BR102015032919B1

BR102015032919B1 - Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco e método para limitar danos de explosões de arco em equipamentos de distribuição elétrica

Info

Publication number: BR102015032919B1
Application number: BR102015032919-9A
Authority: BR
Inventors: Timothy Faber; Cameron Woodson
Original assignee: Schneider Electric USA, Inc.
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2022-05-10
Also published as: MX351118B; RU2695996C2; CN105743007A; RU2015154468A3; CN105743007B; BR102015032919A2; CA2914881C; EP3041098B1; CA2914881A1; JP6721206B2; MX2015016905A; JP2016127794A; ZA201600048B; EP3041098A1; US20160190777A1; US9478951B2; RU2015154468A

Abstract

MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE ARCOS INTERNOS. Métodos e sistemas para o controle e limitação dos danos causados pelos arcos em equipamentos de distribuição de energia elétrica provêem uma montagem de refrigeração que usa um filtro ou outro substrato poroso no sentido de absorver a energia proveniente dos subprodutos de arco. A montagem de refrigeração à base de filtro pode ser usada com um dispositivo de monitoramento de arco passivo dotado de uma câmara dimensionada e moldada de modo a controlar e/ou extinguir arcos, e com portas de ventilação a fim de expelir os subprodutos de arco para dentro da montagem de filtro de refrigeração. A montagem de refrigeração à base de filtro pode ser instalada alinhada com, na extremidade de, ou como um substituto para, quaisquer condutos ou tubos de ventilação no dispositivo de monitoramento de arco, ou no plano de apoio do dispositivo de monitoramento de arco, ou coisa do gênero, a fim de absorver a energia proveniente dos subprodutos de arco, refrigerar os mesmos para uma temperatura segura, e ventilar os mesmos para dentro do quadro de equipamentos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

[001]O presente pedido se refere à matéria do Pedido dos Estados Unidos No 13/452 145, cedido à mesma Requerente, intitulado “Passive Arc Management System with a Flue Chamber”, e depositado em 20 de abril de 2012; do Pedido Internacional No PCT/US13/50797, intitulado “Internal Arc Management and Ventilation for Electrical Equipment”, depositado em 17 de julho de 2013; do Pedido dos Estados Unidos No 14/501 946, intitulado “Passive Arc Protection for Main Breaker Line Side Power Conductors”, depositado em 30 de setembro de 2014; do Pedido dos Estados Unidos No 14/585,477, intitulado “Bus End Interrupter”, depositado na mesma data do presente pedido; e do Pedido dos Estados Unidos No 14/585,703, intitulado “Panelboard Power Bus with Arc Transfer for Passive Arc Control”, depositado na mesma da do presente pedido (respectivamente, Arquivos Nos CRC-0266, CRC-0275, CRC-0299, CRC-0300, e CRC-0304), todos os quais incorporados ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

CAMPO DA TÉCNICA

[002]A presente invenção refere-se de modo geral a métodos e sistemas para o controle e limitação dos danos causados pela formação de arco elétrico em um equipamento de distribuição elétrica e, mais particularmente, a um método e sistema para a refrigeração dos subprodutos resultantes de tal formação de arco elétrico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003]A formação de arco elétrico ou a falta de arco é uma descarga elétrica através de um gás normalmente não condutivo, geralmente ar. Tal formação de arco pode ocorrer internamente em um equipamento de distribuição elétrica de baixa tensão entre os condutores expostos de diferentes potenciais elétricos, tais como barramentos adjacentes ou um barramento e a terra. Quando um arco salta de um condutor para outro através de um entreferro, o mesmo poderá se estirar e curvar de modo a seguir o caminho da menor resistência através do entreferro.

[004]Os riscos de uma formação de arco elétrico interno inesperada e/ou não controlada são bem conhecidos e incluem danos potenciais a equipamentos e danos ao pessoal no ambiente de trabalho, danos esses causados por relâmpago de arco ou por uma explosão de arco, doravante referidos, para fins de simplificação, como explosão de arco. As explosões de arco nos típicos equipamentos de distribuição de energia elétrica podem liberar grandes quantidades de energia que podem produzir intensas pressões, gases extremamente quentes, metais / polímeros vaporizados, além de outros subprodutos danosos.

[005]Técnicas para se controlar a formação de arco elétrico são conhecidas na técnica, inclusive as técnicas de controle de arco passiva e ativa. As técnicas de controle de arco ativas geralmente incluem alguma forma de detecção e um mecanismo de comutação a fim de controlar a corrente do arco. Questões relativas às técnicas ativas podem incluir o alto custo, problemas de desengate do disjuntor, velocidade, e falhas de sistema não detectadas. As técnicas passivas podem incluir a contenção e a ventilação direcionada da energia do arco e gases. Outras técnicas de controle de arco passivas podem incluir reforços estruturais a fim de melhor suportar os subprodutos do arco. Nenhum dos métodos passivos acima limita a duração do evento de formação de arco elétrico.

[006]Além disso, alguns dispositivos de gerenciamento de arco internos passivos, tais como um quadro de distribuição resistente a arco ou coisa do gênero, usam condutos e/ou tubos de ventilação a fim de ventilar os subprodutos de arco. No entanto, os gases quentes, os metais / polímeros vaporizados, além de outros subprodutos permanecem suficientemente quentes mesmo depois de os tubos ou os condutos ficarem condutivos, danificando potencialmente os demais componentes. Custos adicionais com relação aos componentes e ao trabalho de montagem devem ser envidados no sentido de tratar essas questões.

[007]Sendo assim, existe a necessidade de uma forma aperfeiçoada para se controlar e limitar os danos causados pelos arcos em equipamentos de distribuição de energia elétrica e em particular os danos causados pelos subprodutos extremamente quentes que resultam de tais arcos.

