmente em tensões relativamente altas (até 1500 V), o tempo de interrupção pode ser bastante longo e, portanto, arcos elétricos, que normalmente surgem entre contatos mecânicos em separação, podem consequentemente durar por tempo relativamente longo.

[0013] Pode surgir, portanto, desgaste severo do contato, com consequente redução notável da resistência elétrica, ou seja, o número de operações de comutação que um dispositivo de chaveamento pode realizar.

[0014] A fim de lidar com essas questões, foram projetados os chamados interruptores de circuito em estado sólido ("SSCBs"), que adotam, para cada polo elétrico, uma ou mais chaves de estado sólido para fins de interrupção de corrente.

[0015] Tipicamente, chaves de estado sólido são dispositivos de chaveamento com base em semicondutores que podem comutar entre um estado ligado e um estado desligado.

[0016] A principal vantagem de SSCBs reside no fato de que possuem resistência elétrica potencialmente ilimitada devido às suas operações de interrupção sem arco.

[0017] Além disso, o seu tempo de interrupção é notadamente mais curto em comparação com o tempo de interrupção dos dispositivos de chaveamento eletromecânicos.

[0018] Por outro lado, SSCBs geralmente necessitam de resfriamento intensivo para remover o calor gerado pela corrente que flui através das chaves de estado sólido, quando estas últimas se encontram em estado ligado.

[0019] Uma desvantagem ainda mais relevante reside no fato de que SSCBs não são apropriados para fornecer isolamento galvânico entre partes conectadas acima e abaixo no fluxo dos polos elétricos.

[0020] De fato, pequenas correntes (correntes de vazamento) fluem através das chaves de estado sólido, mesmo se estas estiverem em estado desligado.

[0021] A fim de reduzir esses problemas, foram desenvolvidas soluções híbridas, nas quais, para cada polo elétrico, chaves eletromecânicas convencionais são conectadas eletricamente em paralelo e/ou em série com as chaves de estado sólido do polo.

[0022] SSCBs híbridos comprovaram ser muito confiáveis e eficazes na sua operação, mas são também afetados por algumas desvantagens.

[0023] Um dispositivo de chaveamento é ensinado no documento EP 2256884.

[0024] Geralmente, eles são relativamente volumosos e de difícil instalação no campo.

[0025] Além disso, eles possuem disposição construtiva relativamente complexa que frequentemente é de realização cara em nível industrial.

[0026] Além disso, as operações das chaves eletromecânicas e em estado sólido podem ser administradas de acordo com sequências de tempo muito precisas e programação rígida.

[0027] Ainda se sente no mercado, portanto, a demanda por soluções técnicas capazes de solucionar, ao menos parcialmente, as desvantagens mencionadas acima.

[0028] A fim de atender a essa necessidade, a presente invenção fornece um dispositivo de chaveamento de acordo com a reivindicação 1 a seguir e as reivindicações dependentes relacionadas.

[0029] Vantagens e características adicionais da presente invenção surgirão mais claramente a partir da descrição de realizações preferidas, mas não exclusivas, ilustradas puramente como forma de exemplos e sem limitações nas figuras anexas, nas quais: - as figuras 1, IA, 2-6, 6A exibem esquematicamente vistas diferentes de uma realização de um dispositivo de chaveamento de acordo com a presente invenção; - as figuras 7 a 10 exibem esquematicamente vistas diferentes de uma realização adicional de um dispositivo de chaveamento de acordo com a presente invenção; - as figuras 11 a 15 exibem esquematicamente vistas diferentes de uma possível realização de meios de acionamento do dispositivo de chaveamento de acordo com a presente invenção; - as figuras 16 e 17 exibem esquematicamente o dispositivo de chaveamento da figura 1 em diferentes posições de operação; e - a figura 18 exibe esquematicamente uma possível realização de uma unidade de controle do dispositivo de chaveamento de acordo com a presente invenção.

[0030] Com referência às figuras mencionadas, em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um dispositivo de chaveamento 1 para circuitos de LV, tais como um interruptor de circuito de LV, desconector, contato e similares.

[0031] O dispositivo de chaveamento 1 inclui uma unidade de chaveamento 2 que compreende uma caixa externa 29 que abriga um ou mais polos elétricos 2A, 2B.

[0032] O número de polos elétricos da unidade de chaveamento 2 pode variar, de acordo com as necessidades. Na realização exibida nas figuras 1, IA, 2-6, 6A, por exemplo, a unidade de chaveamento 2 compreende um único polo elétrico 2A, enquanto na realização exibida nas figuras 7 a 10, a unidade de chaveamento 2 compreende dois polos elétricos 2A, 2B.

