BR112017009324B1

BR112017009324B1 - Secionador e disjuntor de cc

Info

Publication number: BR112017009324B1
Application number: BR112017009324-3A
Authority: BR
Inventors: Stephen Ernest Lane
Original assignee: Hawker Siddeley Switchgear Limited
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2023-01-17
Also published as: CA2966600C; CN107148709A; BR112017009324A2; CA2966600A1; JP6688804B2; GB2532009A; US10471849B2; EP3216042A1; CN107148709B; US20170327006A1; WO2016071684A1; CL2017001097A1; MY184837A; MX2017005779A; AU2015341563A1; AU2015341563B2; TWI617106B; EP3216042B1; ES2694638T3; SG11201703537SA

Abstract

Trata-se de um aparelho disjuntor/secionador para uso em um sistema de entrega de potência que compreende um disjuntor de CC unidirecional que tem um primeiro terminal e um segundo terminal, e é configurado para abrir automaticamente durante uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa. Um comutador de secionador está em série com o disjuntor. O comutador de secionador tem um primeiro terminal para se conectar a um primeiro conector de polaridade de uma fonte de alimentação, um segundo terminal para se conectar a um segundo conector de polaridade da fonte de alimentação e um terminal comum conectado ao primeiro terminal do disjuntor. O comutador de secionador tem pelo menos uma primeira posição na qual o primeiro terminal está conectado ao terminal comum e uma segunda posição na qual o segundo terminal está conectado ao terminal comum. O segundo conector de polaridade da fonte de alimentação pode ser acoplado a uma via de um sistema de transporte e o segundo conector de polaridade da fonte de alimentação pode ser acoplado a um cabo suspenso energizado ou um terceiro trilho energizado de um sistema de transporte. O aparelho pode ser usado para aterrar de maneira segura o cabo energizado ou o terceiro trilho quando em uma condição de manutenção.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a disjuntores e, em particular, a disjuntores de corrente contínua.

[0002] Sistemas de entrega de potência de corrente contínua estão em uso difundido, por exemplo, ao entregar potência aos trilhos condutores de sistemas de transporte. Exemplos incluem infraestrutura de ferrovia e linha de bonde, em que a corrente CC é abastecida a um trilho condutor energizado, por exemplo, de tensão positiva, tal como uma via de terceiro trilho energizado ou um cabo suspenso energizado. Tais sistemas de entrega de potência exigem proteção automática de disjuntor para desconectar de maneira rápida e automática o trilho condutor energizado de uma fonte de alimentação no caso de uma situação de sobrecorrente. Tais sobrecorrentes podem ser provocadas por diversos tipos de eventos, tais como danificação a uma estrutura de suporte de cabo, deslocamento de um cabo ou trilho, curto-circuito acidental de um trilho condutor energizado ao solo ou condição de sobrecarga em um dispositivo de carga que usa o sistema de entrega de potência.

[0003] Os sistemas de entrega de potência também exigem um mecanismo para colocar o trilho condutor em uma condição de manutenção segura, por exemplo, aterrada, quando for necessário que trabalhadores trabalhem na infraestrutura. Isso é para que nenhuma conexão inadvertida do trilho condutor com uma fonte de potência, ou um relâmpago no trilho condutor em algum lugar na rede, provoque danificação ou prejuízo às outras partes da infraestrutura ou aos trabalhadores que trabalham na infraestrutura enquanto o trilho condutor energizado está fora de serviço.

[0004] Na infraestrutura existente, uma abordagem para fornecer uma condição de manutenção segura do trilho condutor é fixar manualmente uma barra ou grampo de curto-circuito entre o trilho condutor e um trilho de retorno de tensão negativa ou um trilho aterrado.

[0005] É um objetivo da invenção fornecer um aparelho alternativo e/ou aperfeiçoado para habilitar a função tanto de (i) proteção automática de disjuntor quanto (ii) aterramento de um trilho condutor para uma condição de “manutenção” ou “fora de serviço”.