SUMÁRIO DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[008]As modalidades descritas no presente documento são direcionadas a métodos e sistemas para o controle e limitação dos danos causados pelos arcos em equipamentos de distribuição de energia elétrica. Os métodos e os sistemas proporcionam uma montagem de refrigeração que usa um filtro ou outro substrato poroso no sentido de absorver a energia dos gases extremamente quentes, dos metais / polímeros vaporizados, e de outros subprodutos danosos que se resultam de um arco. Uma montagem de refrigeração à base de filtro pode ser montada sobre, instalada em, ou de outra forma usada com qualquer dispositivo de gerenciamento de arco passivo dotado de uma câmara de arco dimensionada e moldada de modo a controlar e extinguir arcos, e com portas de ventilação a fim de expelir os subprodutos de arco. Esses dispositivos de gerenciamento de arco podem incluir, por exemplo, a tecnologia ArcBlok™ da empresa Schneider Electric USA, Inc., e uma tecnologia similar descrita em mais detalhes nos pedidos relacionados acima citados. Os dispositivos de gerenciamento de arco podem expelir ou evacuar os subprodutos de arco filtrados e refrigerados para uma área de ventilação dentro de um invólucro, tal como um quadro circundante, do equipamento de distribuição. A montagem de refrigeração à base de filtro pode ser montada no lugar dos tubos de ventilação “de sistema fechado” usados juntamente com os dispositivos de gerenciamento de arco, quando localizados no plano de apoio do dispositivo de gerenciamento de arco, em uma porta de ventilação de extremidade de barramento do dispositivo de gerenciamento de arco, ou coisa do gênero. Os subprodutos de arco podem ser filtrados pela montagem de refrigeração à base de filtro a fim de arrefecer os mesmos a uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender (por exemplo, a 2000° F) após serem liberados do dispositivo de gerenciamento de arco.

[009]Em algumas implementações, a montagem de refrigeração à base de filtro pode empregar um filtro do tipo colmeia (honeycomb type filter) tendo uma razão de seção transversal para área de superfície suficientemente alta a fim de rapidamente arrefecer os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender. O filtro do tipo colmeia pode ser um filtro de aço inoxidável do tipo colmeia ou um filtro de fibra de aramida do tipo colmeia, tais como os filtros disponíveis na empresa Plascore, Inc. de Zeeland, Michigan. Dois ou mais dentre os filtros do tipo colmeia podem, em seguida, ser empilhados um no topo do outro de uma maneira sobreposta ou escalonada a fim de aumentar o número de canais através dos quais os subprodutos de arco poderão passar para dentro de cada filtro. Esta sobreposição ou escalonamento tem o efeito de progressivamente aumentar a taxa na qual a energia é absorvida por parte dos subprodutos de arco à medida que os mesmos passam pelos filtros. Um alojamento ou invólucro poderá ser usado no sentido de alojar ou de outra forma conter os filtros do tipo colmeia sobrepostos na montagem de refrigeração. A montagem de refrigeração à base de filtro pode, em seguida, ser instalada alinhada com, na extremidade de, ou como um substituto para, quaisquer tubos de ventilação no dispositivo de gerenciamento de arco a fim de absorver a energia proveniente dos subprodutos de arco à medida que os mesmos são ventilados por parte do dispositivo de gerenciamento de arco.

[010]Em algumas implementações, a montagem de refrigeração à base de filtro pode empregar um filtro do tipo malha ou tela (screen type filter) com uma porosidade suficientemente baixa a fim de arrefecer os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender em um período de tempo muito curto. O filtro do tipo tela pode ser um filtro de múltiplas telas composto de camadas progressivamente mais finas de telas de metal similar aos filtros usados como os filtros de particulados de disjuntor da empresa Schneider Electric USA, Inc. Foi descoberto que tais filtros do tipo tela podem absorver uma grande quantidade de energia quando usados para fins de refrigeração. Tal como a montagem de refrigeração à base de filtro do tipo colmeia, o filtro do tipo tela pode ser instalado juntamente com o dispositivo de gerenciamento de arco a fim de absorver a energia proveniente dos subprodutos de arco à medida que os mesmos são ventilados pelo dispositivo de gerenciamento de arco passivo.

[011]Em uma operação geral, quando um arco acontece em um equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, os subprodutos de arco são ventilados através da montagem de refrigeração à base de filtro do dispositivo de gerenciamento de arco. A montagem de refrigeração à base de filtro rapidamente absorve a energia dos subprodutos no sentido de reduzir a temperatura dos mesmos de aproximadamente 5.000° F ou mais a uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender.

[012]Em alguns casos, o tipo de filtro em particular que é usado com a montagem de refrigeração à base de filtro pode restringir ou bloquear um excesso de fluxo de ar convectivo normal no equipamento de distribuição elétrica, tal como pode ser o caso com o filtro de múltiplas telas. Nesses casos, válvulas de retenção ou coisa do gênero podem ser providas na montagem de refrigeração a fim de facilitar um fluxo de ar convectivo. As válvulas de retenção permanecem abertas durante um fluxo de ar convectivo normal, mas interrompem imediatamente o fluxo de ar normal quando ocorre um aumento repentino de pressão no dispositivo de gerenciamento de arco, tal como poderá se resultar a partir de uma explosão de arco.

[013]Em geral, em um aspecto, as modalidades descritas se referem a um equipamento de distribuição elétrica resistente a arco. O equipamento de distribuição elétrica resistente a arco compreende, entre outras coisas, um dispositivo de gerenciamento de arco passivo instalado no equipamento de distribuição elétrica, uma porta de ventilação formada no dispositivo de gerenciamento de arco e tendo um tamanho e um formato de modo a expelir subprodutos de arco resultantes dos arcos que ocorrem no equipamento de distribuição elétrica, e um alojamento de filtro localizado sobre o dispositivo de gerenciamento de arco, o alojamento de filtro tendo um filtro de arrefecimento alojado no mesmo, o filtro de arrefecimento sendo posicionado de modo a receber os subprodutos de arco expelidos pela porta de ventilação. O filtro de arrefecimento tem uma capacidade de absorção de calor suficientemente alta a fim de arrefecer os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os subprodutos de arco não mais possam reacender.