[0033] Para cada polo elétrico, a unidade de chaveamento 2 compreende um primeiro contato de desconexão 21 e um segundo contato de desconexão 22, que são dispostos sobre uma parede externa.

[0034] Particularmente, a unidade de chaveamento 2 compreende paredes frontal e traseira 24, 25 que são opostas entre si, paredes laterais 26, TI que são opostas entre si e substancialmente perpendiculares às paredes 24, 25 e paredes superior e inferior 26A, 27A, que são opostas entre si e substancialmente perpendiculares às paredes 24, 25, 26, 27.

[0035] Em posicionamento operativo normal do dispositivo de chaveamento 1, as paredes 24, 25, 26, TI são orientadas verticalmente com relação ao solo enquanto as paredes superior e inferior 26A, 27A são orientadas horizontalmente.

[0036] Os contatos de desconexão 21, 22 são preferencialmente dispostos sobre a parede traseira 25.

[0037] Preferencialmente, os contatos de desconexão 21, 22 são do tipo soquete e plugue. Conforme exibido nas figuras mencionadas, eles podem ser contatos de plugue que se protuberam a partir da parede traseira 25 da unidade de chaveamento 2.

[0038] Para cada polo elétrico, a unidade de chaveamento 2 compreende uma ou mais chaves de estado sólido 20, que são convenientemente dispositivos de chaveamento com base em semicondutores, tais como MOSFETs de potência, transistores bipolares de gate isolado ("IGBTS"), tiristores de desligamento de gate (GTOs), tiristores comutados por gate integrado ("IGCTs") ou similares.

[0039] Conforme exibido nas figuras mencionadas, para cada polo elétrico, a unidade de chaveamento 2 pode compreender uma série de chaves de estado sólido 20 que podem ser conectadas eletricamente em série ou em paralelo, conforme as necessidades.

[0040] Em outras realizações da presente invenção, a unidade de chaveamento 2 pode compreender um dispositivo de chaveamento em estado sólido 20 para cada polo elétrico.

[0041] Preferencialmente, para cada polo elétrico, a unidade de chaveamento 2 compreende um grupo de ventilação 280 que inclui meios de ventilação dispostos adequadamente 28 associados operativamente às chaves de estado sólido 20, a fim de garantir remoção apropriada do calor gerado durante a operação destas últimas.

[0042] As chaves de estado sólido 20 de cada polo elétrico são conectadas eletricamente em série aos primeiro e segundo contatos de desconexão 21, 22 e são posicionadas entre estas últimas, de forma que possam interromper/conduzir a corrente de fase através do polo elétrico da unidade de chaveamento 2.

[0043] As chaves de estado sólido 20 podem ser comutadas entre estado ligado, no qual permitem o fluxo da corrente de fase através do polo elétrico relacionado, e um estado desligado, no qual interrompem a corrente de fase e vice-versa.

[0044] O dispositivo de chaveamento 1 compreende um quadro de sustentação 5 que compreende, para cada polo elétrico da unidade de chaveamento 2, um terceiro contato de desconexão 51 e um quarto contato de desconexão 52, que são dispostos sobre uma parede de sustentação 50 do quadro de sustentação 5.

[0045] Os contatos elétricos 51, 52 são dispostos para acoplamento/separação com/dos contatos elétricos correspondentes 21, 22.

[0046] Preferencialmente, eles são do tipo soquete/plugue. Conforme exibido nas figuras mencionadas, eles podem ser contatos de soquete que são dispostos sobre sedes apropriadas obtidas sobre a parede de sustentação 50, em um lado 501 desta última.

[0047] O quadro de sustentação 5 possui preferencialmente duas paredes laterais 53, 54 nas quais é conectado solidamente a um suporte fixo (não exibido) e uma parede de sustentação transversal 50 que é posicionada entre as paredes laterais 53, 54 e é substancialmente perpendicular com relação a estas últimas. Uma parede de reforço transversal adicional 57 pode ser disposta perpendicularmente entre as paredes laterais 53, 54.

[0048] Em posicionamento operativo normal do dispositivo de chaveamento 1, as paredes 50, 53, 54 são orientadas verticalmente com relação ao solo enquanto a parede de reforço 57 é orientada horizontalmente.

[0049] Preferencialmente, a parede de sustentação 50 possui um lado frontal 501 que fica de frente para uma parede externa da unidade de chaveamento 2, particularmente a parede traseira 25, e uma parede traseira oposta 502.

[0050] Os contatos de desconexão 51, 52 são dispostos no lado frontal 501.

