BR112017016391B1

BR112017016391B1 - Dispositivo elétrico

Info

Publication number: BR112017016391B1
Application number: BR112017016391-8A
Authority: BR
Inventors: Bogdan Ionescu
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2022-11-22
Also published as: CA2976059C; CN107258041A; WO2016130248A1; EP3257123A1; RU2678824C1; BR112017016391A2; CN107258041B; EP3257123B1; US10141725B2; CA2976059A1; US20170365987A1

Abstract

EQUIPAMENTO ELÉTRICO RESISTENTE À FALHA DE ARCO. Elementos condutores (104A-C) são posicionados dentro de um alojamento (100) de um dispositivo elétrico. Os elementos condutores (104A-C) são dispostos, tal que em uma eventualidade de um arco elétrico (106) ocorrer entre os elementos condutores (104A-C), uma força eletromagnética é exercida no plasma do arco elétrico (106), tal que o arco elétrico (106) é direcionado para uma parede (108) do alojamento (100). Além do que, uma configuração de condutor (102) inclui condutores (104A, 104B, 104C) e eletrodos de sacrifício (118A-C) posicionados dentro de um alojamento (100) de um dispositivo elétrico, em que os condutores (104A-C) são dispostos, tal que em uma eventualidade de um arco elétrico (106) ocorrer entre os condutores (104A-C), uma força eletromagnética é exercida no plasma do arco elétrico (106), tal que o arco elétrico (106) é direcionado para os eletrodos de sacrifício (118A-C).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Esse pedido solicita o benefício do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 62/114.262, depositado em 10 de fevereiro de 2015 no Escritório de Marcas e Patentes dos Estados Unidos, cujo conteúdo é aqui incorporado por referência na sua íntegra.

FUNDAMENTOS 1. CAMPO

[0002] Aspectos da presente invenção se referem, de forma geral, a equipamento elétrico resistente a falha de arco, tais como, por exemplo, abastecimentos de força, transformadores e disjuntores. 2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0003] Um dispositivo elétrico ou equipamento, tais como, por exemplo, um abastecimento de força, transformador ou disjuntor fica tipicamente alojado em um invólucro ou gabinete. Falhas de arco podem ocorrer dentro dos invólucros ou gabinetes devido, por exemplo, a conexões defeituosas. Um curto-circuito interno pode resultar em uma falha de arco. O ar é ionizado entre dois ou mais potenciais no dispositivo elétrico pela falha do arco, causando um flash do arco compreendendo uma nuvem de plasma de materiais metálicos vaporizados rapidamente expandidos. O plasma faz com que altas pressões e temperaturas se formem rapidamente, em frações de um segundo, dentro do invólucro. As condições de falha do arco precisam ser contidas dentro do invólucro ou ventiladas para o exterior do invólucro do dispositivo elétrico.

[0004] Os efeitos da falha de arco são devastadores para o equipamento onde ele ocorre, e efeitos secundários, tais como a eliminação explosiva de estilhaços e gases tóxicos, causam perigos sérios para o pessoal. Enquanto o arco elétrico está queimando, danos significativos aos componentes dentro do gabinete ocorrem em parte devido à maneira descontrolada que o arco está queimando. Adicionalmente, o arco elétrico tem uma tendência a se mover para dentro do gabinete distante da fonte de energia. Dessa forma, o dano no interior é substancial e, como regra, causa dano permanente em todo o gabinete e seus conteúdos. Assim, ainda existe uma necessidade por um gabinete ou invólucro de equipamento elétrico aperfeiçoado, em particular um equipamento elétrico resistente à falha de arco.

SUMÁRIO

[0005] Brevemente descritos, os aspectos da presente invenção se referem a um dispositivo elétrico e uma configuração de condutor para equipamento elétrico resistente à falha de arco, incluindo equipamento de baixa e média/alta tensão, em particular equipamento elétrico compreendendo um invólucro, gabinete ou alojamento, tais como, por exemplo, abastecimentos de força, transformadores, disjuntores.