[014]Em geral, em um outro aspecto, as modalidades descritas se referem a um método para limitar danos provenientes de explosões de arco nos equipamentos de distribuição de energia elétrica. O método compreende, entre outras coisas, o recebimento de um arco em uma câmara de um dispositivo de gerenciamento de arco, a canalização dos subprodutos de arco resultantes do arco para uma porta de ventilação no dispositivo de gerenciamento de arco, a filtragem dos subprodutos de arco a uma temperatura na qual os subprodutos de arco não mais possam reacender, e a liberação dos subprodutos de arco filtrados provenientes do dispositivo de gerenciamento de arco.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015]As vantagens acima e outras vantagens das modalidades descritas tornar-se-ão aparentes após a leitura da descrição detalhada a seguir e após referência aos desenhos, nos quais:

[016]A Figura 1 mostra um quadro de equipamentos e um disjuntor com um dispositivo de gerenciamento de arco dotado com uma montagem de refrigeração de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[017]A Figura 2 é um disjuntor e um dispositivo de gerenciamento de arco com uma montagem de refrigeração exemplar de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[018]A Figura 3 é um outro disjuntor e um dispositivo de gerenciamento de arco com montagens de refrigeração exemplares de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[019]A Figura 4 é um dispositivo de gerenciamento de arco com montagens de refrigeração exemplares de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[020]A Figura 5 é uma montagem de refrigeração exemplar de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[021]As Figuras 6A - 6C mostram um filtro exemplar para uma montagem de refrigeração de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[022]As Figuras 7A - 7B mostram uma montagem de refrigeração de válvula de retenção exemplar alternativa de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[023]A Figura 8 é um disjuntor e um dispositivo de gerenciamento de arco com uma colocação alternativa da montagem de refrigeração de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[024]A Figura 9 é um outro disjuntor e um dispositivo de gerenciamento de arco com uma colocação alternativa da montagem de refrigeração de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento;

[025]A Figura 10 é ainda um outro disjuntor e um dispositivo de gerenciamento de arco com uma colocação alternativa da montagem de refrigeração de acordo com uma ou mais modalidades; e

[026]A Figura 11 é um fluxograma de um método exemplar para a refrigeração de subprodutos de arco abaixo de uma temperatura condutiva para uma nova inflamação de acordo com uma ou mais modalidades descritas no presente documento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[027]Como uma matéria inicial, será apreciado que o desenvolvimento de uma aplicação comercial presente e verdadeira que incorpora os aspectos das modalidades descritas irá requerer muitas decisões de implementação específicas a fim de alcançar o objetivo final do desenvolvedor para uma modalidade comercial. Essas decisões específicas à implementação podem incluir, e, provavelmente não estão limitadas a questões relacionadas a, uma conformidade ao sistema em questão, ao negócio em questão, ou a questões relacionadas a limitações governamentais, além de outras limitações, que podem variar em função da implementação específica, da localização, ou variar de tempos em tempos. Embora os esforços de um desenvolvedor possam ser complexos e trabalhosos em um sentido absoluto, tais esforços, por outro lado, serão uma rotina a ser cumprida por aqueles com habilidade na técnica, tendo o benefício da presente invenção.

[028]Deve-se também entender que as modalidades descritas e ensinadas no presente documento são suscetíveis a inúmeras e diversas modificações e formas alternativas. Sendo assim, o uso de um termo no singular, tal como, porém não limitado a, “um, uma” ou coisa do gênero, não tem a intenção de limitar o número de itens. De maneira similar, quaisquer termos relacionais, tais como, porém não limitados a, “topo”, “fundo", “esquerdo", “direito", “superior", “inferior", “para baixo", “para cima", “lateral", ou coisa do gênero, usados na descrição escrita são para fins de clareza em referência específica aos desenhos e não têm a intenção de limitar o âmbito de aplicação da presente invenção.

[029]Em seguida, com referência à Figura 1, é mostrada uma vista parcial de um interior de um quadro 100 exemplar para um equipamento de distribuição elétrica, tais como disjuntores de montagem extraível. O quadro 100 é projetado de modo a alojar uma pluralidade de disjuntores extraíveis, um dos quais sendo indicado com a referência numérica 104. Tal quadro 100 pode ser, por exemplo, um quadro central de controle de motor (MCC), um quadro de carga central, um quadro de caixa de distribuição, tal como o Quadro de Distribuição de Baixa Tensão Resistente a Arco da marca Power-Zone 5® da empresa Schneider Electric USA, Inc., ou coisa do gênero, que poderá prover proteção contra relâmpagos de arco.

[030]O disjuntor extraível 104 é especificamente concebido de modo a ser inserido no e extraído do quadro 100 para fins de manutenção ou outros fins. É agora conhecida a técnica de tais disjuntores extraíveis 104 serem equipados com um dispositivo de gerenciamento de arco passivo 106 a fim de ajudar a controlar e limitar os danos causados pela formação de arco elétrico. Exemplos de dispositivos de gerenciamento de arco passivos que podem ser usados com os disjuntores extraíveis 104 incluem a família ArcBlok™ dos dispositivos de gerenciamento de arco da empresa Schneider Electric USA, Inc., acima citada. Para um disjuntor extraível, o dispositivo de gerenciamento de arco 106 pode ter uma câmara de arco formada: pela parte de trás do disjuntor, pelo conjunto que cerca e se estende para fora da parte traseira do disjuntor, e por essas duas partes que fazem interface com as barreiras de fase que se estendem para fora do molde de apoio ou fazem interface com o próprio molde de apoio, tal como descrito no Pedido dos Estados Unidos No 13/452 145 (Arquivo No CRC-0266) acima referido. O dispositivo de gerenciamento de arco 106 é encaixado nos tubos ou condutos de ventilação 108 e 110 que se projetam a partir do topo e do fundo do dispositivo, respectivamente, de modo a expelir ou evacuar os subprodutos de arco para dentro dos filtros de refrigeração, tal como descrito no presente documento. Os filtros de refrigeração poderão, nesse caso, liberar os subprodutos de arco para uma área de ventilação 112 do um quadro de caixa de distribuição interior.

