BR102015006730B1 - Dispositivo de captação da centelha de uma sobre tensão e meio de regular a captação da centelha de uma sobre tensão - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO e MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO. Patente de Invenção para dispositivo dotado de dois eletrodos de carga (3 e 4), alinhados verticalmente, fixos com material isolante, à base de fixação (5), adjacentes a, pelo menos, um eletrodo de descarga (9), montado em pino (10), condutor, a uma linha aterrada (11), onde o eletrodo de descarga compreende um disco (61) com perfuração (62) central acoplável à um mancal (63) dotado de furação excêntrica (64); uma sobre tensão aplicada em um dos eletrodos de carga, faz com que uma centelha salte ao eletrodo de descarga adjacente, direcionada para o aterramento. O mancal excêntrico (63), juntamente com o disco (61) compreendem um meio de regulagem da captação da centelha, por meio do deslocamento do eletrodo de descarga (6, 7, 8 ou 9) com relação ao eletrodo de carga adjacente, ou o rotacionamento, independente, do disco (61) no mancal (63), para ajuste do posicionamento de erosões perimetrais, localizadas.

Description

[001] A presente patente de invenção compreende um dispositivo dotado de eletrodos de carga e descarga, destinado ao campo de energia elétrica, em especial a dispositivos para transferência e controle de energia elétrica.

[002] Para compreender o presente dispositivo, sua aplicação e funcionamento, há que se entender o princípio físico que rege as descargas elétricas. As redes elétricas estão sujeitas a distúrbios como: queda de voltagem ou micro corte, surto, pico de energia, ruídos, blackout e harmônicas. Certamente o raio, que é causador dos surtos, é o mais preocupante e devastador.

[003] O raio é uma descarga elétrica brusca, ocorre durante chuvas e tempestades, quando há contato entre nuvens de chuva ou com uma dessas nuvens e o solo. Nem tudo sobre relâmpagos é totalmente esclarecido, também não há consenso sobre sua formação. Os elétrons (negativos) tendem a se acumular na parte inferior da nuvem, enquanto as partículas positivamente carregadas se concentram na parte de cima. A nuvem se torna uma pilha de milhões de volts e cerca de 200 mil amperes. A segregação das cargas cria um campo elétrico tão intenso que a carga positiva da nuvem repele a carga positiva do solo, bem abaixo. O campo elétrico também deixa o ar ionizado (eletricamente carregado). Os elétrons ou íons positivos se repelem mutuamente, dando-lhes mais mobilidade e, consequentemente, tornam-se melhores condutores. A ionização do ar forma um elo entre a nuvem e o solo. Este elo é o “caminho” - tortuoso e cheio de ramificações - percorrido pela descarga elétrica. Para-raios são instalados no topo de prédios e construções, atraindo cargas elétricas e desviando-as para o solo. O raio escolhe o caminho mais curto entre dois pontos, ou seja, o caminho com menos ar. Por esse motivo, as nuvens mais altas só têm raios entre nuvens e não entre nuvem e solo.

[004] Um princípio físico notável é a rigidez dielétrica de um certo material é um valor limite de campo elétrico aplicado sobre a espessura do material (kV/mm), sendo que, a partir deste valor, os átomos que compõem o material se ionizam e o material dielétrico deixa de funcionar como um isolante e passa a ser um condutor.

[005] Após entendermos o que é rigidez dielétrica podemos perceber claramente que uma centelha elétrica saltará de um corpo eletrizado para outro colocado próximo a ele. Se colocarmos duas placas metálicas separadas por uma certa distância e ambas ligadas aos polos de uma bateria, elas possuirão entre elas uma camada de ar. Se a bateria for ligada criará um campo elétrico entre as placas e, ao se exceder o valor da rigidez dielétrica do ar, uma faísca saltará de uma placa a outra, pois o ar se tornou condutor. Essa faísca é a centelha, uma descarga elétrica, um movimento de elétrons livres e íons no ar que era isolante, mas passou a conduzir corrente devido ao campo elétrico.

[006] A distância entre os eletrodos, na qual é produzida a centelha, é denominada GAP, e depende da intensidade da corrente. O GAP é o comprimento da centelha.

[007] Esta centelha superaquece a superfície do material dentro do campo de descarga, fundindo-a. Estima-se que, dependendo da intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da centelha possa variar entre 2.500 e 50.000°C. Este centelhamento ocasiona um eletroerosão dos eletrodos, cuja rugosidade será maior ou menor, conforme o GAP. Um GAP mais baixo implica maior tempo de eletroerosão e menor rugosidade na superfície.

