BR112019002026B1 - HIGH VOLTAGE BREAKER - Google Patents
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Abstract
Disjuntor de alta tensão compreendendo primeira e segunda unidades de interruptor (42, 44) em região de alta tensão, cada unidade de interruptor incluindo contato móvel (3b; 43b), entre estados aberto e fechado, e mecanismo operacional (46) situado na região de alta tensão, com contatos móveis (3b; 43b) entre os estados aberto e fechado. O mecanismo operacional compreende primeiro acionador (48) para operar o contato móvel (3b) da primeira unidade de interruptor (42), e segundo acionador (50) para operar o contato móvel (43b) da segunda unidade de interruptor (44), e os primeiro e segundo acionadores para mover os contatos móveis da primeira e segunda unidades de interruptor (42, 44) de modo independente. O disjuntor de alta tensão compreende uma fonte de alimentação (19), situada em região de terra , e um arranjo de transferência de energia, para transferir energia da fonte de alimentação (19) para o mecanismo operacional (46), compreendendo um dispositivo de transferência de energia sem fio (25), adaptado para transmissão de energia sem fio entre a região de terra e a região de alta tensão . O primeiro e segundo acionadores (48, 50) são integrados em única unidade (51), disposta entre a primeira e segunda unidades de interruptor, e o dito dispositivo de transferência de energia (25) é configurado para alimentar o primeiro e segundo acionadores.High voltage circuit breaker comprising first and second switch units (42, 44) in high voltage region, each switch unit including movable contact (3b; 43b) between open and closed states, and operating mechanism (46) located in region high voltage, with movable contacts (3b; 43b) between open and closed states. The operating mechanism comprises first actuator (48) for operating the moving contact (3b) of the first switch unit (42), and second actuator (50) for operating the moving contact (43b) of the second switch unit (44), and the first and second actuators for moving the movable contacts of the first and second switch units (42, 44) independently. The high voltage circuit breaker comprises a power supply (19) located in the earth region and a power transfer arrangement for transferring power from the power supply (19) to the operating mechanism (46) comprising a switching device. wireless power transfer (25), adapted for wireless power transmission between the land region and the high voltage region. The first and second actuators (48, 50) are integrated into a single unit (51) arranged between the first and second switch units, and said energy transfer device (25) is configured to power the first and second actuators.
Description
[0001] A presente invenção refere-se aos disjuntores de alta tensão compreendendo pelo menos dois interruptores. A invenção está também relacionada ao uso do disjuntor de alta tensão, de acordo com a invenção, para interromper uma corrente de múltiplas fases.[0001] The present invention relates to high voltage circuit breakers comprising at least two switches. The invention also relates to the use of the high voltage circuit breaker according to the invention for interrupting a multi-phase current.
[0002] Um disjuntor é um interruptor elétrico operado automaticamente, projetado para proteger um circuito elétrico da avaria causada por sobre corrente, sobrecarga ou curto circuito. Sua função básica é interromper o fluxo de corrente, depois de um sensor protetor ter detectado uma falha.[0002] A circuit breaker is an automatically operated electrical switch designed to protect an electrical circuit from damage caused by over current, overload or short circuit. Its basic function is to stop the flow of current after a protective sensor has detected a fault.
[0003] A Figura 1 mostra um exemplo de um disjuntor 1 da técnica anterior. Um disjuntor da técnica anterior compreende, pelo menos, uma unidade do interruptor 2. A unidade do interruptor 2 inclui, pelo menos, um contato fixo 3a, e um contato móvel 3b, dispostos móveis em relação ao contato fixo entre um estado aberto e um fechado. A unidade de interruptor 2 ainda compreende um alojamento de isolamento 4, circundando os contatos fixo e móvel 3a-b, e tendo um terminal 5a de entrada elétrica em uma extremidade, e um terminal 5b de saída elétrica na extremidade oposta. A unidade de interruptor 2 é dis-posta em uma região superior de alta tensão, isto é, em um potencial elétrico acima de 1 kV, e em uma distância da região inferior do solo. O disjuntor 1 ainda compreende uma armação de suporte 6, para suportar a unidade de interruptor 2, e para manter a unidade do interruptor a uma distância segura do solo. A armação de suporte 6 inclui uma parte de base 8, ou estrutura de suporte, disposta na região de terra, isto é, a região no potencial de terra , e uma parte de isolamento 10, ou isolante de suporte, se estendendo entre a parte de base 8 e a uni- dade de interruptor 2. A parte de isolamento é preenchida com um meio de isolamento, por exemplo, SF6. A parte de isolamento 10 fornece isolamento elétrico, entre a parte de base 8 em potencial de terra , e a unidade de interruptor 2 em alto potencial elétrico.[0003] Figure 1 shows an example of a prior art circuit breaker 1. A prior art circuit breaker comprises at least one switch unit 2. The switch unit 2 includes at least one fixed contact 3a, and one movable contact 3b, disposed movable with respect to the fixed contact between an open state and a closed state. closed. The switch unit 2 further comprises an insulating housing 4, surrounding the fixed and movable contacts 3a-b, and having an electrical input terminal 5a at one end, and an electrical output terminal 5b at the opposite end. Switch unit 2 is placed in an upper high voltage region, i.e. in an electrical potential above 1 kV, and at a distance from the lower region to the ground. The circuit breaker 1 further comprises a support frame 6 for supporting the switch unit 2 and for keeping the switch unit at a safe distance from the ground. The support frame 6 includes a base part 8, or support structure, disposed in the earth region, i.e. the region at earth potential, and an insulating part 10, or support insulator, extending between the part base 8 and switch unit 2. The insulating part is filled with an insulating medium, eg SF6. Isolation part 10 provides electrical isolation, between base part 8 at ground potential, and switch unit 2 at high electrical potential.