[0006] De acordo com um aspecto, a presente invenção fornece um aparelho disjuntor/secionador para uso em um sistema de entrega de potência que compreende:

[0007] um disjuntor de CC unidirecional que tem um primeiro terminal e um segundo terminal, e é configurado para abrir automaticamente durante uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa;

[0008] um comutador de secionador em série com o disjuntor, sendo que o comutador de secionador tem um primeiro terminal para se conectar a um primeiro conector de polaridade de uma fonte de alimentação, um segundo terminal para se conectar a um segundo conector de polaridade da fonte de alimentação e um terminal comum conectado ao primeiro terminal do disjuntor;

[0009] sendo que o comutador de secionador tem pelo menos uma primeira posição na qual o primeiro terminal está conectado ao terminal comum e uma segunda posição na qual o segundo terminal está conectado ao terminal comum.

[0010] O disjuntor pode incluir um comutador de curso manualmente operável configurado para forçar o disjuntor para uma condição aberta. O comutador de secionador pode ser intertravado para evitar comutação entre a primeira e a segunda posições enquanto o disjuntor está em uma condição fechada. O segundo terminal do disjuntor pode ser acoplado a um primeiro trilho condutor de um sistema de entrega de potência. O primeiro terminal do comutador de secionador pode ser conectado a um primeiro conector de polaridade da fonte de alimentação e o segundo terminal do comutador de secionador pode ser conectado a um segundo conector de polaridade da fonte de alimentação. O segundo conector de polaridade da fonte de alimentação pode ser acoplado a uma via de um sistema de transporte e o primeiro conector de polaridade da fonte de alimentação pode ser acoplado a um cabo suspenso ou um terceiro trilho de um sistema de transporte. A direção de avanço pode corresponder ao fluxo de corrente a partir do primeiro terminal até o segundo terminal do disjuntor e a direção inversa pode corresponder ao fluxo de corrente a partir do segundo terminal até o primeiro terminal do disjuntor. O comutador de secionador pode incluir uma terceira posição na qual tanto o primeiro quanto o segundo terminal são eletricamente isolados do terminal comum. O comutador de secionador pode ser configurado para ser operado por operação manual. O comutador de secionador pode incluir um indicador de posição visual que indica a situação do mesmo na primeira ou na segunda posição.

[0011] De acordo com outro aspecto, a invenção fornece um método para configurar um sistema de entrega de potência que compreende:

[0012] fornecer uma fonte de alimentação de CC que tem um primeiro terminal de polaridade e um segundo terminal de polaridade;

[0013] acoplar um comutador de secionador à fonte de alimentação de CC, de modo que o comutador de secionador tenha um primeiro terminal conectado ao primeiro terminal de polaridade da fonte de alimentação de CC e um segundo terminal conectado ao segundo terminal de polaridade da fonte de alimentação, sendo que o comutador de secionador tem pelo menos uma primeira posição na qual o primeiro terminal é conectado a um terminal comum e uma segunda posição na qual o segundo terminal é conectado ao terminal comum;

[0014] conectar o terminal comum do comutador de secionador a um primeiro terminal de um disjuntor de CC unidirecional que tem um primeiro terminal e um segundo terminal, e é configurado para abrir automaticamente durante uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa;

[0015] conectar o segundo terminal do disjuntor a uma primeira linha de potência; e

[0016] conectar o segundo terminal do comutador de secionador e o segundo terminal de polaridade da fonte de alimentação de CC a uma segunda linha de potência.

[0017] O método pode incluir colocar a primeira e a segunda linhas de potência em uma condição de serviço comutando-se o comutador de secionador para a primeira posição e, então, definindo-se o disjuntor para uma configuração fechada. O método pode incluir colocar a primeira e a segunda linhas de potência em uma condição de manutenção segura definindo-se o disjuntor para uma configuração aberta, então, comutando-se o comutador de secionador para a segunda posição, então, definindo-se o disjuntor para uma configuração fechada.