[008] No campo da geração de energia, busca-se, incessantemente, meios de “domar” as descargas elétricas, involuntárias, extremamente prejudiciais aos equipamentos eletroeletrônicos.

[009] As redes elétricas consistem em fase, neutro e aterramento. O neutro pode ser considerado uma fase de referência em 0V fornecida pela concessionária de energia. Normalmente é utilizado em cargas MONOFÁSICAS em baixa tensão, como 110V, onde utiliza uma fase 110V e o neutro. No caso de 220V, utiliza-se duas fases de 110V. Em redes trifásicas, utilizamos um neutro, por exemplo, em tensões 380V ou 440V, podemos ter um ponto monofásico equivalente a 220V utilizando uma das fases e o neutro. O aterramento serve como proteção contra descargas elétricas e deve ser conectado ao chassi de uma máquina ou motor, ou mesmo nos eletrodomésticos, como chuveiro, computadores, etc., de forma a prevenir eventuais choques e proteção contra surtos externos, como raios.

[010] Descargas elétricas em uma rede elétrica, adentra a fase ou neutro e segue para os disjuntores, que devem desarmar para evitar a passagem da tensão elevada. Ocorre que, a tensão pode transpor esse dispositivo e seguir para as tomadas e pontos de luz do imóvel, onde, conectados equipamentos eletroeletrônicos, em sua maioria contam com dispositivo de aterramento que se destina a transferir a sobre tensão para o aterramento do imóvel. Ocorre que este sistema de aterramento dos equipamentos pode ser falho e insuficiente e, via de regra, os imóveis não têm suas tomadas devidamente aterradas e, há ainda o fato de que o sistema de aterramento do imóvel pode ser subdimensionado por questões de custos, tornando-o ineficaz ao propósito.

[011] Uma pesquisa por documentos que evidenciem o estado da técnica, traz à tona documentos como PI9700274-7, cuja publicação data de 8/12/1998, intitulado APERFEIÇOAMENTO EM CENTELHADOR ELÉTRICO PARA DESCARREGAR SOBRETENSÃO que, em sua reivindicação 1, independente, pleiteia dois eletrodos (1-2) montados em série em estrutura (E). O eletrodo (2) é um cartucho de elo fusível. A estrutura (E) é um isolador convencional (3) com meios (4) e base (5) para fixar os eletrodos em série (1 e 2). A base inclui aterramento (6) para o elo fusível (2) dotado de contato metálico (7), aliado ao eletrodo (1), axialmente, com uma distância (d).

[012] O documento MU7902763, publicado em 10-07-2001, DISPOSITIVO PROTETOR CONTRA DESCARGA ELÉTRICA PARA APARELHOS ELETROELETRÔNICOS, em sua reivindicação única reivindica um par de conectores (10) em uma placa (11), tendo interposto um centelhador a gás (12) interligado aos conectores (10) por terminais (13). Em pico/surto de tensão, o centelhador (12) se tornará uma baixa impedância, aterrando a sobrecarga, evitando que o equipamento a ele ligado, queime.

[013] O documento americano US3366832, com publicação ocorrida em 30/01/1968- SPARK GAP ARRANGEMENT FOR LIGHTNING ARRESTER, em seu quadro reivindicatório com 7 (sete) itens, cujos mais relevantes descrevem uma estrutura para sobre tensão compreende uma pilha de placas (1) circulares isolantes, centradas por uma borda elevada para receber e centrar a placa adjacente na pilha. Inter conectados eletricamente eletrodos (2) localizados excentricamente estão posicionados em faces opostas de cada placa (1) para estabelecer um GAP entre as bordas de eletrodos (2) de placas adjacentes na pilha. As placas (1) podem girar em relação a adjacente, para permitir que o GAP possa ser definido com precisão. Uma ferramenta de calibre de fixação das placas (1) é inserida numa abertura radial na periferia da placa (1) de modo a entrar entre os bordos das placas de eletrodos (2) adjacentes. Depois de todas as distancias foram definidas, todas as placas (1) na pilha são protegidas contra a rotação adicional com aplicação de uma resina sintética; apresenta uma reivindicação 2, dependente, onde uma estrutura supressora de sobre tensão tal como definido na reivindicação 1, em que os referidos eléctrodos em faces opostas de cada referida placa estão mecânica e eletricamente interligados por meio de um rebite; e uma reivindicação 3, dependente, para uma estrutura de sobre tensão descarregador, como definido na reivindicação 1, em que os referidos eletrodos, em faces opostas de cada referida placa tem uma configuração circular.