[0051] No lado traseiro 502 da parede de sustentação 50, o quadro de sustentação 5 compreende um primeiro contato de barramento 55 e um segundo contato de barramento 56 para cada polo elétrico da unidade de chaveamento 2.

[0052] Os contatos de barramento 55, 56 são dispostos para conexão elétrica com dispositivos externos ou barramentos de energia. Particularmente, os contatos de barramento 55, 56 são conectados eletricamente aos dispositivos externos ou barramentos de energia quando o dispositivo de chaveamento 1 estiver instalado no campo.

[0053] Condutores adequadamente dispostos (não exibidos) conectam eletricamente os contatos de barramento 55, 56 aos contatos de desconexão 51, 52, respectivamente.

[0054] A unidade de chaveamento 2 é móvel com relação ao quadro de sustentação 5, nomeadamente entre uma posição de inserção A (figura 17) e uma posição retraída B (figura 16) e vice-versa.

[0055] Durante a transição entre a posição de inserção A e a posição retraída B ou vice-versa, a unidade de chaveamento 2 realiza um movimento de translação que ocorre ao longo de uma direção substancialmente perpendicular à parede de sustentação 50.

[0056] Preferencialmente, as paredes laterais 26, 27 da unidade de chaveamento 2 são acopladas de forma deslizante às paredes laterais 53, 54 do quadro de sustentação 5, respectiva mente.

[0057] Com este propósito, meios de acoplamento que incluem rolos 220 e extremidades de orientação 520 ou similares podem ser adequadamente dispostos, conforme exibido nas figuras mencionadas.

[0058] Dependendo do posicionamento relativo da unidade de chaveamento 2, a parede de sustentação 50 do quadro de sustentação 5 é operativa mente associada/separada, no seu lado frontal 501, com/de uma parede externa da caixa externa 29 da unidade de chaveamento 2, particularmente com a parede traseira 25.

[0059] Os contatos de desconexão 51, 52 são acoplados aos contatos de desconexão correspondentes 21, 22, quando a unidade de chaveamento 2 estiver na posição de inserção A. Por outro lado, os contatos de desconexão 51, 52 são separados dos contatos de desconexão 21, 22, respectivamente, quando a unidade de chaveamento 2 estiver na posição retraída B.

[0060] O dispositivo de chaveamento 2 compreende meios de acionamento 3 para mover a unidade de chaveamento 2 entre a mencionada posição de inserção A e a posição retraída B e vice-versa.

[0061] A fim de fornecer a energia mecânica para mover a unidade de chaveamento 2, o meio de acionamento 3 pode compreender meio motor 300.

[0062] A unidade de chaveamento 2 pode também ser manualmente operada diretamente por uma ferramenta de acionamento (não exibida), tal como uma manivela, a ser inserida em uma sede de manobra apropriada 311 que pode ser acessada, por exemplo, por um usuário na parede frontal 24 da unidade de chaveamento 2.

[0063] Preferencialmente, o meio de acionamento 3 compreende meio de transmissão mecânica 30 que é configurado para transmitir a energia mecânica para mover a unidade de chaveamento 2, que é recebida do meio motor 300 ou pela ferramenta de acionamento operada manualmente.

[0064] Preferencialmente, o meio motor 300 compreende um motor elétrico 301, que pode ser alimentado por uma fonte de energia auxiliar (não exibida).

[0065] O motor elétrico 301 possui um eixo de motor 304 que é conectado operativa mente a um mecanismo de transmissão de motor 302 que transmite o movimento giratório do eixo de motor 304 para o meio de transmissão mecânica 30.

[0066] O mecanismo de transmissão motora 302 pode convenientemente compreender, conforme exibido nas figuras 11 a 14, uma série de rodas dentadas ou outras engrenagens que são adequadamente dispostas para transmitir o movimento giratório do eixo de motor 304 com uma determinada proporção de transmissão.

[0067] Segundo uma realização preferida, o meio de transmissão mecânica 30 compreende uma primeira corrente cinemática 31, que é configurada para transformar o movimento imposto pelo meio motor 300, particularmente pelo mecanismo de transmissão 302, ou pela ferramenta de acionamento operada manualmente, em movimento de translação de um transportador móvel 32.

[0068] O meio de transmissão mecânica 30 também compreende uma segunda corrente cinemática 33, que é configurada para transformar o movimento de translação do transportador móvel 32 em um movimento giratório de um eixo de transmissão 34.

[0069] O eixo de transmissão 34 é conectado operativamente às paredes laterais 53, 54 do quadro de sustentação 5 e pode girar livremente com relação a eles.