[0018] As modalidades da presente invenção serão descritas agora, a título de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0019] As Figuras 1A a 1D são diagramas esquemáticos que mostram um sistema de entrega de potência para uma infraestrutura de ferrovia em quatro estados que ilustram a comutação dos trilhos condutores da ferrovia a partir de uma condição de serviço (alimentada) para uma condição de manutenção segura.

[0020] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um sistema de entrega de potência de alta tensão para entregar potência aos trilhos condutores de uma infraestrutura de ferrovia. Uma fonte de alimentação de CC 1 tem um terminal de saída positiva 2 e um terminal de saída negativa 3. A fonte de alimentação de CC 1 pode ser um retificador que recebe uma entrada de CA. O terminal de saída positiva 2 é conectado a um barramento 4 por meio de um disjuntor 5. O barramento 4 é conectado a um comutador de secionador 10 que é conectado a um disjuntor unidirecional 20. O terminal de saída negativa 3 da fonte de alimentação 1 é conectado a um trilho condutor de retorno negativo 6 da infraestrutura de ferrovia. O disjuntor 20 é conectado a um trilho condutor positivo 7 da infraestrutura de ferrovia.

[0021] Em uma configuração, o trilho condutor positivo 7 pode ser um cabo suspenso ou catenária adequada para coleta de corrente por um pantógrafo. Em outra configuração, o trilho condutor positivo pode ser um terceiro trilho energizado, por exemplo, um condutor rígido colocado ao longo de ou entre os trilhos de uma via ferroviária. O trilho condutor de retorno negativo 6 pode ser uma via ferroviária ou via de linha de bonde.

[0022] O comutador de secionador 10 tem um primeiro terminal 11 que é eletricamente conectado ao barramento 4 e, desse modo, ao terminal de saída positiva 2 da fonte de alimentação 1. O comutador de secionador 10 tem um segundo terminal 12 que é eletricamente conectado ao terminal de saída negativa 3 da fonte de alimentação 1 e ao trilho condutor de retorno negativo 6. O comutador de secionador 10 tem um terceiro terminal que pode ser descrito como um terminal comum 13 que é conectado a um primeiro terminal 21 do disjuntor unidirecional 20. O comutador de secionador 10 tem uma primeira posição na qual o primeiro terminal 11 do mesmo está eletricamente conectado ao terminal comum 13 e uma segunda posição na qual o segundo terminal 12 do mesmo está conectado ao terminal comum 13, por exemplo, uma configuração de duas posições e polo único.

[0023] O disjuntor 20 tem um primeiro terminal 21 e um segundo terminal 22, e é unidirecional no sentido de que é configurado para abrir automaticamente os contatos do disjuntor mediante a detecção de uma condição de sobrecorrente em uma primeira direção (de avanço), nesse caso, para a corrente que flui a partir do primeiro terminal 21 até o segundo terminal 22, enquanto não abre automaticamente o contato do disjuntor no caso de fluxo de corrente ou fluxo de sobrecorrente na direção inversa, isto é, a corrente que flui a partir do segundo terminal 22 até o primeiro terminal 21.

[0024] O barramento 4 pode alimentar outro aparelho secionador e disjuntor não mostrado nos desenhos, por exemplo, aqueles configurados para alimentar outros segmentos dos trilhos condutores 6, 7, da infraestrutura de ferrovia.

[0025] Em uso, o sistema de entrega de potência estaria em uma condição normal de serviço, conforme mostrado na Figura 1A, na qual a potência é entregue a partir da fonte de alimentação 1 aos trilhos 6 e 7 pelo fato de o disjuntor 5 estar fechado (conforme marcado), pelo fato de o comutador de secionador 10 estar na primeira posição, conforme mostrado (terminais 11 e 13 conectados) e pelo fato de o disjuntor 20 estar fechado (conforme marcado).

[0026] Para colocar o sistema de entrega de potência em uma condição segura para manutenção, não só a conexão entre o barramento 4 e o trilho condutor positivo 7 precisa ser quebrada, mas também os trilhos positivo e negativo 6, 7 precisam ser encurtados em conjunto.