[031]De acordo com as modalidades descritas, uma ou mais montagens de refrigeração de subprodutos de arco, também chamadas de filtros de refrigeração, podem ser montadas sobre o, instaladas no, ou de outra forma usadas juntamente com o dispositivo de gerenciamento de arco 106 e seus condutos a fim de arrefecer os subprodutos de arco antes de os mesmos serem liberados para a área de ventilação dentro do quadro 112. As montagens de refrigeração empregam um filtro ou outro substrato poroso a fim de absorver a energia proveniente dos gases quentes, dos metais / polímeros vaporizados, e de outros subprodutos danosos resultantes de um arco. As montagens de refrigeração à base de filtro podem, nesse caso, ser usadas de modo a arrefecer os subprodutos de arco de sua temperatura típica (de, por exemplo, 5.000o F) para uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos ou não mais possam reacender (por exemplo, para 2.000o F) depois de os mesmos serem liberados para dentro do quadro 112.

[032]A Figura 2 mostra um exemplo de um disjuntor extraível 200 equipado com um dispositivo de gerenciamento de arco dotado de uma montagem de refrigeração, tal como descrito no presente documento. O disjuntor extraível 200, mostrado, nessa figura, sem o chassi extraível, tem um invólucro 202 no qual os pólos de disjuntor individuais para uma energia trifásica podem ser alojados (não expressamente mostrados). O disjuntor 200 faz interface, tal como descrito no Pedido dos Estados Unidos No 13/452 145, através de sua montagem de protetores de conjunto 207 com barreiras de fase no molde de apoio 211 da montagem de barramento, deste modo formando um dispositivo de gerenciamento de arco 204. O dispositivo de gerenciamento de arco 204 tem uma cobertura de topo 206 sobre a qual vários flanges de montagem 210a, 210b, e 210c são fixados, bem como uma cobertura de fundo 208 sobre a qual diversas válvulas de retenção 212a, 212b, e 212c (apenas uma válvula de retenção 212a estando visível no desenho) são fixadas. Os flanges de montagem 210a - c são posicionados ao longo das aberturas ou portas de ventilação (não visíveis na figura) da cobertura de topo 206, um flange para cada porta de ventilação, enquanto que as válvulas de retenção 212a - c são posicionadas ao longo das aberturas ou portas de ventilação da cobertura de fundo 208, uma válvula para cada porta de ventilação, e uma porta de ventilação para cada fase condutiva. Essas válvulas de retenção 212a - c operam ao ficarem abertas de modo a permitir um fluxo de ar convectivo ao longo de cada fase de condutor de barramento (não mostrado) em uma operação normal, porém são imediatamente fechadas na presença de uma alta pressão em função de uma explosão de arco e forçam os subprodutos de arco através das aberturas ou portas de ventilação da cobertura de topo 206.

[033]As aberturas ou portas de ventilação da cobertura de topo 206 se conduzem para as extensões tubulares 214a, 214b, e 214c que se estendem verticalmente a partir dos flanges de montagem 210a - c para um tubo ou conduto de ventilação comum 216 que corre perpendicularmente aos mesmos. O tubo de ventilação comum 216, as extensões tubulares 214a - c, e os flanges de montagem 210a - c permitem o movimento dos subprodutos de arco provenientes do dispositivo de gerenciamento de arco 204 para dentro do quadro 112 (Figura 1) e podem ser formados como uma peça unitária ou como componentes separados, dependendo da modalidade. Uma montagem de refrigeração à base de filtro 218, tal como será descrito em mais detalhes no presente documento, pode, nesse caso, ser montada ao longo da extremidade do tubo de ventilação comum 216 a fim de arrefecer os subprodutos de arco à medida que os mesmos entram na área de ventilação de quadro 112.

[034]Em uma operação geral, quando um arco acontece em um dos disjuntores extraíveis 200, uma tremenda pressão é criada no interior do dispositivo de gerenciamento de arco 204. Essa intensa pressão faz com que as válvulas de retenção 212a - c, que ficam normalmente abertas para um fluxo de ar convectivo, se fechem imediatamente. Isto faz com que os subprodutos de arco produzidos pelo arco cresçam em quantidade através das aberturas ou portas de ventilação da cobertura de topo 206, para o tubo de ventilação comum 216, através da montagem de refrigeração à base de filtro 218, e para fora da área de ventilação de quadro 112. À medida que os subprodutos de arco passam pela montagem de refrigeração à base de filtro 218, a energia é rapidamente absorvida por parte dos subprodutos de arco no sentido de reduzir a sua temperatura de aproximadamente 5.000o F ou mais para uma temperatura mais baixa na qual os mesmos não mais se tornam condutivos e não mais possam reacender (por exemplo, para 2.000o F). Os subprodutos de arco refrigerados e não condutivos são, em seguida, liberados para dentro do quadro ou para fora do quadro, conforme desejado.

[035]Deve-se notar que o tubo de ventilação 216 e a montagem de refrigeração à base de filtro 218 não precisam se projetar a partir do topo do dispositivo de gerenciamento de arco 204 e poderão, por exemplo, em algumas modalidades, trocar de lugar com as válvulas de retenção 212a - c de modo que o tubo de ventilação 216 se projete a partir do fundo do dispositivo de gerenciamento de arco 204.