[0070] O eixo de transmissão 34 é conectado solidamente a um primeiro elemento de grampeamento 35 e a um segundo elemento de grampeamento 36 que pode ser operativa mente acoplado, respectiva mente, a um primeiro pino de grampeamento 291 e um segundo pino de grampeamento 292 da caixa externa 29 da unidade de chaveamento 2.

[0071] Os pinos de grampeamento 291, 292 são convenientemente posicionados sobre as paredes laterais 26, TJ da unidade de chaveamento 2 e são dispostos de forma a projetar-se a partir delas.

[0072] Preferencialmente, os elementos de grampeamento 35, 36 são formados por uma primeira placa 351 e uma segunda placa 361, que são moldadas de forma a definir uma primeira sede de grampeamento 352 e uma segunda sede de grampeamento 362 que pode acoplar-se operativa mente aos pinos de grampeamento 291, 292, respectiva mente.

[0073] As sedes de grampeamento 352, 362 apresentam as primeiras extremidades de grampeamento 353 e as segundas extremidades de grampeamento 363, nas quais são acopladas aos mencionados primeiro e segundo pinos de grampeamento, respectiva mente.

[0074] Convenientemente, as extremidades de grampeamento 353, 363 são moldadas de forma a ter perfil excêntrico com relação ao eixo de rotação do eixo de transmissão 34.

[0075] Desta forma, quando acopladas aos pinos de grampeamento 291, 292, as extremidades de grampeamento 353, 363 são capazes de impor movimento de translação ao dispositivo de chaveamento 2, durante a rotação do eixo de transmissão 4.

[0076] Obviamente, a direção do mencionado movimento de translação é determinada pela direção de rotação do eixo de transmissão 4.

[0077] Preferencialmente, as extremidades de grampeamento 353, 363 possuem, respectiva mente, primeiras porções 353A, 363A e segundas porções 353B, 363B, que são moldadas de forma a ter diferentes perfis excêntricos com relação ao eixo de rotação do eixo de transmissão 34.

[0078] Desta forma, as extremidades de acoplamento 353, 363 são capazes de impor movimento de translação ao dispositivo de chaveamento 2, que possui diferentes velocidades para uma dada velocidade de rotação do eixo de transmissão 34, dependendo da posição de acoplamento atingida entre a unidade de chaveamento 2 e o quadro de sustentação 5.

[0079] Em realizações possíveis da presente invenção (não exibidas), a energia mecânica para mover a unidade de chaveamento 2 pode ser fornecida por uma ou mais molas de acionamento que são associadas operativamente à unidade de chaveamento 2 e ao quadro de sustentação 5.

[0080] Particularmente, as mencionadas molas de acionamento movem a unidade de chaveamento 2 apenas durante uma operação retirada desta última.

[0081] Durante uma operação de inserção da unidade de chaveamento 2, que pode ser executada manualmente ou por meio de ativação do meio motor 300, as mencionadas molas de acionamento são comprimidas e mantidas nesse estado de compressão por um primeiro mecanismo de bloqueio (não exibido).

[0082] Quando necessita ser realizada uma operação retraída da unidade de chaveamento 2, o mencionado primeiro mecanismo de bloqueio é desligado e as molas de acionamento podem empurrar a unidade de chaveamento 2 para longe da posição de inserção A, em direção à posição retraída B.

[0083] Segundo a presente invenção, o dispositivo de chaveamento 1 compreende uma unidade de controle 4, que é configurada para controlar a operação da unidade de chaveamento 2 e do meio de acionamento 3.

[0084] Conforme exibido nas figuras mencionadas, a unidade de controle 4 pode ser disposta em um módulo de comando 400 posicionado em uma das paredes laterais 53, 54 do quadro de sustentação 5 (vide a figura 2).

[0085] O módulo de comando 400 pode incluir convenientemente também o meio motor 300 para fins de economia de espaço.

[0086] Alternativa mente, a unidade de controle 4 pode ser posicionada a bordo da unidade de chaveamento 2 ou em uma posição remota com relação a esta última.

[0087] Preferencialmente, a unidade de controle 4 é alimentada por uma fonte de energia auxiliar (não exibida). Convenientemente, a unidade de controle 4 pode compreender meios de armazenagem (tais como um ou mais capacitores) para armazenar uma quantidade de energia elétrica a fim de garantir a execução de certas funcionalidades, caso a fonte de energia auxiliar seja interrompida por alguma razão.

[0088] A unidade de controle 4 compreende preferencialmente uma interface de usuário 410, tal como uma tecla de comando, por meio da qual o usuário pode enviar sinais de comando para realizar uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2.