[0027] Em uma primeira etapa, conforme mostrado na Figura 1B, o disjuntor 20 é definido para uma condição aberta, por exemplo, disparando-se intencionalmente o disjuntor com um comando manual ou atuação eletrônica, ou por uma condição de falha de sobrecorrente real que faz com que o disjuntor abra automaticamente. Pode ser visto que o comutador de secionador 10 está, agora, sem carga e pode ser comutado de maneira segura para a segunda posição (terminais 12 e 13 conectados) conforme indicado na Figura 1C.

[0028] Na Figura 1C, o comutador de secionador 10 está, agora, na segunda posição que conecta o segundo terminal 12 ao terminal comum 13 e, portanto, o trilho condutor negativo 6 e o terminal negativo 3 da fonte de alimentação 1 são acoplados ao primeiro terminal de disjuntor 21. Nesse momento, o disjuntor 20 é redefinido ou, de outra forma, produzido para aproximar os contatos de disjuntor e encurtar em conjunto de maneira eficaz o trilho condutor positivo 7 e o trilho condutor negativo 6, o que deixa o trilho condutor 7 em uma condição segura para manutenção, etc., conforme mostrado na Figura 1D.

[0029] A unidirecionalidade do disjuntor 20 assegura agora, desse modo, que, na configuração da Figura 1D, uma conexão inadvertida ou acidental do trilho 7 com uma fonte de alimentação ou a exposição do mesmo a uma descarga elétrica, tal como um relâmpago, não irá disparar o disjuntor para uma condição aberta que deixaria o trilho condutor 7 potencialmente energizado e inseguro. Em vez disso, o disjuntor permanecerá fechado e permitirá que a corrente flua para o solo por meio do trilho de retorno negativo 6.

[0030] Para reconectar o sistema de entrega de potência a uma condição de serviço, as etapas discutidas acima são invertidas.

[0031] A configuração de sistema de entrega de potência descrita no presente documento oferece uma vantagem no sentido de que o aparelho tanto para função de quebra de circuito quanto para aterramento pode ser integrado em um aparelho comum que compreende um secionador sem carga e um disjuntor, e o disjuntor pode ser usado para colocar o secionador em uma condição sem carga tanto para conexão quanto para desconexão.

[0032] Outra vantagem possível é de que, por adição de um simples secionador sem carga de transição 10 no circuito, um disjuntor completamente classificado já presente 20 pode ser usado para alcançar as exigências impostas de corrente que produz falha e de curto tempo (quebra de carga, se necessário) de um dispositivo de ligação à terra, embora ainda forneça proteção dianteira e funções de comutação. Um disjuntor 20 é, de modo geral, um dispositivo muito mais robusto do que um comutador de ligação à terra convencional devido ao alcance estendido do mesmo para operar funções frequentemente exigidas por padrões internacionais.

[0033] Outra vantagem em potencial é de que o secionador 10 precisa apenas ter capacidade para resistir à passagem de corrente (resistência de curto prazo à corrente ou classificação STC) e é mais compacto que um dispositivo de comutação classificado por STC (e de quebra de carga) que produz falha comparável e pode ser instalado na traseira de um cubículo de disjuntor sem precisar de um painel separado ou de cabos externos. Portanto, os custos de usuário e fabricante podem ser economizados.

[0034] O secionador pode ser, de modo geral, um dispositivo mais simples e mais confiável do que um dispositivo de comutação comparável e pode ser classificado para um número extenso de operações mecânicas sem manutenção. Visto que pode ser operado apenas como um dispositivo sem carga, o secionador 10 não precisa sofrer centelhamento através de quaisquer contatos e, portanto, não tende a se desgastar e exige manutenção mínima.