[036]Tal como ilustrado na Figura 3, a montagem de refrigeração à base de filtro pode também ser diretamente empregada sobre o dispositivo de gerenciamento de arco ao invés de na extremidade do tubo de ventilação. Um disjuntor extraível 300 de acordo com a presente modalidade pode ser similar ao disjuntor extraível 200 da modalidade anterior e ter um dispositivo de gerenciamento de arco 304 formado na sua parte traseira. De acordo com a modalidade anterior, o disjuntor 300 faz interface, através da sua montagem de protetores de conjunto 307, com as barreiras de fase no molde de apoio 311 da montagem de barramento de modo a formar o dispositivo de gerenciamento de arco 304. O dispositivo de gerenciamento de arco 304 pode ter uma cobertura de fundo 308 sobre a qual diversas válvulas de retenção 312a, 312b, e 312c (apenas uma válvula de retenção 312a é visível na figura) são montadas ao longo das aberturas ou portas de ventilação na cobertura de fundo 308, uma válvula para cada porta de ventilação e uma porta de ventilação para cada fase condutiva. No entanto, no lugar de um tubo de ventilação 216, o dispositivo de gerenciamento de arco 304, na presente modalidade, tem várias montagens de refrigeração à base de filtro 318a, 318b, e 318c montadas sobre o dispositivo de gerenciamento de arco 304. Essas montagens de refrigeração à base de filtro 318a - c podem ser fixadas, por exemplo, diretamente na cobertura de topo 306 ao longo das aberturas ou portas de ventilação da mesma. As montagens de refrigeração à base de filtro 318a - c poderão, nesse caso, ser usadas no sentido de arrefecer os subprodutos de arco provenientes do dispositivo de gerenciamento de arco 304 antes de os mesmos serem liberados para dentro do quadro (vide Figura 1).

[037]Uma vista interna de uma porção de um dispositivo de gerenciamento de arco é ilustrada na Figura 4 com a referência numérica 400. Deve-se notar que apenas uma metade do dispositivo de gerenciamento de arco 400 é mostrada na Figura 4, com a outra metade sendo fixada na parte de trás do disjuntor extraível. A metade do dispositivo de gerenciamento de arco 400 mostrada na Figura 4 pode incluir barreiras de fase paralelas e equidistantes quase idênticas 402. Essas barreiras de fase, às vezes referidas como bordas de fase 402, juntamente com uma cobertura de topo 406 e com uma cobertura de fundo 408, dividem o interior da metade do molde de apoio do dispositivo de gerenciamento de arco 400 em três câmaras de supressão de arco individuais 404a, 404b, e 404c que ajudam a capturar e ventilar os subprodutos de arco que ocorrem em qualquer um condutor de fase. As montagens de refrigeração à base de filtro 418a, 418b, e 418c poderão, nesse caso, ser montadas sobre a cobertura de topo 406 diretamente ao longo das câmaras de supressão de arco 404a - c, uma montagem de refrigeração para cada câmara. De maneira similar, as válvulas de retenção 412a, 412b, e 412c (ou válvulas similares) podem ser montadas sobre a cobertura de fundo 408 diretamente sob as câmaras de supressão de arco 404a - c. As portas de ventilação são posicionadas nas coberturas de topo e de fundo 406 e 408 sob as e ao longo das montagens de filtro de arrefecimento 418a - c e das válvulas de retenção 412a - c, respectivamente, de modo a permitir um fluxo de ar ambiente através das câmaras de supressão de arco 404a - c. Apenas as portas de ventilação 405a, 405b, e 405c da cobertura de fundo 408 são visíveis na figura.

[038]A Figura 5 mostra uma implementação exemplar de uma montagem de refrigeração à base de filtro 500 de acordo com as modalidades descritas no presente documento. Evidentemente, deve-se entender que outras disposições além daquela mostrada no presente documento poderão ser usadas sem se afastar do âmbito de aplicação das modalidades da presente invenção. Na Figura 5, a montagem de refrigeração 500 tem um alojamento de modo geral cilíndrico 502 no topo de um flange de montagem modo geral retangular 504 e tem uma abertura de modo geral circular 506. A montagem de refrigeração 500 inclui ainda um anel de vedação 508, um filtro de arrefecimento 510 ou outro substrato poroso, um anel de suporte 512, e um suporte 514. Quando esses diversos componentes são montados no interior do alojamento 502, o anel de suporte 512 se assenta sobre o suporte 514, enquanto que o filtro de arrefecimento 510 se encaixa dentro do anel de suporte 512 (ou seja, dentro de um diâmetro interno do anel de suporte), e o anel de vedação 508 se assenta sobre o topo do anel de suporte 512. O anel de vedação 508 tem um diâmetro interno menor que o diâmetro externo do filtro de arrefecimento 510, o que ajuda a fixar o filtro 510 no anel se suporte 514. Da mesma forma, a abertura circular 506 tem um diâmetro menor que o diâmetro externo do anel de vedação 508, o que ajuda a fixar o anel de vedação 508, e, por conseguinte, o filtro de arrefecimento 510, no interior do alojamento 502. O alojamento 502 poderá, nesse caso, ser preso ou de outra forma fixado ao dispositivo de gerenciamento de arco (por exemplo, sobre a cobertura de topo do mesmo) sobre uma porta de ventilação 518 do mesmo através do flange de montagem 504.