[0004] O disjuntor 1 ainda compreende, pelo menos, uma haste de puxar 12 acoplada ao contato móvel 3b, e linearmente móvel em relação à estrutura de suporte 6, e um mecanismo operacional 14 para mover a haste de puxar a fim de abrir e fechar os contatos 3a-b. O mecanismo operacional 14 move a haste de puxar 12 e por isso move o contato móvel 3b da unidade de interruptor. O mecanismo operacional 14 compreende um pistão 16, uma mola (não mostrada) para acionar o pistão 16, e um motor (não mostrado) para carregar a mola. O mecanismo operacional 14 está situado na parte da base 8 da arma-ção de suporte 6, e em baixo da parte de isolamento 10. O mecanismo operacional 14 está disposto no potencial de terra . O motor é alimentado através um cabo 18, a partir de uma fonte de alimentação 19 situada na região de terra . Uma desvantagem com este disjuntor da técnica anterior, é que ele requer um excesso de energia para operar o contato móvel da unidade de interruptor, através de uma haste de puxar da região do chão. Outra desvantagem é que a operação do dispositivo da técnica anterior só transfere energia mecânica em forma de binário (torque), que é uma ação restritiva.[0004] The circuit breaker 1 further comprises at least one pull rod 12 coupled to the movable contact 3b, and linearly movable with respect to the support structure 6, and an operating mechanism 14 for moving the pull rod in order to open and close contacts 3a-b. The operating mechanism 14 moves the pull rod 12 and thereby moves the moving contact 3b of the switch unit. Operating mechanism 14 comprises a piston 16, a spring (not shown) for actuating the piston 16, and a motor (not shown) for charging the spring. The operating mechanism 14 is located on the base part 8 of the support frame 6, and below the isolation part 10. The operating mechanism 14 is arranged at ground potential. The motor is powered via a cable 18 from a power supply 19 situated in the earth region. A drawback with this prior art circuit breaker is that it requires excess power to operate the moving contact of the switch unit via a floor region pull rod. Another drawback is that operation of the prior art device only transfers mechanical energy in the form of torque (torque), which is a constraining action.
[0005] Para ser capaz de interromper correntes em mais de uma fase, o disjuntor deve ter um interruptor para cada fase. Dessa maneira, um disjuntor de três fases inclui três unidades de interruptores. Ainda, a fim de ser capaz de interromper a corrente de uma maneira passo a passo, cada uma das unidades de interruptor deve ser operada individualmente. A subestação muitas vezes inclui um grande número de disjuntores interrompendo diferentes correntes, e por conseguinte a subestação necessita um grande número de unidades de interruptores operadas independentemente.[0005] To be able to interrupt currents in more than one phase, the circuit breaker must have a switch for each phase. Thus, a three-phase circuit breaker includes three switch units. Further, in order to be able to interrupt the current in a step-by-step manner, each of the switch units must be operated individually. The substation often includes a large number of circuit breakers interrupting different currents, and therefore the substation needs a large number of independently operated switch units.
[0006] O EP1164610 revela um disjuntor de alta tensão compreendendo uma unidade de interruptor, situada em uma região de alta tensão e incluindo um contato móvel, disposto móvel entre um estado aberto e fechado, um mecanismo operacional situado na região de alta tensão e compreendendo um acionador, para mover o contato móvel da unidade de interruptor, uma fonte de alimentação situada em uma região de terra de terra, e um arranjo de transferência de energia incluindo uma fibra óptica, através da qual a corrente carregando para o mecanismo operacional é introduzida na forma de sinais de luz, que são depois convertidos em corrente elétrica no potencial elétrico alto. A fibra óptica é guiada através do interior de uma armação de suporte. Cada comutador do disjuntor tem uma unidade de interruptor e um acionador situado no nível de alta tensão . A unidade de interruptor e o acionador de cada comutador, são apoiados por dois suportes de apoio. Cada um dos acionadores é alimentado através dispositivo de transferência de energia, incluindo uma fibra óptica guiada através do interior de um dos suportes de apoio. Consequentemente, um disjuntor de três fases necessita seis suportes de apoio.[0006] EP1164610 discloses a high voltage circuit breaker comprising a switch unit, located in a high voltage region and including a movable contact, movable arranged between an open and closed state, an operating mechanism located in the high voltage region and comprising a driver, for moving the movable contact of the switch unit, a power supply located in an earth ground region, and a power transfer arrangement including an optical fiber, through which the current carrying for the operating mechanism is introduced in the form of light signals, which are then converted into electric current at high electric potential. The optical fiber is guided through the interior of a support frame. Each circuit breaker switch has a switch unit and an actuator located at the high voltage level. The switch unit and actuator for each switch are supported by two support brackets. Each of the actuators is powered through a power transfer device including an optical fiber guided through the interior of one of the support brackets. Consequently, a three-phase circuit breaker needs six support brackets.
[0007] Um objetivo da presente invenção é reduzir os custos para a estrutura de apoio, para um disjuntor incluindo pelo menos dois interruptores independentemente controlados. Outro objetivo da presente invenção é reduzir a pegada do disjuntor.[0007] An object of the present invention is to reduce the costs for the support structure for a circuit breaker including at least two independently controlled switches. Another objective of the present invention is to reduce the circuit breaker footprint.
[0008] Este objetivo é realizado por um disjuntor de alta tensão, como definido na reivindicação 1.[0008] This objective is accomplished by a high voltage circuit breaker, as defined in claim 1.
[0009] O disjuntor compreende um disjuntor de alta tensão, incluindo a primeira e a segunda unidades de interruptores, situadas em uma região de alta tensão, cada unidade de interruptor incluindo um contato móvel, disposto móvel entre um estado aberto e um fechado, e um mecanismo operacional situado na região de alta tensão e disposto para mover os contatos móveis entre os estados aberto e fechado. O mecanismo operacional compreende um primeiro acionador, disposto para operar o contato móvel da primeira unidade do interruptor, e um segundo acionador disposto para operar o contato móvel da segunda unidade do interruptor, e o primeiro e o segundo acionadores são configurados para mover os contatos móveis das primeira e segunda unidades de interruptores, independentes uma da outra. O disjuntor ainda compreende uma fonte de alimentação, situada em uma região de terra, e um arranjo de transferência de energia para transferir energia da fonte de alimentação para o mecanismo operacional, compreendendo um dispositivo de transferência de energia sem fio, adaptado para transmissão de energia sem fio, entre a região de terra e a região de alta tensão . O primeiro e o segundo acionadores são integrados em uma unidade, disposta entre a primeiro e a segunda unidades de interruptores, e o dito dispositivo de transferência de energia configurado para suprir o primeiro como também o segundo acionador com energia.[0009] The circuit breaker comprises a high voltage circuit breaker, including the first and second switch units, located in a high voltage region, each switch unit including a movable contact, movable arranged between an open and a closed state, and an operating mechanism located in the high voltage region and arranged to move the movable contacts between open and closed states. The operating mechanism comprises a first actuator arranged to operate the movable contact of the first switch unit, and a second actuator arranged to operate the movable contact of the second switch unit, and the first and second actuators are configured to move the movable contacts. of the first and second switch units, independent of each other. The circuit breaker further comprises a power supply located in an earth region and a power transfer arrangement for transferring power from the power supply to the operating mechanism, comprising a wireless power transfer device adapted for power transmission. wirelessly, between the earth region and the high voltage region. The first and second actuators are integrated into a unit, arranged between the first and second switch units, and said power transfer device configured to supply the first as well as the second actuator with energy.