[0035] Várias modificações podem ser realizadas à configuração mostrada na Figura 1. Na disposição mostrada, o terminal positivo 2 da fonte de alimentação 1 tem uma primeira polaridade e é conectado ao comutador de secionador 10, ao disjuntor 20 e ao trilho condutor “energizado” 7, enquanto o terminal negativo 3 tem uma segunda polaridade e é conectado a um trilho de retorno negativo “seguro” 6 que é retido, de modo geral, no potencial de terra ou próximo ao mesmo. Será reconhecido que isso pode ser invertido de modo que um terminal positivo 2 da fonte de alimentação seja conectado como um potencial “seguro” no ou próximo ao potencial de terra e com o terminal negativo 3 que fornece potência ao trilho condutor “energizado” 7. Nesse aspecto, a primeira e a segunda polaridades dos terminais de fonte de alimentação podem ser invertidas.

[0036] O comutador de secionador 10 também pode se dotado de uma terceira posição estável (não mostrada nas Figuras) que corresponde a uma posição intermediária ou de “isolamento” na qual nem o primeiro terminal 11 nem o segundo terminal 12 está eletricamente conectado ao terminal comum 13, de modo que tanto o primeiro quanto o segundo terminal 11, 12 estejam eletricamente isolados do terminal comum 13. Dessa maneira, o trilho condutor 7 pode ser completamente isolado dos terminais de saída positivo e negativo 2, 3 da fonte de alimentação 1.

[0037] O comutador de secionador 10 pode ser configurado para operar inteiramente de maneira manual, ou com atuação automática ou com uma combinação de ambos. O comutador de secionador pode incluir uma instalação manual de operação de emergência.

[0038] O comutador de secionador 10 pode incluir um indicador de posição visual que indica a situação do mesmo em qualquer uma dentre a primeira, a segunda e/ou a terceira posições. O indicador de posição visual poderia ser fornecido por um semáforo indicador acionador, ou uma janela que concede a visão das partes de movimento relevantes. Outros tipos de indicador de posição visual são possíveis.

[0039] O disjuntor 20 pode ser configurado para disparar na direção de avanço em qualquer nível de corrente adequado considerado como uma condição de sobrecorrente.

[0040] O disjuntor 20 pode compreender qualquer dispositivo ou conjunto ou outra disposição adequada para fornecer um meio para quebrar o circuito mediante a detecção de uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa. Por exemplo, um disjuntor, conforme definido, poderia compreender um dispositivo de comutação ou de quebra de circuito que pode ser disparado com um relé de proteção por meio de uma bobina de disparo de desvio. O dispositivo de comutação ou de quebra de circuito poderia ser disparado por qualquer mecanismo separado adequado para detectar a falha apropriada ou a condição de sobrecarga.

[0041] O sistema de entrega de potência foi descrito no contexto de um sistema de entrega de potência para entregar potência aos trilhos condutores 6, 7 de uma infraestrutura de ferrovia ou linha de bonde. No entanto, o mesmo pode ser aplicado de modo mais geral a qualquer sistema de entrega de potência no qual a rede condutora, normalmente em um potencial alto de energia, precisa ser aterrada ou mantida em curto-circuito para um condutor em um potencial seguro quando em uma condição de manutenção ou fora de serviço.

[0042] O sistema de entrega de potência pode ser modificado para incluir um sistema de integração que evita que o comutador de secionador 10 seja operado em uma ou ambas as direções quando o disjuntor 20 está na condição fechada. Se o comutador de secionador 10 for dotado de uma terceira posição (“de isolamento”) conforme discutido acima, o sistema de intertravamento pode ser configurado para evitar que o comutador de secionador seja operado para transição a partir de, ou para qualquer uma ou mais dentre a primeira, a segunda e a terceira posições.