[0006] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, um dispositivo elétrico compreende uma pluralidade de elementos condutores posicionados dentro de um alojamento do dispositivo elétrico, em que a pluralidade de elementos condutores é disposta, tal que em uma eventualidade de um arco elétrico ocorrer entre a pluralidade de elementos condutores, uma força eletromagnética é exercida no plasma do arco elétrico, tal que o arco elétrico é direcionado para uma parede do alojamento.

[0007] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, uma configuração de condutor para um dispositivo elétrico compreende uma pluralidade de condutores posicionados dentro de um alojamento do dispositivo elétrico e uma pluralidade de eletrodos de sacrifício posicionados dentro do alojamento do dispositivo elétrico, em que a pluralidade de condutores é disposta, tal que em uma eventualidade de um arco elétrico ocorrer entre a pluralidade de condutores, uma força eletromagnética é exercida no plasma do arco elétrico, tal que o arco elétrico é direcionado para a pluralidade de eletrodos de sacrifício. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] A figura 1 mostra uma representação da vista esquemática em perspectiva dentro de um gabinete ou invólucro de um dispositivo elétrico de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

[0009] A figura 2 mostra uma representação de uma vista esquemática em perspectiva de um elemento condutor incluindo braçadeiras elásticas de um dispositivo elétrico de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

[0010] A figura 3 mostra uma representação de uma vista esquemática em perspectiva de uma disposição de braçadeira elástica para um elemento condutor de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] Para facilitar um entendimento das modalidades, princípios e aspectos da presente invenção, eles são explicados a seguir com referência à execução em modalidades ilustrativas. Em particular, eles são descritos no contexto de ser um dispositivo elétrico e uma configuração de condutor para um equipamento elétrico resistente à falha de arco, tais como, por exemplo, abastecimentos de força, transformadores, disjuntores, etc. Modalidades da presente invenção, entretanto, não são limitadas ao uso nos métodos ou sistema descritos.

[0012] Os componentes e materiais descritos a seguir como compondo as várias modalidades são planejados para serem ilustrativos e não restritivos. Muitos componentes adequados e materiais que executariam a mesma função ou uma similar como os materiais descritos aqui são planejados para serem abrangidos dentro do escopo das modalidades da presente invenção.

[0013] A figura 1 mostra uma representação da vista esquemática em perspectiva dentro de um gabinete ou invólucro 100 de um dispositivo elétrico de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. O gabinete 100 pode compreender, por exemplo, metal.

[0014] De modo a melhorar a segurança de um dispositivo elétrico durante uma falha de arco, uma trajetória de falha de arco interna é criada com base em uma configuração específica 102 dos elementos condutores 104A, 104B e 104C. Os elementos condutores 104A, 104B, 104C alimentam a energia elétrica para os elementos elétricos, tal como, por exemplo, um transformador que é, por exemplo, uma força trifásica de tensão média. Os elementos condutores 104A, 104B, 104C são condutores elétricos, por exemplo, cabos, cada um compreendendo em uma primeira extremidade um eletrodo 112A, 112B, 112C para alimentar a energia elétrica para o transformador. Nas segundas extremidades 114, os elementos condutores 104A, 104B, 104C são conectados em uma fonte de força ou abastecimento de força provendo a energia elétrica. Cada elemento condutor 104A, 104B, 104C ilustra uma fase da força trifásica de tensão média.

[0015] Como mostrado na figura 1, os eletrodos 112A, 112B, 112C ficam localizados dentro do gabinete 100. Entre esses eletrodos 112A, 112B, 112C, um arco elétrico pode ser inflamado, como demonstrado pelo arco elétrico 106. A configuração específica 102 dos condutores 104A, 104B, 104C faz com que uma força eletromagnética seja exercida sobre o plasma do arco elétrico 106, tal que o arco elétrico 106 é prolongado e direcionado para uma parede superior 108 do gabinete 100. A seta 120 indica que o arco elétrico 106 está se movendo, em particular para a parede superior 108.

[0016] De acordo com a configuração específica 102, os elementos condutores 104A, 104B, 104C são dispostos, tal que eles formam loops 110A, 110B, 110C com uma ou mais voltas. Por exemplo, o elemento condutor 104A forma o loop 110A, o elemento condutor 104B forma o loop 110B e o elemento condutor 104C forma o loop 110C. Como ilustrado na figura 1, cada loop 110A, 110B, 110C é um loop único, isto é, compreende uma volta. Porém cada loop 110A, 110B, 110C pode compreender várias voltas, tal que uma configuração de múltiplos loops pode ser fornecida.