[0010] A unidade de interruptor e o mecanismo operacional são, ambos, situados na região de alta tensão . A invenção é baseada na tomada de consciência de que, devido ao fato de que o mecanismo operacional é movido para a região de alta tensão e a roda de puxar é omitida, é possível integrar o primeiro e o segundo acionadores em uma unidade disposta entre a primeira e a segunda unidades de interruptores, e por isso reduzir os fundamentos necessários para apoiar os interruptores e o mecanismo operacional. Desse modo, é possível para reduzir o número de armações de suporte, ou mesmo omitir as armações de suporte, e consequentemente o custo para a estrutura pode ser reduzido. Em uma subestação, é possível reduzir para a metade o número de armações de suporte, uma vez que duas unidades de interruptor podem compartilhar uma armação de suporte. Uma vantagem adicional com a invenção é que um disjuntor mais compacto pode ser alcançado. Ainda , a pegada do disjuntor é reduzida. Outra vantagem com a invenção é que um dispositivo de transferência de energia pode ser compartilhado entre as duas unidades do interruptor, adaptadas para correntes de interruptor de duas fases diferentes, que vão ainda reduzir os custos do disjuntor.[0010] The switch unit and the operating mechanism are both situated in the high voltage region. The invention is based on the realization that, due to the fact that the operating mechanism is moved to the high voltage region and the pull wheel is omitted, it is possible to integrate the first and second actuators in a unit arranged between the first and second switch units, and thereby reduce the foundation needed to support the switches and operating mechanism. Thereby, it is possible to reduce the number of support frames, or even omit the support frames, and consequently the cost for the structure can be reduced. In a substation, it is possible to halve the number of support frames, as two switch units can share a support frame. An additional advantage with the invention is that a more compact circuit breaker can be achieved. Still, the footprint of the circuit breaker is reduced. Another advantage with the invention is that a power transfer device can be shared between the two switch units, adapted for switch currents of two different phases, which will further reduce breaker costs.
[0011] Uma vez que o primeiro e o segundo acionadores são configurados para mover os contatos móveis da primeira e da segunda unidade de interruptor, independentemente uma da outra, a abertura e o fechamento das unidades de interruptor podem ser controladas independentemente uma da outra. Consequentemente, as correntes através do primeiro e do segundo interruptores, podem ser interrompidas em pontos de tempo diferentes. Desse modo, é possível para o primeiro e o segundo interruptores interromperem correntes com diferentes mudanças de fase. Isto possibilita os dois interruptores interromperem correntes de fases diferentes, ou de outras maneiras não relacionadas umas com as outras. Para esse fim, dois interruptores operados independentemente podem compartilhar o mesmo mecanismo de controle, e também o mesmo dispositivo de transferência de energia.[0011] Since the first and second actuators are configured to move the movable contacts of the first and second switch units independently of each other, the opening and closing of the switch units can be controlled independently of each other. Consequently, the currents through the first and second switches can be interrupted at different time points. Thus, it is possible for the first and second switches to interrupt currents with different phase shifts. This makes it possible for the two switches to interrupt currents of different phases, or in other ways unrelated to each other. To that end, two independently operated switches can share the same control mechanism as well as the same power transfer device.
[0012] A unidade de interruptor e o mecanismo operacional, estão ambos situados na região de alta tensão . O mecanismo operacional está situado na vizinhança, perto das unidades de interruptor. A fonte de alimentação está situada na região de terra, isto é, em potencial de terra . A fim de suprir o mecanismo operacional com energia, o disjuntor é provido com um arranjo de transferência de energia, compreendendo um dispositivo de transferência de energia adaptado para transmissão de energia sem fio. Trazendo energia para a unidade de interruptor, através da transferência de energia sem fio, torna possível situar o mecanismo operacional perto dos interruptores, na região de alta tensão, e consequentemente reduzir significativamente o comprimento da haste de puxar, e até eliminar a haste de puxar.[0012] The switch unit and the operating mechanism are both situated in the high voltage region. The operating mechanism is situated in the vicinity, close to the switch units. The power supply is situated in the earth region, i.e. at earth potential. In order to supply the operating mechanism with power, the circuit breaker is provided with a power transfer arrangement, comprising a power transfer device adapted for wireless power transmission. Bringing power to the switch unit through wireless power transfer makes it possible to locate the operating mechanism close to the switches, in the high voltage region, and consequently significantly reduce the length of the pull rod, and even eliminate the pull rod. .
[0013] Com alta tensão se quer dizer uma tensão acima de 1 kV. Desse modo, a tensão na região de alta tensão é maior do que 1 kV. A região de alta tensão está situada acima da região de terra . Devido à alta tensão, a região de alta tensão tem que ser situada a uma certa distância do potencial de terra , a fim de evitar descarga disruptiva. A distância é necessária para aumentar o isolamento, por exemplo ar ou SF6, entre dois pontos em um campo elétrico aplicado. Por fazer estrategicamente, a geração de uma descarga de ruptura de eletricidade, através do meio de isolamento, pode ser evitada. Quanto mais curta a distância de isolamento, maior o risco de produzir um arco ou uma descarga disruptiva.[0013] By high voltage is meant a voltage above 1 kV. Thus, the voltage in the high voltage region is greater than 1 kV. The high voltage region is located above the ground region. Due to the high voltage, the high voltage region has to be situated at a certain distance from ground potential in order to avoid flashover. Distance is needed to increase insulation, for example air or SF6, between two points in an applied electric field. By doing it strategically, the generation of a breakdown discharge of electricity through the insulating medium can be avoided. The shorter the insulation distance, the greater the risk of producing an arc or flashover.
[0014] Com situado na região de alta tensão se quer dizer que o componente está situado em uma distância segura da região de terra em potencial de terra . A definição da distância segura, depende do tamanho do potencial na região de alta tensão . Tensão mais alta necessita maior distância entre os componentes em potencial de terra , e os componentes em alto potencial elétrico. A unidade de interruptor e o mecanismo operacional, estão situados na região de alta tensão, e a parte da base da armação de suporte e a fonte de alimentação estão situadas na região de terra .[0014] Located in the high voltage region means that the component is located at a safe distance from the earth potential earth region. The definition of the safe distance depends on the size of the potential in the high voltage region. Higher voltage requires greater distance between components at ground potential, and components at high electrical potential. The switch unit and the operating mechanism are located in the high voltage region, and the base part of the support frame and the power supply are located in the ground region.
[0015] Devido à grande diferença em potencial elétrico, entre a região de terra e a região de alta tensão, não é possível transferir energia entre a região de terra e a região de alta tensão, através de um fio. Fornecendo uma transferência de energia sem fio, entre a região de terra e a região de alta tensão, é possível evitar o risco de descarga disruptiva, e desta maneira evitar curto circuito durante a transferência de energia. Desse modo, fornecendo o arranjo de transferên- cia de energia, com um dispositivo de transferência de energia, usando uma transmissão de energia sem fio, a princípio torna possível transferir energia de potencial de terra para alto potencial elétrico.[0015] Due to the large difference in electrical potential between the ground region and the high voltage region, it is not possible to transfer energy between the ground region and the high voltage region through a wire. By providing a wireless power transfer between the ground region and the high voltage region, it is possible to avoid the risk of flashover, and thus avoid short circuit during power transfer. Thus, providing the energy transfer arrangement, with an energy transfer device, using a wireless power transmission, in principle makes it possible to transfer energy from ground potential to high electric potential.