[0089] A unidade de controle 4 compreende meio de controle 41 para coordenar a operação do meio de acionamento 3 e as chaves de estado sólido 20, quando necessitar ser realizada uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2.

[0090] Uma operação de retirada pode, por exemplo, destinar-se a atingir isolamento galvânico da unidade de chaveamento 2 contra dispositivos externos ou barramentos de energia, de forma a fornecer funcionalidades de proteção e/ou outras funcionalidades de administração de redes ou realizar operações de manutenção sobre o dispositivo de chaveamento 1.

[0091] Uma operação de inserção pode, por exemplo, destinar-se a restabelecer a conexão elétrica da unidade de chaveamento 2 com dispositivos externos ou barramentos de energia, de forma a fornecer funcionalidades de proteção e/ou outras funcionalidades de administração de redes ou após a execução de operações de manutenção sobre o dispositivo de chaveamento 1.

[0092] Segundo a presente invenção, o meio de controle 41 coordena a operação do meio de acionamento 3 e das chaves de estado sólido 20, de tal forma que o meio de acionamento 3 mova a unidade de chaveamento 2 entre as posições de inserção e retirada A, B e vice-versa somente quando as chaves de estado sólido 20 estiverem em estado desligado.

[0093] Desta forma, uma operação de inserção e retirada da unidade de chaveamento 2 sempre ocorre em condições de operação segura, com redução notável de fenômenos de choque, tais como arcos elétricos, nos contatos de separação e acoplamento mútuo 21, 22, 51, 52.

[0094] De fato, como ocorre uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2 quando as chaves de estado sólido 20 estão em estado desligado, somente correntes pequenas de algumas dezenas de mA (as correntes de vazamento das chaves de estado sólido 20 que circulam ao longo dos polos elétricos) devem ser interrompidas, no pior caso.

[0095] A energia geral de possíveis arcos elétricos que surgem é, portanto, notadamente reduzida quando os contatos de desconexão 21, 22 da unidade de chaveamento 2 são acoplados/separados com/dos contatos de desconexão correspondentes 51, 52 do quadro de sustentação 5, de forma a evitar efeitos destrutivos.

[0096] Preferencialmente, a unidade de controle 4 compreende um dispositivo de processamento digital (não exibido), tal como um microcontrolador.

[0097] Preferencialmente, o meio de controle 41 é meio computadorizado, ou seja, um conjunto de instruções de software, módulos ou rotinas que podem ser executadas pelo mencionado dispositivo de processamento digital.

[0098] Alternativa mente, a unidade de controle 4 pode ser do tipo analógico e o meio de controle 41 pode compreender um ou mais circuitos analógicos apropriados.

[0099] Naturalmente, são possíveis outras soluções de acordo com as necessidades.

[00100] Preferencialmente, o meio de controle 41 é configurado para receber primeiros sinais de comando SI para realizar uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2.

[00101] O meio de controle 41 é configurado para fornecer imediatamente segundos sinais de comando S2 para comutar as chaves de estado sólido 20 de cada polo elétrico em estado desligado, mediante o recebimento dos sinais de controle Sl.

[00102] Preferencialmente, o meio de controle 41 é configurado para receber sinais de capacitação E de um primeiro sensor apropriado 200, em que os mencionados sinais E são indicativos do estado operativo das chaves de estado sólido 20.

[00103] Segundo algumas realizações da presente invenção, quando as chaves de estado sólido 20 são comutadas em um estado desligado (a unidade de controle recebeu um sinal de capacitação E), o meio de controle 41 fornece terceiros sinais de comando S3 para permitir que o meio de acionamento 3 mova a unidade de chaveamento 2.

[00104] No caso de uma manobra motorizada da unidade de chaveamento 2, o meio de controle 41 preferencialmente fornece quartos sinais de comando S4 para ativar o meio motor 300 para mover a unidade de chaveamento 2.

[00105] Os sinais de comando S2 podem ser sinais de corrente ou tensão que são apropriados para dirigir as chaves de estado sólido 20 e comutá-las posteriormente em estado desligado.

[00106] Os sinais de comando Sl, S3, S4 podem ser de tipos diferentes, dependendo da solução adotada para execução da operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2.

[00107] Segundo algumas realizações da presente invenção, em que a energia mecânica para execução de uma operação de inserção ou retirada da unidade de chaveamento 2 pode ser fornecida pelo meio motor 300, os sinais de comando Sl podem ser enviados pela tecla de comando 410 que é operada por um usuário ou por um dispositivo eletrônico remoto 420 (tal como uma unidade de administração de proteção) que é capaz de comunicar-se com a unidade de controle 41.