[014] Os documentos, antes, ilustrados apresentam o mesmo conceito de desvio da centelha produzida pela sobre tensão, porém não permitem uma regulagem da distância entre os eletrodos. Os documentos PI9700274-7 e MU7902763 apresentam eletrodos fixos e não possibilitam a regulagem do distanciamento entre eles; o documento US3366832 apresenta um empilhamento dos eletrodos, apresentando um modelo construtivo complexo e de alto custo, visto que se faz necessário um conjunto deste para cada linha da rede elétrica e o documento US2615145, de 1952, citado no documento americano US3366832, apresenta placas empilhadas e conformadas por eletrodos dispostos radialmente e de forma fixa, cuja construção é complexo e de custo elevado.

[015] É fato que, após algumas descargas com sobre tensão, a eletroerosão causada nos elementos das placas, exigirá sua substituição total, encarecendo, além da fabricação industrial, a manutenção da rede elétrica.

[016] Posto isto, o inventor pesquisou e desenvolveu o presente dispositivo, ora intitulado DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO E MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO e que, sintetizadamente, prevê um dispositivo e meio de regulagem desse dispositivo que, conforma-se por um eletrodo de carga, isolado, para cada linha existente, fase e neutro posicionados equidistantes, interposto em uma rede elétrica, na ligação entre a rede externa e a caixa de distribuição do imóvel, sendo que, para cada eletrodo de carga, é adotado, adjacente, um eletrodo de descarga, igualmente posicionados equidistantes entre si, conectado ao aterramento do imóvel. Os eletrodos de carga e descarga tem estrutura circular, com diâmetro e espessura previamente configurados para a rede interna do imóvel, dimensionados em acordo com a amperagem do disjuntor de entrada. O eletrodo de carga é fixo, enquanto o eletrodo de descarga pode ser rotacionado. Para tanto, consiste em um disco, cuja perfuração central recebe um mancal dotado de furação excêntrica, fixa ao pino conectado com a rede de aterramento, por meio de uma porca ou travante. O mancal excêntrico permite que o disco do eletrodo de descarga seja aproximado do eletrodo de carga e, concomitantemente, seja rotacionado sobre o mancal, ajustando o posicionamento de erosões perimetrais, localizadas, a fim de prover uma melhor eficiência do dispositivo e prolongar a substituição dos eletrodos descarga e descarga.

[017] Feita a constatação, após a ocorrência de sobre tensão, de eletroerosão nos elementos das placas, o eletricista desliga a rede interna, através do disjuntor, afrouxa a porca ou travante que prende o mancal do eletrodo de descarga desejado, posiciona uma palheta calibradora, de acordo com a amperagem da rede, dentre os bordos perimetrais dos eletrodos de carga e descarga, deslocando o disco até que se recoste na palheta calibradora, procedendo a fixação da porca ou travante. O deslocamento do mancal é arbitrário, em qualquer direção axial. Isto permite que o ajuste de posicionamento do eletrodo de descarga, seja feito em relação a um ou ambos os eletrodos de carga, adjacentes.

[018] A montagem dos eletrodos de carga inicia pelo posicionamento das linhas fase positivo acima e a linha neutra abaixo das fases positivas e, seguindo o sentido da corrente elétrica de entrada, os eletrodos de descarga são montados no lado oposto. Ou seja, energia entrando à esquerda, os eletrodos de descarga se posicionam à direita e, inversamente, a energia entrando a direita, os eletrodos de descarga se posicionam à esquerda.

[019] Uma sobre tensão aplicada em um dos eletrodos de carga, excede o valor da rigidez dielétrica do ar entre este eletrodo e o eletrodo de descarga adjacente, e uma centelha saltará dentre os eletrodos, direcionada para o aterramento.