[0016] O primeiro e o segundo acionadores são integrados em uma única unidade. Apropriadamente, o primeiro e o segundo aciona- dores são incluídos por um alojamento comum. Por integrar duas unidades de interruptores na mesma unidade, somente um arranjo de energia, para transmissão de energia sem fio, para o mecanismo operacional, é necessário. Além disso, a mesma armação de suporte pode ser usada para apoiar ambas as unidades de interruptores.[0016] The first and second triggers are integrated into a single unit. Appropriately, the first and second drivers are enclosed by a common housing. By integrating two switch units in the same unit, only one power arrangement for wireless power transmission to the operating mechanism is required. Furthermore, the same support frame can be used to support both switch units.
[0017] De acordo com uma modalidade da invenção, o mecanismo operacional e a primeira e a segunda unidades de interruptores, são integradas para formar a única unidade. Desse modo, a única unidade inclui o mecanismo operacional como também a primeira e a segunda unidades de interruptores. O mecanismo operacional é integrado com a unidade de interruptores, a fim de formar uma única unidade. Desse modo, a unidade de interruptores, incluindo o mecanismo operacional, pode ser enviada como uma unidade completa da fábrica, e desta maneira possibilitar mais fácil, mais rápida e mais simples instalação, e custos de transporte mais baixos, com reduções de impacto ambiental associadas.[0017] According to an embodiment of the invention, the operating mechanism and the first and second switch units are integrated to form the single unit. Thus, the single unit includes the operating mechanism as well as the first and second switch units. The operating mechanism is integrated with the switch unit to form a single unit. In this way, the switch unit, including the operating mechanism, can be shipped as a complete unit from the factory, thus enabling easier, faster and simpler installation, and lower transport costs, with associated reductions in environmental impact. .
[0018] De acordo com uma modalidade da invenção, o mecanismo operacional compreende um primeiro elemento de transmissão, mecanicamente conectado entre o primeiro acionador e o contato móvel da primeira unidade de interruptor, e um segundo elemento de transmissão mecanicamente conectado, entre o segundo acionador e o contato móvel da segunda unidade de interruptor.[0018] According to an embodiment of the invention, the operating mechanism comprises a first transmission element, mechanically connected between the first actuator and the movable contact of the first switch unit, and a second transmission element mechanically connected, between the second actuator and the movable contact of the second switch unit.
[0019] De acordo com uma modalidade da invenção, o primeiro elemento de transmissão é adaptado para transmissão de movimentos rotativos, do primeiro acionador para movimentos de contato móvel da primeira unidade de interruptor, e o segundo elemento de transmissão é adaptado para transmissão de movimentos rotativos do segundo acionador, para movimentos lineares do contato móvel da segunda unidade de interruptor.[0019] According to an embodiment of the invention, the first transmission element is adapted for transmitting rotational movements of the first actuator for moving contact movements of the first switch unit, and the second transmission element is adapted for transmitting movements rotary actuators of the second actuator, for linear movements of the movable contact of the second switch unit.
[0020] De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira e a segunda unidades de interruptores são alongadas, e estão estendendo-se em lados opostos do mecanismo operacional. Esta modalidade fornecerá um esboço compacto do disjuntor.[0020] According to an embodiment of the invention, the first and second switch units are elongated, and are extending on opposite sides of the operating mechanism. This mode will provide a compact outline of the circuit breaker.
[0021] De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira e a segunda unidades de interruptor estão estendendo-se horizontalmente, em lados opostos do mecanismo operacional. O disjuntor vai então ter um desenho em forma de T. Em uma modalidade alternativa, o disjuntor pode ter um projeto em forma de Y.[0021] According to an embodiment of the invention, the first and second switch units are horizontally extending on opposite sides of the operating mechanism. The circuit breaker will then have a T-shaped design. In an alternative embodiment, the circuit breaker may have a Y-shaped design.
[0022] De acordo com uma modalidade da invenção, o disjuntor compreende uma estrutura de suporte comum disposta para apoiar a primeira e a segunda unidades de interruptor, e o mecanismo operacional. Devido ao fato de que a primeira e segunda unidades de interruptor, e o mecanismo operacional, são apoiados por uma estrutura de suporte comum, o material necessário para as estruturas de suporte é significativamente reduzido e consequentemente também os custos. A estrutura de suporte, tais como armações de suporte, podem ser compartilhadas entre dois comutadores do disjuntor. Desse modo, é possível significativamente reduzir a pegada do disjuntor, e a quantidade de apoios necessária. Por exemplo, uma armação de suporte pode ser usada para apoiar dois interruptores independentemente controlados. É ainda possível suspender a unidade de interruptores e o mecanismo operacional em uma estrutura de barramento existente, para reduzir a quantidade de fundamentos necessários.[0022] According to an embodiment of the invention, the circuit breaker comprises a common support structure arranged to support the first and second switch units, and the operating mechanism. Due to the fact that the first and second switch units, and the operating mechanism, are supported by a common support structure, the material required for the support structures is significantly reduced and consequently also the costs. The supporting structure, such as supporting frames, can be shared between two circuit breaker switches. In this way, it is possible to significantly reduce the footprint of the circuit breaker, and the amount of support required. For example, a support frame can be used to support two independently controlled switches. It is even possible to suspend the switch unit and operating mechanism on an existing busbar structure, to reduce the amount of foundation required.
[0023] De acordo com uma modalidade da invenção, o dispositivo de transferência de energia é configurado para receber e transmitir energia por meio de acoplamento indutivo. Em acoplamento indutivo, também chamado transferência de energia indutiva, a energia é transferida entre bobinas através de um campo magnético. O acoplamento indutivo é apropriado para transferência de energia sem fio.[0023] According to an embodiment of the invention, the power transfer device is configured to receive and transmit power via inductive coupling. In inductive coupling, also called inductive energy transfer, energy is transferred between coils through a magnetic field. Inductive coupling is suitable for wireless power transfer.
[0024] De acordo com uma modalidade da invenção, o dispositivo de transferência de energia compreende, pelo menos, uma bobina transmissora de energia, configurada para sem fio transmitir energia, e pelo menos uma bobina do receptor de energia, configurada para sem fio receber energia da bobina transmissora de energia.[0024] According to an embodiment of the invention, the energy transfer device comprises at least one energy transmitting coil, configured to wirelessly transmit energy, and at least one energy receiving coil, configured to wirelessly receive power from the power transmitting coil.