[00108] Mediante recebimento dos sinais de comando Sl, a unidade de controle 4 envia os sinais de comando S2 para as chaves de estado sólido 20 a fim de comutá-las posteriormente em estado desligado.

[00109] Ao receber os sinais de capacitação E, a unidade de controle 4 fornece os sinais de comando S4 para ativar o meio motor 300.

[00110] Segundo algumas realizações da presente invenção, nas quais a energia mecânica para execução de uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2 pode ser fornecida manualmente, os sinais de comando SI são enviados por um segundo sensor 430 que é disposto para detectar a inserção de uma manivela na sede de manobra 311. Mediante recebimento dos sinais de comando Sl, a unidade de controle 4 envia os sinais de comando S2 para as chaves de estado sólido 20 a fim de comutá-las posteriormente em estado desligado.

[00111] Alternativa mente, o meio de controle 41 pode ser configurado para não receber sinais de capacitação E nem fornecer sinais de comando S3.

[00112] Neste caso, a operação do meio de acionamento 3 e das chaves de estado sólido 20 é coordenada por meio de exploração conveniente do tempo de intervenção muito mais curto da unidade de controle 4, que é capaz de mudar as chaves de estado sólido 20 para estado desligado antes que a unidade de chaveamento 2 comece a mover- se.

[00113] Segundo outras realizações da presente invenção, a operação do meio de acionamento 3 por uma manivela normalmente é evitada por um segundo mecanismo de bloqueio (não exibido).

[00114] Neste caso, a unidade de controle 4 recebe convenientemente um sinal de capacitação E do sensor 202 e fornece sinais de comando S3 para desligar o mencionado segundo mecanismo de bloqueio. O usuário pode operar o meio de acionamento 3 por meio da manivela inserida na sede de manobra 311.

[00115] Segundo algumas realizações da presente invenção, a energia mecânica para realizar a operação de retirada da unidade de chaveamento 2 pode ser fornecida por molas de acionamento apropriadas que são mantidas em estado comprimido por um primeiro mecanismo de bloqueio.

[00116] Neste caso, os sinais de comando Sl (para executar a operação de retirada) podem ser enviados pela tecla de comando 410 ou por um dispositivo eletrônico remoto 420.

[00117] Mediante recebimento dos sinais de comando Sl, a unidade de controle 4 envia os sinais de comando S2 para as chaves de estado sólido 20 a fim de comutá-las posteriormente em estado desligado.

[00118] Ao receber um sinal de capacitação E, a unidade de controle 4 fornece os sinais de comando S3 para desligar o mencionado primeiro mecanismo de bloqueio.

[00119] Segundo algumas realizações da presente invenção, os sinais de comando Sl podem ser enviados por um terceiro sensor 440 que detecta a interrupção da fonte de energia auxiliar do motor elétrico 301 e/ou da unidade de controle 4.

[00120] Mediante recebimento dos sinais de comando Sl, a unidade de controle 4 envia os sinais de comando S2 para as chaves de estado sólido 20 a fim de comutá-las posteriormente em estado desligado.

[00121] Para essa funcionalidade, a unidade de controle 4 é convenientemente alimentada pelo meio de armazenagem disposto adequadamente descrito acima.

[00122] A unidade de chaveamento 2 pode agora ser trazida em segurança para uma posição retirada por meio de abertura manual do meio de acionamento 3.

[00123] Caso a energia elétrica armazenada pelo meio de armazenagem seja suficiente, a unidade de controle 4 pode também fornecer os sinais de comando S4 para ativar o meio motor 300 para uma operação de retirada de emergência da unidade de chaveamento 2.

[00124] Para essa funcionalidade, a unidade de controle 4 e o motor elétrico 301 são convenientemente alimentados pelo meio de armazenagem disposto adequadamente descrito acima.

[00125] O dispositivo de chaveamento 1 pode ser submetido a possíveis variações dos descritos acima.

[00126] O meio de controle 41 pode ser configurado, por exemplo, para coordenar a operação do meio de acionamento 3 e as chaves de estado sólido 20 de acordo com esquemas de coordenação diferentes dos ilustrados acima, mas todos implementando a operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2 após a comutação das chaves de estado sólido 20 em estado desligado.

[00127] O dispositivo de chaveamento 1 garante nível relativamente alto de confiabilidade, pois chaves de estado sólido 20 são adotadas para interromper as correntes de fase em circulação ao longo dos polos elétricos.

[00128] Além disso, graças à adoção das chaves de estado sólido 20, podem ser realizadas operações de interrupção com tempo de interrupção relativamente curto. Por outro lado, chaves de estado sólido 20 garantem vida de operação relativamente longa, com a possibilidade de realização de alto número de operações de interrupção.