[039]Qualquer filtro ou outro substrato poroso adequado tendo uma capacidade de absorção de calor suficientemente alta poderá ser usado para o filtro de arrefecimento 510. A exigência principal é que o filtro de arrefecimento 510 seja capaz de arrefecer os subprodutos de arco de uma típica temperatura de explosão de arco (de, por exemplo, 5000° F) para uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender (por exemplo, 2.000° F) em um muito curto período de tempo (de, por exemplo, alguns milésimos de segundos). Exemplos de filtros de refrigeração 510 adequados podem incluir um filtro do tipo malha ou tela com uma porosidade suficientemente baixa a fim de arrefecer os subprodutos de arco à temperatura desejada (ou menor) no curto período de tempo. O filtro de arrefecimento 510 pode ser também um filtro do tipo colmeia com uma razão de seção transversal para área de superfície suficientemente alta a fim de arrefecer os subprodutos de arco à temperatura desejada ou menor no curto espaço de tempo. Outros tipos de filtros capazes de realizar uma refrigeração necessária podem também ser usados sem se afastar do âmbito de aplicação das modalidades da presente invenção.

[040]Um exemplo de um filtro do tipo colmeia empregado como o filtro de arrefecimento é ilustrado nas Figuras 6A - 6C com a referência numérica 600. Tal como se pode observar na vista em perspectiva da Figura 6A, o filtro do tipo colmeia 600 lembra o aspecto de uma série de células hexagonais 602 conectadas entre si de modo que não haja espaços ou aberturas entre as células 602. Tal filtro do tipo colmeia 600 é de preferência um filtro de aço inoxidável do tipo colmeia ou um filtro de fibra de aramida do tipo colmeia, tais como os filtros do tipo colmeia disponíveis na empresa Plascore, Inc., sendo que outros materiais adequados poderão também ser usados sem se afastar do âmbito de aplicação das modalidades da presente invenção. Embora o termo “do tipo colmeia” seja usado no presente documento, não se deseja que este aspecto das modalidades descritas fique limitado a uma estrutura de parede hexagonal. De qualquer maneira, dois ou mais desses filtros do tipo colmeia 600a, 600b, e 600c poderão, nesse caso, ser empilhados um no topo do outro de uma maneira sobreposta ou escalonada, tal como ilustrado na vista em perfil da Figura 6B, de modo a formar um filtro de arrefecimento 610 que pode ser usado nas montagens de refrigeração à base de filtro descritas no presente documento. O empilhamento sobreposto ou escalonado dos filtros do tipo colmeia 600a - c multiplica a canalização através das camadas de deslocamento das aberturas nas células hexagonais 602, através das quais os subprodutos de arco poderão passar, sendo que cada um dos filtros do tipo colmeia 600a - c é tal como ilustrado na vista em planta da Figura 6C. Isto tem o efeito de progressivamente aumentar a proporção de energia que é absorvida por parte dos subprodutos de arco à medida que os mesmos passam por cada um dos filtros do tipo colmeia 600a - c.

[041]Os filtros do tipo malha ou tela, por outro lado, não necessariamente terão aberturas de deslocamento, como os filtros do tipo colmeia 600a - c. Esses filtros do tipo tela podem, simplesmente ter aberturas progressivamente menores. Os filtros do tipo tela se baseiam em uma porosidade extremamente baixa, o que resulta em uma grande área de superfície total, a fim de arrefecer os subprodutos de arco para a temperatura desejada ou menor. Os filtros do tipo tela podem ser um filtro de múltiplas telas composto de camadas progressivamente mais finas de telas de metal similares aos filtros usados como os filtros de particulados de disjuntor da empresa Schneider Electric USA, Inc. Tais filtros de disjuntor (do tipo tela) foram observados como tendo a capacidade de absorver uma quantidade significativa de energia quando usados para fins de refrigeração.

[042]Uma implementação exemplar de uma montagem de refrigeração à base de filtro 700 que usa o filtro do tipo tela acima descrito é mostrada nas Figuras 7A - 7B de acordo com as modalidades descritas no presente documento. Outras disposições além da disposição exemplar mostrada no presente documento poderão, obviamente, ser usadas sem se afastar do âmbito de aplicação das modalidades da presente invenção. Uma vez que o filtro de arrefecimento do tipo tela tem uma porosidade extremamente baixa, o mesmo poderá impedir ou evitar um fluxo de ar convectivo durante condições operacionais normais quando implementado da mesma maneira que os filtros do tipo colmeia. Sendo assim, a montagem de refrigeração à base de filtro 700 é de preferência implementada como um tipo de válvula que permite um fluxo de ar convectivo sob condições operacionais normais, porém desvia todo o fluxo através do filtro de arrefecimento do tipo tela quando ocorre um evento de arco. Um exemplo de tal “válvula de desvio” é ilustrado na Figura 7A.

[043]Tal como se pode observar na Figura 7A, a montagem de refrigeração à base de filtro 700 é similar à montagem de refrigeração à base de filtro 500 ilustrada na Figura 5, com exceção do fato que o mesmo é construído como uma válvula de desvio. Existe um alojamento de modo geral cilíndrico 702 no topo de um flange de montagem de modo geral retangular 704 e com uma abertura de modo geral circular 706, bem como um anel de vedação 710, um anel de suporte 714, e um suporte (cradle) 716. Diferentemente da montagem de refrigeração à base de filtro 500, a montagem de refrigeração à base de filtro 700 usa um filtro do tipo tela progressiva como um filtro de arrefecimento 712. Quando os diversos componentes são montados no interior do alojamento 702, o filtro de arrefecimento do tipo tela 712 se encaixa dentro do anel de suporte 714 dentro de um diâmetro interno do mesmo, e o anel de vedação 710 se assenta no topo do anel de suporte 714. O anel de vedação 710 tem um diâmetro interno maior que o diâmetro externo do filtro de arrefecimento do tipo tela 712, o que ajuda a fixar o filtro de arrefecimento 712 no anel de suporte 714. Da mesma forma, a abertura 706 tem um diâmetro menor que o diâmetro externo do anel de vedação 710, o que ajuda a prender o anel de vedação 710, e, por conseguinte, o filtro de arrefecimento 712, no anel de suporte 714. O anel de suporte 714, por sua vez, se assenta sobre o suporte 716. Uma mola ou outro mecanismo de polarização 708 é provido no alojamento 702 entre o suporte 716 e a abertura 706 a fim de polarizar ou de outra forma impulsionar o suporte 716, e, por conseguinte, o filtro de arrefecimento 712, para fora da abertura 706 de modo a facilitar um fluxo de ar convectivo em torno do anel de vedação 710 e do filtro de arrefecimento 712. O alojamento 702 poderá, nesse caso, ser preso ou de outra maneira fixado ao dispositivo de gerenciamento de arco (por exemplo, sobre a cobertura de topo do mesmo) sobre uma porta de ventilação 720 do mesmo, através do flange de montagem 704.