[0025] De acordo com uma modalidade da invenção, o disjuntor compreende uma armação de suporte, para apoiar a unidade de interruptor, incluindo uma parte da base disposta na região de terra, e uma parte de isolamento estendendo-se entre a parte da base e a região de alta tensão . O mecanismo operacional é situado em uma extremidade superior da parte de isolamento, na região de alta tensão .[0025] According to an embodiment of the invention, the circuit breaker comprises a support frame, for supporting the switch unit, including a base part disposed in the earth region, and an insulation part extending between the base part and the high voltage region. The operating mechanism is situated at an upper end of the insulation part, in the high voltage region.
[0026] De acordo com uma modalidade da invenção, a parte de isolamento é oca, e o dispositivo de transferência de energia é situado dentro da parte de isolamento oca. A parte de isolamento fornecerá um invólucro protetor para o dispositivo de transferência de energia. Ainda , dispondo o dispositivo de transferência de energia dentro da parte de isolamento, fornecerá um esboço mais compacto do disjuntor.[0026] According to an embodiment of the invention, the insulating part is hollow, and the energy transfer device is located inside the hollow insulating part. The insulating portion will provide a protective enclosure for the power transfer device. Furthermore, arranging the energy transfer device within the insulation part will provide a more compact circuit breaker layout.
[0027] De acordo com uma modalidade da invenção, a parte de isolamento oca é preenchida com um gás isolante. O gás isolante reduz o intervalo necessário entre as bobinas receptoras e as transmissoras. Apropriadamente, o gás de isolamento é SF6. Se a parte de isolamento oca é preenchida com SF6, o intervalo necessário entre as bobinas de recebimento e de transmissão, pode ser significativamente reduzido, aumentando a eficiência da transferência de energia.[0027] According to an embodiment of the invention, the hollow insulation part is filled with an insulating gas. The insulating gas reduces the required gap between the receiving and transmitting coils. Appropriately, the insulating gas is SF6. If the hollow insulation part is filled with SF6, the required gap between the receiving and transmitting coils can be significantly reduced, increasing the power transfer efficiency.
[0028] A invenção também refere-se ao uso do disjuntor de alta tensão, de acordo com a invenção, para interromper uma corrente de fases múltiplas, caracterizada pelo fato de que a primeira unidade de interruptor é configurada para interromper uma primeira fase da corrente, e a segunda unidade de interruptor é configurada para interromper uma segunda fase da corrente. Uma corrente de fases múltiplas tem duas ou mais fases.[0028] The invention also relates to the use of the high voltage circuit breaker, according to the invention, to interrupt a multi-phase current, characterized in that the first switch unit is configured to interrupt a first phase of the current , and the second switch unit is configured to interrupt a second phase of current. A multi-phase current has two or more phases.
[0029] A invenção será agora explicada, mais precisamente, através da descrição de diferentes modalidades da invenção, e com referência às figuras em anexo. Fig. 1 mostra um exemplo de um disjuntor da técnica anterior. Fig. 2 mostra um disjuntor de acordo com uma primeira modalidade da invenção. Fig. 3 mostra um exemplo de um circuito equivalente de um dispositivo de transferência de energia sem fio, aqui em uma configuração de compensação em séries paralelas. Fig. 4 mostra um disjuntor de acordo com uma segunda modalidade da invenção.[0029] The invention will now be explained more precisely through the description of different embodiments of the invention, and with reference to the attached figures. Fig. 1 shows an example of a prior art circuit breaker. Fig. 2 shows a circuit breaker according to a first embodiment of the invention. Fig. 3 shows an example of an equivalent circuit of a wireless power transfer device, here in a parallel series compensation configuration. Fig. 4 shows a circuit breaker according to a second embodiment of the invention.
[0030] Nas várias figuras, as mesmas e correspondentes partes funcionais são designadas pelos mesmos e correspondentes numerais de referência.[0030] In the various figures, the same and corresponding functional parts are designated by the same and corresponding reference numerals.
[0031] A Figura 2 mostra um exemplo de um disjuntor 40, de acordo com uma modalidade da invenção. O disjuntor está se estendendo para cima em uma direção vertical, a partir da região de terra para uma região de alta tensão . Componentes do disjuntor situado na região de terra têm potencial de terra, e componentes do disjuntor situado na região de alta tensão têm alto potencial elétrico. A região de alta tensão é situada acima e em uma distância da região de terra, e tem um potencial elétrico acima de 1 kV. O disjuntor 40 compreende duas unidades de interruptores 42, 44. As unidades de interruptores 42, 44 são dispostas na região de alta tensão . Cada uma das unidades de interruptores 42, 44 tem dois contatos 3a-b, 43a-b, móveis em relação um ao outro, a fim de abrir e fechar os contatos. Um dos contatos é um contato fixo e o outro contato é um contato móvel, disposto móvel em relação ao contato fixo entre um estado aberto e fechado. Cada uma das unidades de interruptores 42, 44 compreende um contato fixo 3a, 43a e um contato móvel 3b, 43b, disposto móvel em relação ao contato fixo, entre um estado aberto e fechado. Cada uma das unidades de interruptores 42, 44 ainda compreende um alojamento de isolamento envolvendo os contatos, um terminal 5A de entrada elétrica, disposto em uma extremidade da unidade de interruptor 42, 44, e um terminal 5b de saída elétrica na extremidade oposta da unidade de interruptor 42, 44.[0031] Figure 2 shows an example of a circuit breaker 40, according to an embodiment of the invention. The circuit breaker is extending upwards in a vertical direction from the ground region to a high voltage region. Circuit breaker components located in the earth region have earth potential, and circuit breaker components located in the high voltage region have high electrical potential. The high voltage region is situated above and at a distance from the ground region, and has an electrical potential above 1 kV. Circuit breaker 40 comprises two switch units 42, 44. Switch units 42, 44 are arranged in the high voltage region. Each of the switch units 42, 44 has two contacts 3a-b, 43a-b, movable relative to each other, in order to open and close the contacts. One of the contacts is a fixed contact and the other contact is a movable contact, arranged movable with respect to the fixed contact between an open and closed state. Each of the switch units 42, 44 comprises a fixed contact 3a, 43a and a movable contact 3b, 43b, disposed movable with respect to the fixed contact, between an open and closed state. Each of the switch units 42, 44 further comprises an insulating housing surrounding the contacts, an electrical input terminal 5A arranged at one end of the switch unit 42, 44, and an electrical output terminal 5b at the opposite end of the unit. of switch 42, 44.