[020] A seguir o objeto desta solicitação de patente será detalhado, inclusive com referências numéricas conjuntas a descrição que se segue, sem pretender a restrição quanto às proporções, quantidade de recipientes, ora ilustrados em 18 unidades, materiais e componentes utilizados na sua fabricação industrial, onde:

[021] As figuras 1 e 2 são vistas em perspectiva frontal superior, respectivamente, montado e explodido, do dispositivo com 3 (três) fases, neutro e eletrodos de carga e descarga;

[022] A figura 3 é uma vista ortogonal frontal de uma montagem do dispositivo;

[023] A figura 4, vista o corte A-A da figura 3;

[024] A figura 5, vista o corte B-B da figura 3;

[025] A figura 6 é uma vista ortogonal lateral de uma montagem do dispositivo;

[026] A figura 7 é uma vista em perspectiva, isolada e explodida, do disco e mancal do eletrodo de descarga;

[027] A figura 8 é uma vista ortogonal, superior, do disco e mancal do eletrodo de descarga;

[028] A figura 9 é uma vista ampliada do corte A-A da figura 8.

[029] De acordo com as figuras acima relacionadas, a DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO e MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, objeto maior desta solicitação de patente compreende, pelo menos, dois eletrodos de carga (3 e 4), alinhados verticalmente, fixos com material isolante, da base de fixação (5), adjacentes a, pelo menos, um eletrodo de descarga (9), montado em pino (10), condutor, a uma linha aterrada (11). Cada eletrodo de carga (1, 2, 3 ou 4), intersecciona uma linha da rede elétrica, fase (12, 13 e 14) ou neutro (15).

[030] O eletrodo de descarga conforma-se por um disco (61) com perfuração (62) central para acoplamento à um mancal (63) dotado de furação excêntrica (64) que permite a fixação ao pino (10), por porca (16) ou outro dispositivo atarraxante ou travante.

[031] O mancal excêntrico (63), juntamente com o disco (61) compreendem um meio de regulagem da captação da centelha, por meio do deslocamento do espaço entre a diferença do diâmetro do pino (10) e o comprimento da furação excêntrica (64), possibilitando que o eletrodo de descarga (6, 7, 8 ou 9) seja aproximado do eletrodo de carga adjacente, concomitantemente, o rotacionamento do disco (61) no mancal (63), para ajuste do posicionamento de erosões perimetrais, localizadas. A fim de manter a distância desejada entre os eletrodos adjacentes, pode-se apenas girar o disco (61) ou, apenas, deslocar o mancal (63), aproximando a área com erosão a borda do eletrodo de carga adjacente. O mancal (63) é conformado por uma borda superior alargada, para retenção do disco (61) e um corpo central cuja altura é ligeiramente menor que a espessura do dito disco (61), a fim de permitir a retenção e evitar o deslocamento involuntário.

[032] O deslocamento do mancal (63) é arbitrário, em qualquer direção axial. A sobre tensão aplicada em um dos eletrodos de carga, excede o valor da rigidez dielétrica do ar entre este eletrodo e o eletrodo de descarga adjacente, e uma centelha saltará dentre os eletrodos, direcionada para a linha aterrada (11).

Claims (8)

1. DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, dotado de eletrodos de carga e descarga, destinado ao campo de energia elétrica, em especial a dispositivos para transferência e controle de energia elétrica, caracterizado por compreender, pelo menos, dois eletrodos de carga (3 e 4), alinhados verticalmente, fixos com material isolante, à base de fixação (5), adjacentes a, pelo menos, um eletrodo de descarga (9), montado em pino (10), condutor, a uma linha aterrada (11).

2. DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os eletrodos de carga (1, 2, 3 ou 4), interseccionarem uma linha da rede elétrica, fase (12, 13 e 14) ou neutro (15).

3. DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eletrodo de descarga compreender um disco (61) com perfuração (62) central acoplável à um mancal (63) dotado de furação excêntrica (64).

4. DISPOSITIVO DE CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o mancal (63) compreender uma borda superior alargada e altura do corpo central, menor que a espessura do dito disco (61).

5. MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, conforme dispositivo definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender um meio de regulagem da captação da centelha de uma sobre tensão, por meio do deslocamento do eletrodo de descarga em relação ao eletrodo de carga adjacente, aumentando ou reduzindo o espaço entre a diferença do diâmetro do pino (10) e o comprimento da furação excêntrica (64) do mancal excêntrico (63).

6. MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender rotacionamento do disco (61) no mancal (63), para ajuste do posicionamento de erosões perimetrais, localizadas.

7. MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender rotacionamento, independente, do disco (61).

8. MEIO DE REGULAR A CAPTAÇÃO DA CENTELHA DE UMA SOBRE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender deslocamento, independente, do mancal (63).

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