[0043] Outras modalidades estão, intencionalmente, dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Aparelho disjuntor/secionador para uso em um sistema de entrega de potência caracterizado pelo fato de que compreende: um disjuntor de CC unidirecional (20) que tem um primeiro terminal (21) e um segundo terminal (22), e é configurado para abrir automaticamente durante uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa; um comutador de secionador (10) em série com o disjuntor (20), o comutador de secionador tem um primeiro terminal (11) para se conectar a um primeiro conector de polaridade (2) de uma fonte de alimentação (1), um segundo terminal (12) para se conectar a um segundo conector de polaridade (3) da fonte de alimentação (1) e um terminal comum (13) conectado ao primeiro terminal (21) do disjuntor (20); o comutador de secionador (10) tem pelo menos uma primeira posição na qual o primeiro terminal (11) está conectado ao terminal comum (13) e uma segunda posição na qual o segundo terminal (12) está conectado ao terminal comum (13).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o disjuntor (20) inclui um comutador de curso manualmente operável configurado para forçar o disjuntor para uma condição aberta.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador (10) de secionador é intertravado para evitar comutação entre a primeira e a segunda posições enquanto o disjuntor está em uma condição fechada.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo terminal (22) do disjuntor (20) é acoplado a um primeiro trilho condutor (7) de um sistema de entrega de potência.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro terminal (11) do comutador de secionador (10) é conectado a um primeiro conector de polaridade (2) da fonte de alimentação (1) e o segundo terminal (12) do comutador de secionador (10) é conectado a um segundo conector de polaridade (3) da fonte de alimentação (1).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o segundo conector de polaridade (3) da fonte de alimentação (1) é acoplado a uma via (6) de um sistema de transporte e em que o primeiro conector de polaridade (2) da fonte de alimentação (1) é acoplado a um cabo suspenso (7) ou terceiro trilho de um sistema de transporte.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a direção de avanço corresponde ao fluxo de corrente a partir do primeiro terminal (21) até o segundo terminal (22) do disjuntor (20) e a direção inversa corresponde ao fluxo de corrente a partir do segundo terminal até o primeiro terminal do disjuntor.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador de secionador (10) inclui uma terceira posição na qual tanto o primeiro quanto o segundo terminal (11, 12) são eletricamente isolados do terminal comum (13).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador de secionador (10) é configurado para ser operado por operação manual.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador de secionador (10) inclui um indicador de posição visual que indica a respectiva situação na primeira ou na segunda posição.

11. Método para configurar um sistema de entrega de potência caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma fonte de alimentação de CC (1) que tem um primeiro terminal de polaridade (2) e um segundo terminal de polaridade (3); acoplar um comutador de secionador (10) à fonte de alimentação (1) de CC, de modo que o comutador de secionador tenha um primeiro terminal (11) conectado ao primeiro terminal de polaridade (2) da fonte de alimentação de CC e um segundo terminal (12) conectado ao segundo terminal de polaridade (3) da fonte de alimentação, sendo que o comutador de secionador tem pelo menos uma primeira posição na qual o primeiro terminal (11) é conectado a um terminal comum (13) e uma segunda posição na qual o segundo terminal (12) é conectado ao terminal comum (13); conectar o terminal comum (13) do comutador de secionador (10) a um primeiro terminal (21) de um disjuntor (20) de CC unidirecional que tem um primeiro terminal (21) e um segundo terminal (22) e configurado para abrir automaticamente durante uma condição de sobrecorrente em uma direção de avanço e para permanecer fechado independentemente do nível de corrente em uma direção inversa; conectar o segundo terminal (22) do disjuntor (20) a uma primeira linha de potência (7); e conectar o segundo terminal (12) do comutador de secionador (10) e o segundo terminal de polaridade (3) da fonte de alimentação (1) de CC a uma segunda linha de potência (6).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente colocar a primeira e a segunda linhas de potência (7, 6) em uma condição de serviço comutando-se o comutador de secionador (10) para a primeira posição e então definindo o disjuntor (20) para uma configuração fechada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente colocar a primeira e a segunda linhas de potência (7, 6) em uma condição de manutenção segura definindo-se o disjuntor (20) para uma configuração aberta, então, comutando-se o comutador de secionador (10) para a segunda posição então definindo o disjuntor (20) para uma configuração fechada.