[0032] O disjuntor 40 compreende um mecanismo operacional 46, disposto para mover os contatos móveis 3b, 43b entre os estados aberto e fechado. O mecanismo operacional 46 é situado na região de alta tensão, e consequentemente no mesmo nível de tensão, como as unidades de interruptores 42, 44. O mecanismo operacional 46 é disposto para mover os contatos móveis 3b, 43b, entre os estados aberto e fechado, independentemente um do outro. Isto significa que é possível mover um dos contatos, sem mover o outro contato ao mesmo tempo. O mecanismo operacional 46 é disposto entre as unidades de interruptor 42 e 44. Os primeiro e segundo acionadores 48, 50 são integrados em uma única unidade 51, disposta entre a primeira e a segunda unidades de interruptores 42, 44. As unidades de interruptores 42, 44 são alongadas, e estão estendendo-se em lados opostos do mecanismo operacional 46. Neste exemplo, as unidades de interruptores 42, 44 estão estendendo-se horizontalmente em lados opostos do mecanismo operacional 46. Entretanto, em outra modalidade, as uni dades de interruptores 42, 44 podem se estender ligeiramente para cima, de maneira que elas formam um V. Preferivelmente, a primeira e a segunda unidades de interruptores 42, 44 são acopladas a uma única unidade 51.[0032] The circuit breaker 40 comprises an operating mechanism 46, arranged to move the movable contacts 3b, 43b between open and closed states. The operating mechanism 46 is located in the high voltage region, and therefore at the same voltage level, as the switch units 42, 44. The operating mechanism 46 is arranged to move the movable contacts 3b, 43b between open and closed states. , independently of each other. This means that it is possible to move one of the contacts without moving the other contact at the same time. The operating mechanism 46 is arranged between the switch units 42 and 44. The first and second actuators 48, 50 are integrated into a single unit 51, arranged between the first and second switch units 42, 44. The switch units 42 , 44 are elongated, and are extending on opposite sides of the operating mechanism 46. In this example, the switch units 42, 44 are horizontally extending on opposite sides of the operating mechanism 46. However, in another embodiment, the units of switches 42, 44 may extend slightly upwards so that they form a V. Preferably, the first and second switch units 42, 44 are coupled to a single unit 51.
[0033] O mecanismo operacional 46 compreende um primeiro aci- onador 48, por exemplo um motor, para movimentar o contato móvel 3b da primeira unidade de interruptor 42, e um segundo acionador 50, por exemplo um motor, para mover o contato móvel 43b da segunda unidade de interruptor 44. O mecanismo operacional 46 é disposto para operar os contatos móveis.[0033] The operating mechanism 46 comprises a first driver 48, for example a motor, for moving the moving contact 3b of the first switch unit 42, and a second driver 50, for example a motor, for moving the moving contact 43b of the second switch unit 44. The operating mechanism 46 is arranged to operate the movable contacts.
[0034] O arranjo de energia é configurado para suprir o primeiro e o segundo acionadores 48, 50 com energia. O mecanismo operacional 46 compreende um primeiro elemento de transmissão 52, mecanicamente conectado ao contato móvel 3b, e um segundo elemento de transmissão 54, mecanicamente conectado ao contato móvel 43b. O primeiro elemento de transmissão 52, é disposto para a transmissão de movimentos rotativos do primeiro acionador 48 para movimentos lineares do contato móvel 3b. O segundo elemento de transmissão 54 é disposto para transmissão dos movimentos rotativos, a partir do segundo acionador 50, para os movimentos lineares do contato móvel 43b. O primeiro elemento de transmissão 52 é mecanicamente conectado entre o primeiro acionador 48 e o contato móvel 3b da primeira unidade de interruptor 42, e o segundo elemento de transmissão 54 é mecanicamente conectado entre o segundo acionador 50 e o contato móvel 43b, da segunda unidade de interruptor 44. O primeiro e o segundo acionadores 48, 50 são incluídos por um alojamento comum 45. Desse modo, o primeiro e o segundo acionadores são integrados em uma unidade.[0034] The power arrangement is configured to supply the first and second drivers 48, 50 with power. The operating mechanism 46 comprises a first transmission element 52, mechanically connected to the movable contact 3b, and a second transmission element 54, mechanically connected to the movable contact 43b. The first transmission element 52 is arranged for transmitting rotational movements of the first actuator 48 to linear movements of the moving contact 3b. The second transmission element 54 is arranged for transmitting the rotary movements from the second actuator 50 to the linear movements of the moving contact 43b. The first transmission element 52 is mechanically connected between the first actuator 48 and the movable contact 3b of the first switch unit 42, and the second transmission element 54 is mechanically connected between the second actuator 50 and the movable contact 43b of the second unit. switch 44. The first and second actuators 48, 50 are enclosed by a common housing 45. In this way, the first and second actuators are integrated into one unit.
[0035] Através da interface das duas unidades de interruptores 42, 44 com um mecanismo de alojamento padrão T, e trazendo a energia para a região de alta tensão com transferência de energia sem fio, para dirigir dois acionadores separados, por exemplo forças de motores, ou acionadores lineares, é possível significativamente reduzir a pegada do disjuntor. Acionadores lineares são baseados em estruturas mais simples do que os motores (bobina-ímã ou bobina-bobina de re- pulsão/atração), e seus deslocamentos lineares permitem focar na direção da interrupção. O disjuntor 40 ainda compreende uma estrutura de apoio na forma de uma armação de suporte 6, para apoiar as unidades de interruptores 42 e 44, como também o mecanismo operacional 46, e os mantendo a uma distância segura de terra . A armação de suporte 6 inclui uma parte da base 8 disposta na região de terra, isto é, a parte da base 8 é eletricamente conectada ao potencial de terra . A armação de suporte 6 ainda inclui uma parte de isolamento oca 10, também chamada um isolante de suporte, se estendendo entre a parte da base 8 e a unidade de interruptores 42, 44. A parte de isolamento é preenchida com um meio de isolamento, por exemplo, SF6. A parte de isolamento 10 fornece isolamento elétrico, entre a parte da base 8 em nível do solo, e a unidade de interruptores na região de alta tensão . O mecanismo operacional 46 é situado acima da parte de isolamento 10, e no mesmo nível de tensão, como a unidade de interruptor. Nesta modalidade, o mecanismo operacional 46 é acoplado às unidades de interruptor 42 e 44.[0035] By interfacing the two switch units 42, 44 with a standard T-housing mechanism, and bringing the power into the high voltage region with wireless power transfer, to drive two separate drivers, for example motor forces , or linear actuators, it is possible to significantly reduce the footprint of the circuit breaker. Linear actuators are based on simpler structures than motors (magnet coil or repulsion/attraction coil), and their linear displacements allow focusing in the direction of interruption. The circuit breaker 40 further comprises a support structure in the form of a support frame 6, for supporting the switch units 42 and 44, as well as the operating mechanism 46, and keeping them at a safe distance from earth. The support frame 6 includes a base part 8 arranged in the earth region, i.e. the base part 8 is electrically connected to earth potential. The support frame 6 further includes a hollow insulation part 10, also called a support insulator, extending between the base part 8 and the switch unit 42, 44. The insulation part is filled with an insulating medium, for example, SF6. The isolation part 10 provides electrical isolation between the base part 8 at ground level and the switch unit in the high voltage region. The operating mechanism 46 is situated above the insulating part 10, and at the same voltage level, as the switch unit. In this embodiment, operating mechanism 46 is coupled to switch units 42 and 44.