[0017] De acordo com uma modalidade adicional, na parede superior 108 do gabinete 100, acima de onde o arco elétrico 106 se origina, abas de alívio de pressão 116 feitas, por exemplo, de aço magnético ordinário (permeável) são fornecidas através das quais o plasma do arco elétrico 106 sai do gabinete 100. Por meio disso, o efeito de uma força magnética de extinção é aumentado até mais. As abas de alívio de pressão 116 são articuladas e abrirão devido à pressão interna da explosão quando o arco elétrico 106 é inflamado e permitem a eliminação do plasma (nuvem de plasma) para fora do gabinete 100 e, assim, evitam danos significativos nos elementos elétricos dentro do gabinete 100.

[0018] Um efeito secundário de uma falha de arco é a erosão do arco. A erosão do arco é a perda ou a transferência de material das superfícies de contato que acontece durante a formação do arco. De acordo com uma modalidade adicional da presente invenção, eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são fornecidos. Como ilustrado, para cada eletrodo 112A, 112B, 112C dos elementos condutores 104A, 104B, 104C, exatamente um eletrodo de sacrifício 118A, 118B, 118C é fornecido (um versado na técnica verificará que mais eletrodos de sacrifício em arrumações diferentes podem ser fornecidos).

[0019] Como ilustrado na figura 1, os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são dispostos opostos aos eletrodos 112A, 112B, 112C e em proximidade com uma parede do alojamento 100, em particular em proximidade com a parede superior 108 do gabinete 100. Especificamente, um eletrodo de sacrifício 118A, 118B, 118C é disposto oposto a um eletrodo 112A, 112B, 112C, tal que pares compreendendo um eletrodo 112A, 112B, 112C e um eletrodo de sacrifício 118A, 118B, 118C são formados. Os loops 110A, 110B, 110C são dispostos em proximidade com os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C. Os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são dispostos com uma distância definida entre eles como indicado pelas setas 122, e os eletrodos 112A, 112B, 112C são dispostos com uma distância definida entre eles como indicado pelas setas 124. As distâncias entre os eletrodos do mesmo tipo ou entre eletrodos de tipos diferentes dentro de um par podem ser iguais. As distâncias entre os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C correspondem com as distâncias entre os eletrodos 112A, 112B, 112C, de modo que eles ficam opostos entre si. A figura 1 mostra três pares de eletrodos, em que os eletrodos de um par são dispostos com uma distância definida entre eles como as setas 126 mostram, as distâncias entre os eletrodos de um par sendo iguais.

[0020] Em uma modalidade exemplar, os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são conectados solidamente na massa nas primeiras extremidades, por exemplo, no condutor da massa 128. O condutor da massa 128 pode ser disposto fora do gabinete 100 ou dentro do gabinete 100, dependendo da configuração do equipamento elétrico. A figura 1 mostra que o condutor da massa 128 é disposto fora do gabinete 100 e os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são dispostos, tal que eles penetram na parede superior 108 do gabinete 100 e se estendem para dentro do gabinete 100. As segundas extremidades dos eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C que são opostas às primeiras extremidades se estendem para dentro do gabinete 100. Em uma modalidade exemplar adicional, o condutor da massa 128 pode ser disposto dentro do gabinete 100. No caso em que o condutor da massa 128 é disposto dentro do gabinete 100, os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C não penetram no gabinete 100, desde que o condutor da massa 128 e todos os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são dispostos dentro do gabinete 100. Porém, o condutor da massa 128 pode sair, por exemplo, penetrar, no gabinete 100, para o exterior do gabinete 100 para ser conectado 'a massa.