[044]A operação da válvula de desvio acima é ilustrada na Figura 7B. Durante condições operacionais normais, um ar convectivo poderá circular e fluir em torno do anel de vedação 710 e do filtro de arrefecimento 712 e para fora da abertura 706. Quando ocorre um arco, a intensa pressão criada pelo arco empurra o anel de suporte 714, o filtro de arrefecimento 712, e o anel de vedação 710 contra o alojamento 702, tal como indicado pelas setas com a referência “P", desta forma bloqueando ainda mais o fluxo de ar convectivo. Todo o fluxo subsequente, inclusive o fluxo dos subprodutos de arco, é forçado através do filtro de arrefecimento 712, tal como indicado pelas setas com a referência “B", resultando na refrigeração dos subprodutos de arco por meio do filtro de arrefecimento 712.

[045]Deve-se notar que o uso de uma válvula de desvio não é necessário para o filtro de arrefecimento do tipo colmeia 510, descrito com relação à Figura 5. O filtro de arrefecimento do tipo colmeia 510 não tem a mesma baixa porosidade do filtro de arrefecimento do tipo tela 712 e, portanto, não irá impedir ou restringir um fluxo de ar convectivo ao mesmo grau do filtro de arrefecimento do tipo tela 712. Por este motivo, o filtro de arrefecimento do tipo colmeia também não requer o uso de válvulas de retenção, descritas com relação às Figuras 2 e 3. O filtro de arrefecimento do tipo colmeia 510 poderá, nesse caso, ser incorporado a um dispositivo de gerenciamento de arco sem a necessidade de quaisquer válvulas, o que poderá aumentar significativamente a confiabilidade operacional (ou seja, menos peças móveis) do dispositivo de gerenciamento de arco com relação a um dispositivo de gerenciamento de arco que incorpora a válvula de desvio do filtro de arrefecimento do tipo tela 712.

[046]A aplicação do filtro de arrefecimento do tipo tela é ilustrada nas Figuras 8-10, nas quais são mostrados exemplos de disjuntores extraíveis equipados com dispositivos de gerenciamento de arco que empregam as montagens de refrigeração à base de filtro descritas no presente documento.

[047]Primeiramente, com referência à Figura 8, a disjuntor extraível 800 é mostrado tendo um invólucro 802 montado em um chassi extraível 806. O invólucro 802 tem um número de pólos de disjuntores individuais (não expressamente mostrados) alojados no mesmo e um dispositivo de gerenciamento de arco 804 fixado ao mesmo. O dispositivo de gerenciamento de arco 804 tem vários tubos de ventilação em forma de L voltados para trás 812a, 812b, e 812c que se projetam a partir do topo do mesmo, um tubo de ventilação para cada polo do disjuntor e cada fase de barramento condutivo. Cada tubo de ventilação 812a - c tem uma montagem de refrigeração à base de filtro 814a, 814b, e 814c montada na extremidade do mesmo para a refrigeração dos subprodutos de arco que saem dos tubos de ventilação. Quando essas montagens de refrigeração 814a - c empregam o filtro de arrefecimento do tipo tela acima descrito, as mesmas são implementadas como válvulas de desvio nessas modalidades.

[048]A Figura 9 mostra um exemplo da montagem de refrigeração à base de filtro que é montada imediatamente acima de um molde de apoio 901 do dispositivo de gerenciamento de arco 904 ao invés de na extremidade dos tubos de ventilação. Nesse caso, no lugar dos tubos de ventilação, as montagens de refrigeração à base de filtro 914a, 914b, e 914c são montadas imediatamente no topo do dispositivo de gerenciamento de arco 904 para cada fase de condutor. Mais uma vez, quando essas montagens de refrigeração 914a - c empregam um filtro de arrefecimento do tipo tela que pode impedir um fluxo de ar convectivo, as mesmas são implementadas como válvulas de desvio que irão, de outra maneira, permitir um fluxo de ar convectivo de acordo com uma operação normal.

[049]A Figura 10 mostra um exemplo no qual o filtro de arrefecimento do tipo tela descrito no presente documento é provido nas portas de ventilação traseiras dentro de um molde de apoio 1001 do dispositivo de gerenciamento de arco 1004. Nessas modalidades, além das portas de ventilação ambiente sob as válvulas de retenção 1014a - c no topo do dispositivo de gerenciamento de arco 1004, o dispositivo de gerenciamento de arco 1004 tem também as portas de ventilação traseiras 1010a, 1010b, e 1010c no molde de apoio 1001 do dispositivo. As portas de ventilação traseiras 1010a - c são posicionadas no molde de apoio 1001 de tal modo que exista uma porta de ventilação traseira a fim de expelir ou evacuar os subprodutos de arco de cada fase de condutor. Os filtros de refrigeração do tipo tela 1012a, 1012b, e 1012c poderão, nesse caso, ser montados dentro de cada porta de ventilação traseira 1010a - c para a refrigeração dos subprodutos de arco à medida que os mesmos saem pelas portas de ventilação traseiras. E, uma vez que esses filtros de refrigeração do tipo tela 1012a - c podem impedir um fluxo de ar convectivo, válvulas de retenção 1014a, 1014b, e 1014c convencionais são providas de modo a permitir um fluxo de ar convectivo através do dispositivo de gerenciamento de arco 1004 durante uma operação normal, e forçar um subproduto de alta pressão através dos filtros de refrigeração 1012a - c nos quais existe uma explosão de arco.