[0036] A fonte de alimentação 19, é situada na região de terra para suprir energia para o mecanismo operacional 46. A fonte de alimentação 19 é, por exemplo, uma bateria, ou um conversor de energia gerando energia preferivelmente até 1KW (ou mais), na faixa de frequência de 10-100 kHz. A energia inicial pode vir de DC, ou de uma rede de energia de 50 Hz, diferente de uma sobre o disjuntor. Se é a mesma rede de energia, a fonte de alimentação não será confiável, por exemplo, no momento de acionamento da interrupção.[0036] The power supply 19 is located in the land region to supply power to the operating mechanism 46. The power supply 19 is, for example, a battery, or a power converter preferably generating power up to 1KW (or more ), in the frequency range of 10-100 kHz. Initial power can come from DC, or from a 50 Hz power grid, other than one over the circuit breaker. If it is the same power grid, the power supply will be unreliable, for example, at the time of interruption triggering.
[0037] O disjuntor 40 ainda compreende um arranjo de transferência de energia 23a, para a transmissão de energia da fonte de alimentação 19 para o mecanismo operacional 46. O arranjo de transferência de energia é configurado para suprir os acionadores 48, 50 com energia. O arranjo de transferência de energia 23a compreende um dispositivo de transferência de energia 25, configurado para fornecimento e energia sem fio para o mecanismo operacional 46. A energia pode ser transferida sem fio, através de um número de diferentes tecnologias de transmissão de energia, que usam campos elétricos, magnéticos ou eletromagnéticos de variação de tempo. Em uma modalidade da invenção, o transmissor pode ser um emissor ultrassom, e o receptor pode ser um receptor piezoelétrico. Na transferência de energia sem fio, um transmissor sem fio conectado à fonte de alimentação, transporta o campo de energia através de um espaço interveniente para um receptor, em que é convertido de volta para uma corrente elétrica e depois usado.[0037] The circuit breaker 40 further comprises a power transfer arrangement 23a, for transmitting power from the power supply 19 to the operating mechanism 46. The power transfer arrangement is configured to supply the actuators 48, 50 with power. Power transfer arrangement 23a comprises a power transfer device 25 configured to wirelessly supply power to operating mechanism 46. Power may be transferred wirelessly via a number of different power transmission technologies which use time-varying electric, magnetic, or electromagnetic fields. In one embodiment of the invention, the transmitter can be an ultrasound emitter, and the receiver can be a piezoelectric receiver. In wireless energy transfer, a wireless transmitter connected to a power supply carries the energy field through an intervening space to a receiver, where it is converted back to an electrical current and then used.
[0038] Um dispositivo de transferir energia sem fio, por exemplo como mostrado na figura 2, é proposto como uma maneira de transferir energia elétrica de uma fonte de alimentação na região de terra, para a região de alta tensão, em que o acionador do disjuntor será situado. O dispositivo de transferência de energia 25 compreende, pelo menos, um transmissor de energia configurado para transmitir energia sem fio, e pelo menos um receptor de energia configurado para receber energia sem fio do transmissor de energia. Este sistema está situado dentro da parte oca do isolamento 10, em que a haste mecânica estava situada antes, que foi a maneira da técnica anterior transmitir o acionamento do solo para onde era necessário, em alto potencial elétrico. Preferivelmente, a dimensão horizontal do dispositivo de transferência de energia 25, é cerca de 20% menor do que o diâmetro do es-paço dentro da parte de isolamento oca, para resolver tensões elétri- cas. A modalidade descrita, em vez disso, transfere energia elétrica para a região superior de alta tensão, onde ela pode depois ser convertida para acionamento mecânico ou salva, por exemplo, em um armazenamento de energia, para uso adicional relacionado às operações de condução do disjuntor. Além disso, a energia transferida pode ser usada para outras ações necessárias, por exemplo controle, diagnósticos, e comunicação no nível de alta tensão .[0038] A wireless energy transfer device, for example as shown in figure 2, is proposed as a way to transfer electrical energy from a power supply in the ground region, to the high voltage region, where the actuator of the breaker will be located. Power transfer device 25 comprises at least one power transmitter configured to wirelessly transmit power, and at least one power receiver configured to wirelessly receive power from the power transmitter. This system is situated within the hollow part of the insulation 10 where the mechanical rod was situated before, which was the prior art way of transmitting the drive from the ground to where it was needed at high electrical potential. Preferably, the horizontal dimension of the power transfer device 25 is about 20% less than the diameter of the space within the hollow insulation portion, to resolve electrical stresses. The described embodiment, instead, transfers electrical energy to the upper high voltage region, where it can later be converted for mechanical actuation or saved, for example, in an energy storage, for further use related to circuit-breaker driving operations. . Furthermore, the transferred energy can be used for other necessary actions, for example control, diagnostics, and communication at high voltage level.
[0039] Nesta modalidade, o dispositivo de transferência de energia 23a compreende o dispositivo de transferência de energia 25 sem fio, um cabo 18 conectado entre a fonte de alimentação 19 e o dispositivo de transferência de energia 25, e um cabo 27 conectado entre o dispositivo de transferência de energia 25 e o mecanismo operacional 46. O cabo 27 é conectado entre o dispositivo de transferência de energia 25 e os acionadores 48, 50. Nesta modalidade, o dispositivo de transferência de energia 25 compreende uma bobina transmissora de energia 26a, configurada para transmitir energia, e uma bobina do receptor de energia 26b, configurada para receber energia sem fio da bobina de transmissão de energia 26a. A bobina de transmissão de energia 26a e a bobina do receptor de energia 26b são configuradas para receber e transmitir energia, por meio de acoplamento de indução. O esboço da bobina do receptor de energia 26b e da bobina do transmissor de energia 26a, pode tornar apropriado o uso de um material magnético macio. A bobina do receptor de energia 26b pode também incluir uma pluralidade de capacitores. Um campo magnético é gerado entre a bobina do receptor de energia 26b e a bobina do transmissor de energia 26a durante a transmissão de energia.[0039] In this embodiment, the power transfer device 23a comprises the wireless power transfer device 25, a cable 18 connected between the power supply 19 and the power transfer device 25, and a cable 27 connected between the power transfer device 25 and operating mechanism 46. Cable 27 is connected between power transfer device 25 and drivers 48, 50. In this embodiment, power transfer device 25 comprises a power transmitting coil 26a, configured to transmit power, and a power receiver coil 26b configured to wirelessly receive power from power transmission coil 26a. Power transmitting coil 26a and power receiving coil 26b are configured to receive and transmit power via inductive coupling. The design of the energy receiver coil 26b and the energy transmitter coil 26a may make it appropriate to use a soft magnetic material. Power receiver coil 26b may also include a plurality of capacitors. A magnetic field is generated between the power receiver coil 26b and the power transmitter coil 26a during power transmission.