[0021] Os eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C podem se estender para dentro do gabinete 100 tanto quanto necessário para garantir que o arco elétrico trifásico 106 se mova para a parede superior 108 do gabinete 100 e se torne um conjunto de arcos trifásicos para a massa, dessa forma resistindo à erosão do arco que ocorreria entre os eletrodos 112A, 112B, 112C, que tipicamente ficam expostos, metal de barras, eletrodos. O conjunto de arcos trifásicos para a massa queima até que um equipamento dedicado, por exemplo, uma chave, desconecte a falha. Em um desenvolvimento adicional da presente invenção, o gabinete 100 compreende um ou mais sensores de detecção de falha de arco 130 que podem iniciar um processo de disparo da chave.

[0022] De modo a garantir os loops 110A, 110B, 110C dos elementos condutores 104A, 104B, 104C para o gabinete 100, em particular para o teto, isto é, dentro da parede superior 108, do gabinete 100, acessórios especialmente projetados são exigidos. Como mencionado antes, os elementos condutores 104A, 104B, 104C podem ser cabos de média tensão. Tais cabos de média tensão são muito pesados e é difícil formar loops quando necessário. Assim, o dispositivo elétrico ainda compreende uma pluralidade de dispositivos de fixação/fixação 131. Tais dispositivos de fixação/fixação 131 compreendem, por exemplo, braçadeiras elásticas e pinos de segurança presos por parafusos no teto do gabinete 100.

[0023] A figura 2 mostra uma seção do loop 110A do elemento condutor monofásico 104A (ver figura 1) incluindo três dispositivos de fixação 131 com braçadeiras elásticas 132A, 132B, 132C. O espaçamento das braçadeiras 132A, 132B, 132C precisa estar de acordo com uma curvatura desejada do loop 110A dependendo do diâmetro respectivo do cabo. A figura 2 ainda mostra luvas protetoras 134A, 134B, 134C para cada braçadeira 132A, 132B, 132C, em que uma ou mais luvas 134A, 134B, 134C são dispostas entre as braçadeiras 132A, 132B, 132C e o elemento condutor 104A. O elemento condutor 104A (cabo) e as luvas protetoras adicionais 134A, 134B, 134C podem ser empurrados para dentro das braçadeiras elásticas 132A, 132B, 132C e mantidos seguramente pela elasticidade das braçadeiras 132A, 132B, 132C e pelos pinos de segurança 136A, 136B, 136C. Detalhes da arrumação da braçadeira são representados na figura 3.

[0024] A figura 3 mostra uma seção do loop 110A como mostrado na figura 2 com um dispositivo de fixação 131 incluindo uma braçadeira elástica 132A, uma luva protetora 134A e um pino de segurança 136A. A luva adicional 134A tem uma função dupla, porque ela proporciona proteção para o elemento condutor 104A enquanto sendo empurrada para dentro da braçadeira elástica 132A e também serve como um adaptador intermediário para cabos de diâmetro possivelmente diferentes. O pino de segurança 136A proporciona segurança adicional para a posição do cabo 104A, particularmente durante o curto-circuito. A braçadeira elástica 132A é presa no teto do gabinete 100, por exemplo, usando um parafuso. Um versado na técnica verificará que muitos outros modos e dispositivos para prender a braçadeira 132A no gabinete 100 estão disponíveis. A arrumação da braçadeira descrita aqui proporciona uma solução confiável e fácil de usar para encaminhar, por exemplo, o cabo de média tensão durante a delegação do equipamento elétrico sem a necessidade de pré-formar a arrumação. Em outra modalidade exemplar, braçadeiras elásticas adicionais podem ser usadas dentro do gabinete 100 para ajudar a prender os elementos condutores 104A, 104B, 104C em localizações diferentes quando necessário, além dos loops 110A, 110B, 110C respectivos. Os pinos de segurança 136A, 136B, 136C são feitos de material com resistência estrutural apropriada, porém isolantes, de modo a evitar a criação de loops condutores ao redor dos loops 110A, 110B, 110C dos elementos condutores (cabos) 104A, 104B, 104C.