[050]Com base na descrição acima, pode-se observar que as modalidades de refrigeração de subprodutos de arco descritas no presente documento podem ser implementadas em um dispositivo de gerenciamento de arco de diversas maneiras diferentes. A Figura 11 oferece orientações gerais sob a forma de um fluxograma 1100 que pode ser usado com qualquer implementação do dispositivo de gerenciamento de arco a fim de arrefecer os subprodutos de arco de acordo com as modalidades da presente invenção.

[051]Tal como mostrado no fluxograma 1100, a refrigeração dos subprodutos de arco se inicia com o recebimento ou captura dos subprodutos de arco no dispositivo de gerenciamento de arco, tal como indicado no bloco 1102. No bloco 1104, os subprodutos de arco são canalizados para as portas de ventilação do dispositivo de gerenciamento de arco. Essas portas de ventilação podem ser localizadas sobre o topo do dispositivo de gerenciamento de arco, sobre o fundo do mesmo, e/ou no molde de apoio do mesmo, e empregar um ou mais filtros de refrigeração, tal como descrito no presente documento, a fim de arrefecer os subprodutos de arco à medida que os mesmos saem pelas portas de ventilação. No bloco 1106, os filtros de refrigeração descritos no presente documento absorvem a energia dos subprodutos de arco de modo a arrefecer os mesmos para abaixo de uma temperatura na qual os mesmos não mais se tornem condutivos e não mais possam reacender. Os subprodutos de arco desta maneira filtrados são, em seguida, liberados ou de outra forma evacuados do dispositivo de gerenciamento de arco para dentro do quadro (vide Figura 1), tal como indicado no bloco 1108.

[052]Embora os aspectos, as implementações, e as aplicações particulares da presente invenção tenham sido ilustrados e descritos, deve-se entender que a presente invenção não se limita à precisa construção ou às exatas composições descritas no presente documento, e que várias modificações, alterações, e variações podem se tornar aparentes a partir da descrição acima sem se afastar do âmbito de aplicação das modalidades da presente invenção, tais como definidas nas reivindicações em apenso.

Claims

1. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um dispositivo de gerenciamento de arco passivo (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) instalado no equipamento de distribuição elétrica; uma porta de ventilação (405a, 405b, 405c, 518, 720, 1010a, 1010b, 1010c) formada no dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) e tendo um tamanho e um formato para expelir subprodutos de arco resultantes dos arcos que ocorrem no equipamento de distribuição elétrica; e um alojamento de filtro (502, 702) localizado sobre o dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004), o alojamento de filtro (502, 702) tendo um filtro de arrefecimento (510) alojado no mesmo, o filtro de arrefecimento (510) posicionado para receber os subprodutos de arco expelidos a partir da porta de ventilação (405a, 405b, 405c, 518, 720, 1010a, 1010b, 1010c); em que o filtro de arrefecimento (510) inclui um dentre: um filtro do tipo tela (screen type filter) (712) que tem múltiplas camadas de telas progressivamente mais finas e uma capacidade de absorção de calor suficientemente alta para arrefecer os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os subprodutos de arco não possam mais reacender; e um filtro do tipo colmeia (honeycomb type filter) (600) que tem uma capacidade de absorção de calor suficientemente alta para arrefecer os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os subprodutos de arco não possam mais reacender.

2. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento de filtro (502, 702) é uma válvula de desvio (700) configurada para permanecer aberta a um fluxo de ar convectivo durante operação normal e interromper um fluxo de ar convectivo quando ocorre um aumento de pressão repentino no dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).

3. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) inclui um conduto de ventilação (108, 216) e o alojamento de filtro (502, 702) é montado sobre o conduto de ventilação (108, 216) do dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).

4. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) inclui um molde de apoio (311, 901, 1001) para uma montagem de barramento de condutor, e o alojamento de filtro (502, 702) é montado no molde de apoio (311, 901, 1001) do dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).

5. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o filtro de arrefecimento (510) inclui múltiplos filtros do tipo colmeia (600a, 600b, 600c) em camadas um no topo do outro de uma maneira escalonada.

6. Equipamento de distribuição elétrica resistente a arco, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o filtro de arrefecimento (510) é composto principalmente por um dentre os seguintes materiais: aço inoxidável ou fibra de aramida.

7. Método (1100) para limitar danos de explosões de arco em equipamentos de distribuição elétrica, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: receber (1102) um arco em uma câmara de um dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004); canalizar (1104) subprodutos de arco resultantes a partir do arco para uma porta de ventilação (405a, 405b, 405c, 518, 720, 1010a, 1010b, 1010c) no dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004); filtrar (1106) os subprodutos de arco a uma temperatura na qual os subprodutos de arco não possam mais reacender; e liberar (1108) os subprodutos de arco filtrados a partir do dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) para um quadro (cabinet) do equipamento de distribuição elétrica.

8. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a filtragem é realizada usando um filtro do tipo colmeia (600).

9. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a filtragem é realizada usando múltiplos filtros do tipo colmeia (600a, 600b, 600c) em camadas um no topo do outro de uma maneira escalonada.

10. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a filtragem é realizada usando um filtro do tipo tela (712) com múltiplas camadas de telas progressivamente mais finas.

11. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a filtragem acontece à medida que os subprodutos de arco saem de um conduto de ventilação (108, 216) conectado ao dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).

12. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a filtragem acontece à medida que os subprodutos de arco saem de um molde de apoio (311, 901, 1001) do dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).

13. Método (1100), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda fechar um fluxo de ar convectivo no dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004) quando ocorre um aumento de pressão repentino no dispositivo de gerenciamento de arco (106, 204, 304, 400, 804, 904, 1004).