[00129] O dispositivo de chaveamento 1 fornece a integração de funcionalidades de interrupção e desconexão por meio da adoção de uma única unidade de chaveamento 2, em outras palavras, sem a necessidade de adoção de uma unidade de chaveamento dedicada a realizar operações de interrupção e uma unidade de chaveamento adicional dedicada a realizar operações de desconexão, como ocorre nas soluções do estado da técnica.

[00130] De fato, o isolamento/conexão galvânica dos polos elétricos com/de dispositivos externos ou barramentos de energia é garantido por uma operação de inserção/retirada da unidade de chaveamento 2, sem a adoção de dispositivos de chaveamento eletromecânico dedicados.

[00131] Essa capacidade de realização de funcionalidades de interrupção e desconexão integradas fornece notáveis vantagens com relação à coordenação das operações de interrupção/desconexão e a interface entre os componentes do dispositivo de chaveamento.

[00132] Além disso, ela permite a obtenção de um dispositivo de chaveamento que é caracterizado por uma estrutura simplificada, com tamanho relativamente pequeno.

[00133] O dispositivo de chaveamento 1 fornece melhorias sobre a execução de operações de desconexão.

[00134] Ao realizar-se uma operação de desconexão, as chaves de estado sólido 20 de cada polo elétrico são isoladas eletricamente de dispositivos externos ou barramentos de energia em dois pontos de desconexão, acima e abaixo no fluxo da sua posição operativa.

[00135] Essa característica fornece isolamento aprimorado de barramentos de energia ou dispositivos posicionados acima no fluxo com relação ao dispositivo de chaveamento 1 e cargas elétricas posicionadas abaixo no fluxo.

[00136] Além disso, essa característica permite intervenções mais fáceis e seguras sobre as chaves de estado sólido 20, por exemplo, para fins de manutenção.

[00137] Adicionalmente, ela simplifica a execução de intervenções de retroajuste no campo, tais como a substituição de um dispositivo de chaveamento que já está instalado no campo e compreende unidades separadas de interrupção e desconexão, por um novo dispositivo de chaveamento, que possui uma única unidade de chaveamento e, entretanto, é capaz de fornecer funcionalidades de interrupção e desconexão integradas.

[00138] O dispositivo de chaveamento 1 comprovou ter realização relativamente fácil e a baixo custo em nível industrial e instalação prática no campo.

[00139] O dispositivo de chaveamento concebido desta forma é susceptível a modificações e variações, todas as quais encontram-se dentro do escopo do conceito da presente invenção conforme particularmente definido pelas reivindicações anexas; qualquer combinação possível das realizações descritas anteriormente pode ser implementada e necessita ser considerada dentro do conceito do presente relatório descritivo; todos os detalhes podem ser adicionalmente substituídos por elementos tecnicamente equivalentes. [00140] Além disso, os materiais utilizados, desde que sejam compatíveis com o uso e propósito específicos, bem como as dimensões , podem ser quaisquer de acordo com as necessidades e o estado da técnica.

Claims (12)

1. Dispositivo de chaveamento (1), compreendendo: - uma unidade de chaveamento (2) que compreende uma caixa externa (29) que abriga um ou mais polos elétricos (2A, 2B), a mencionada unidade de chaveamento compreende, para cada um dos mencionados polos elétricos, um primeiro contato de desconexão (21), um segundo contato de desconexão (22) e uma ou mais chaves de estado sólido (20), que podem ser comutadas entre um estado ligado e um estado desligado e vice-versa; - um quadro de sustentação (5) que compreende, para cada um dos mencionados polos elétricos, um terceiro contato de desconexão (51) e um quarto contato de desconexão (52), sendo que a mencionada unidade de chaveamento (2) ser móvel, com relação ao mencionado quadro de sustentação, entre uma posição de inserção (A) em que o mencionado primeiro contato de desconexão (21) e o mencionado contato de desconexão (22) são acoplados ao terceiro contato de desconexão (51) e ao quarto contato de desconexão (52) correspondentes, respectivamente, e uma posição retraída (B) na qual o mencionado primeiro contato de desconexão (21) e o mencionado segundo contato de desconexão (22) são separados do terceiro contato de desconexão (51) e do quarto contato de desconexão (52) correspondente, respectivamente, e vice-versa; - meio de acionamento (3) para mover a mencionada unidade de chaveamento entre a mencionada posição de inserção (A) e a mencionada posição retraída (B) e vice-versa; - uma unidade de controle (4), que é configurada para controlar a operação da mencionada unidade de chaveamento (2) e do mencionado meio de acionamento (3), caracterizado por a mencionada unidade de controle compreender os meios de controle (41) que são configurados para coordenar a operação do mencionado meio de acionamento (3) e das mencionadas chaves de estado sólido (20), quando uma operação de inserção/retirada da mencionada unidade de chaveamento (2) necessita ser realizada, de tal forma que o mencionado meio de acionamento mova a mencionada unidade de chaveamento (2) apenas quando as mencionadas chaves de estado sólido estiverem em estado desligado.