[0025] Como descrito aqui, a corrente de falha e sua consequência eletromagnética (distribuição de força Lorentz) é usada para aliviar os efeitos prejudiciais ajudando a mover o arco elétrico 106 em uma área onde o dano é muito reduzido e controlado. Assim, as chances de economizar componentes dentro do gabinete 100 são muito maiores enquanto a aplicação de forças no arco 106 pode ajudar a extinguir o arco 106. A força Lorentz eletromagnética é fortemente dependente da magnitude da corrente de falha e, assim, os efeitos são crescentes, à medida que a magnitude da corrente de falha aumenta. Além do que, as arrumações propostas e as configurações dos elementos, em particular a configuração dos condutores 104A, 104B, 104C e as arrumações dos eletrodos de sacrifício 118A, 118B, 118C são fáceis e simples de executar.

[0026] Um versado na técnica verificará que o gabinete 100 pode compreender outros componentes e elementos não descritos aqui. Por exemplo, o gabinete 100 do equipamento elétrico pode ainda compreender admissões de ar que podem também ser configuradas para bloquear ou reduzir o escape do plasma para fora do invólucro 100 através das admissões de ar enquanto permitindo que o fluxo do ar de esfriamento entre no invólucro 100 do abastecimento de força durante a operação normal.

[0027] Embora modalidades da presente invenção tenham sido reveladas em formas exemplares, será evidente para aqueles versados na técnica que muitas modificações, adições e exclusões podem ser feitas nela sem se afastar do espírito e do escopo da invenção e seus equivalentes, como apresentado a seguir.

Claims

1. Dispositivo elétrico compreendendo uma pluralidade de elementos condutores (104A, 104B, 104C) posicionados dentro de um alojamento (100) do dispositivo elétrico, sendo que a pluralidade de elementos condutores (104A, 104B, 104C) é disposta de tal forma que em uma eventualidade de um arco elétrico (106) ocorrer entre a pluralidade de elementos condutores (104A, 104B, 104C), uma força eletromagnética é exercida no plasma do arco elétrico (106) de tal forma que o arco elétrico (106) é direcionado para uma parede (108) do alojamento (100) e uma pluralidade de eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C) posicionados dentro do alojamento (100), e em proximidade da parede (108), caracterizado pelo fato de que os elementos condutores (104A, 104B, 104C) formam loops (110A, 110B, 110C), os loops (110A, 110B, 110C) dispostos em proximidade com os eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C).

2. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada elemento condutor (104A, 104B, 104C) compreende um eletrodo (112A, 112B, 112C) em uma primeira extremidade, o arco elétrico (106) inflamado entre os eletrodos (112A, 112B, 112C) dos elementos condutores (104A, 104B, 104C).

3. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C) é disposta oposta aos eletrodos (112A, 112B, 112C) de cada elemento condutor (104A, 104B, 104C) e em proximidade com a parede (108) do alojamento (100).

4. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C) é conectada em um condutor da massa (128), o condutor da massa (128) sendo posicionado fora do alojamento (100).

5. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C) penetra na parede (108) e se estender para dentro do alojamento (100).

6. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos de sacrifício (118A, 118B, 118C) é conectada em um condutor da massa (128), o condutor da massa (128) sendo posicionado dentro do alojamento (100).

7. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreenderuma pluralidade de dispositivos de fixação (131) para prender os loops (110A, 110B, 110C) dos elementos condutores (104A, 104B, 104C) no alojamento (100).

8. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dispositivos de fixação (131) compreende braçadeiras elásticas (132A, 132B, 132C) e pinos de segurança (136A, 136B, 136C).

9. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma pluralidade de luvas protetoras (134A, 134B, 134C), cada luva protetora (134A, 134B, 134C) sendo posicionada entre um dispositivo de fixação (131) e um elemento condutor (104A, 104B, 104C).

10. Dispositivo elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma pluralidade de abas de alívio de pressão (116) posicionadas dentro da parede (108) do alojamento (100) para a qual o arco elétrico (106) é direcionado, as abas de alívio de pressão (116) sendo configuradas para serem fechadas na ausência do arco elétrico (106) no alojamento (100) e para abrir na presença do arco elétrico (106) no alojamento (100), de tal forma que o plasma do arco elétrico (106) ventila para fora do alojamento (100) via as abas de alívio de pressão (116), as abas de alívio de pressão (116) compreendendo aço magnético, de tal forma que a força eletromagnética é aumentada.