2. Dispositivo de chaveamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os mencionados meios de controle (41) serem configurados para receber um primeiro sinal de comando (S1) para realizar uma operação de inserção/retirada da mencionada unidade de chaveamento (2), os mencionados meios de controle fornecem um segundo sinal de comando (S2) para comutar as mencionadas chaves de estado sólido (20) em estado desligado, mediante recebimento do mencionado primeiro sinal de comando.

3. Dispositivo de chaveamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os mencionados meios de controle (41) serem configurados para fornecer um terceiro sinal de comando (S3) para permitir que os mencionados meios de acionamento movam a mencionada unidade de chaveamento (2), quando as mencionadas chaves de estado sólido (20) são comutadas para estado desligado.

4. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado por os mencionados meios de controle (41) serem configurados para fornecer um quarto sinal de comando (S4) para ativar os meios motores (300) para mover a mencionada unidade de chaveamento (2), quando as mencionadas chaves de estado sólido (20) são comutadas para estado desligado.

5. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os mencionados primeiro e segundo contatos de desconexão (21, 22) serem dispostos sobre uma parede traseira (25) da mencionada unidade de chaveamento (2) e os mencionados terceiro e quarto contatos de desconexão (51, 52) serem dispostos sobre uma parede de sustentação (50) do mencionado quadro de sustentação (5), a mencionada parede de sustentação (50) é associada operativamente à mencionada parede traseira (25), quando a mencionada unidade de chaveamento (2) encontra-se na mencionada posição de inserção (A).

6. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os mencionados meios de acionamento (3) compreenderem os meios motores (300) para fornecer a energia mecânica para mover a mencionada unidade de chaveamento.

7. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os mencionados meios de acionamento (3) poderem ser operados manualmente por uma ferramenta de acionamento para fornecer a energia mecânica para mover a mencionada unidade de chaveamento.

8. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os mencionados meios de acionamento (3) compreenderem os meios de transmissão mecânica (30) que são configurados para transmitir a energia mecânica para mover a mencionada unidade de chaveamento.

9. Dispositivo de chaveamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os mencionados meios de transmissão mecânica (30) compreenderem uma primeira cadeia cinemática (31), que é configurada para transformar o movimento imposto pelos mencionados meios motores (300) ou pela mencionada ferramenta de acionamento em um movimento de translação de um transportador móvel (32), e uma segunda corrente cinemática (33), que é configurada para transformar o movimento de translação do mencionado transportador móvel em movimento giratório de um eixo de transmissão (34) que é conectado solidamente a um primeiro elemento de grampeamento (35) e um segundo elemento de grampeamento (36) que podem ser operativamente acoplados, respectivamente, a um primeiro pino de grampeamento (291) e um segundo pino de grampeamento (292) da caixa externa (29) da mencionada unidade de chaveamento.

10. Dispositivo de chaveamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o mencionado primeiro elemento de grampeamento (35) e o mencionado segundo elemento de grampeamento (36) serem formados, respectivamente, por uma primeira placa (351) e uma segunda placa (361), que são moldadas de forma a definir uma primeira sede de grampeamento (352) e uma segunda sede de grampeamento (362) que são acopladas operativamente ao mencionado primeiro pino de grampeamento (291) e ao mencionado segundo pino de grampeamento (292), respectivamente, nas primeiras extremidades de acoplamento (353) e segundas extremidades de acoplamento (363), que são moldadas de forma a terem um perfil excêntrico com relação ao eixo de rotação do mencionado eixo de transmissão (34).

11. Dispositivo de chaveamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as mencionadas primeira e segunda extremidades de acoplamento (353, 363) apresentarem as primeiras porções (353A, 363A) e as segundas porções (353B, 363B) que são moldadas de forma a apresentarem perfis excêntricos diferentes com relação ao eixo de rotação do mencionado eixo de transmissão (34).

12. Dispositivo de chaveamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, caracterizado por o mencionado primeiro pino de grampeamento (291) e o mencionado segundo pino de grampeamento (292) serem dispostos sobre paredes laterais opostas (26) da mencionada unidade de chaveamento (2).

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