[0040] A região de alta tensão estende-se, através do cabo 27, para a bobina do receptor de energia 26b, do dispositivo de transferência de energia 25. Da mesma maneira, a região de terra é estendida através do cabo 18 para a bobina transmissora de energia 26a. Desse modo, o dispositivo de transferência de energia 25 é adaptado para transmissão de energia sem fio, entre a região de terra e a região de alta tensão . Existe um intervalo entre a bobina do transmissor de energia 26a e a bobina do receptor de energia 26b. O tamanho do intervalo está diretamente relacionado à tensão na região de alta tensão . A distância que a energia é transmitida de maneira sem fio, é a mesma que a do intervalo entre as bobinas. O tamanho do intervalo depende da tensão na região de alta tensão, do meio de isolamento circundando as bobinas 26a-b, e da pressão na parte de isolamento 10. Por exemplo, se o meio de isolamento é SF6 e a tensão na região de alta tensão é cerca de 145kV, o intervalo entre as bobinas 26a-b é cerca de 50 mm. Para tensões menores, tal como 1 kV, intervalos menores são possíveis em SF6. Apropriadamente, o intervalo é cerca de 1/3 dos diâmetros horizontais das bobinas 26a-b. Neste exemplo, o diâmetro da parte de isolamento oca, é cerca de 180 mm, e os diâmetros das bobinas 26a-b são cerca de 150 mm.[0040] The high voltage region extends through cable 27 to the power receiver coil 26b of the power transfer device 25. Likewise, the ground region is extended through cable 18 to the 26A Power Transmitter Coil. Thereby, the power transfer device 25 is adapted for wireless power transmission between the earth region and the high voltage region. There is a gap between the power transmitter coil 26a and the power receiver coil 26b. The gap size is directly related to the voltage in the high voltage region. The distance that the energy is wirelessly transmitted is the same as the gap between the coils. The size of the gap depends on the voltage in the high voltage region, the insulating medium surrounding the coils 26a-b, and the pressure in the insulating portion 10. For example, if the insulating medium is SF6 and the voltage in the high voltage region voltage is about 145kV, the gap between coils 26a-b is about 50mm. For smaller voltages, such as 1 kV, smaller gaps are possible in SF6. Suitably, the range is about 1/3 of the horizontal diameters of the coils 26a-b. In this example, the diameter of the hollow insulation part is about 180 mm, and the diameters of the coils 26a-b are about 150 mm.
[0041] Em uma modalidade, cada uma das bobinas do receptor de energia 26b e a bobina do transmissor de energia 26a, compreende um enrolamento de bobina de maneira solenoidal, ao redor de um concentrador feito de material magnético leve com permeabilidade relativa alta (μr > 1000). Este material pode ser montado por laminados Si-Fe, por exemplo 6,5% Si, que é preferível para frequências relativamente baixas até 10 kHz. Alternativamente, ferrita sólida Mn-Zn (para frequências moderadamente altas) ou ferrita Ni-Zn (para frequências > 1 MHz) podem ser escolhidas. Uma ampla faixa de frequências é possível. Ainda, uma faixa de frequências comumente usada em diversas outras áreas (culinária indutora, carregamento de bateria de veículos elétricos) é de 20-100 kHz, desta maneira os componentes de custo efetivo são possíveis. Para esta frequência específica, o material Mn-Zn é preferível.[0041] In one embodiment, each of the power receiver coils 26b and the power transmitter coil 26a comprises a coil winding solenoidally around a concentrator made of light magnetic material with high relative permeability (μr > 1000). This material can be assembled by Si-Fe laminates, for example 6.5% Si, which is preferable for relatively low frequencies up to 10 kHz. Alternatively, solid Mn-Zn ferrite (for moderately high frequencies) or Ni-Zn ferrite (for frequencies > 1 MHz) can be chosen. A wide range of frequencies is possible. Also, a commonly used frequency range in several other areas (inductive cooking, electric vehicle battery charging) is 20-100 kHz, so cost-effective components are possible. For this specific frequency, Mn-Zn material is preferable.
[0042] A forma do concentrador magnético é de tal maneira que nenhuma borda afiada está presente; isto é para evitar descargas elétricas entre as bobinas. Analogamente, suficiente depuração é necessária entre as bobinas e a parede interna de isolamento de suporte. Como um exemplo específico, para um isolador com diâmetro interno de 180 mm, a separação entre as bobinas do transmissor e do receptor é 50 mm, enquanto o comprimento do núcleo é 150 mm. A avaliação de alta tensão, especificamente 145 kV desta geometria, dá uma interrupção da tensão justa como aquela do ar. Para tensões maiores do que 145 kV, os parâmetros geométricos são escalados seguindo o mesmo motivo. Ainda, dentro da parte oca do isolamento 10 o ambiente é SF6, que tem uma interrupção de tensão em uma ordem de magnitude maior do que aquela do ar sob as mesmas condições (pressão, temperatura e humidade). Desse modo, os parâmetros do dispositivo de transferência de energia 25, resistem as tensões elétricas dentro da parte de isolamento 10.[0042] The shape of the magnetic concentrator is such that no sharp edges are present; this is to avoid electrical discharges between the coils. Similarly, sufficient clearance is required between the coils and the inner supporting insulation wall. As a specific example, for an insulator with an inner diameter of 180 mm, the separation between the transmitter and receiver coils is 50 mm, while the core length is 150 mm. The high voltage rating, specifically 145 kV of this geometry, gives a voltage interruption just like that of air. For voltages greater than 145 kV, the geometric parameters are scaled following the same reason. Furthermore, within the hollow part of the insulation 10 the environment is SF6, which has a voltage interruption an order of magnitude greater than that of air under the same conditions (pressure, temperature and humidity). In this way, the parameters of the energy transfer device 25 resist the electrical voltages within the insulation part 10.
[0043] A Figura 3 mostra um circuito equivalente de um dispositivo de transferência de energia em fio, em uma configuração de compensação em série/paralela. A fonte de alimentação 19 fornece uma tensão de linha padrão de 50 Hz, que vai através de um conversor AC/AC (não mostrado) para uma forma de onda desejada, por exemplo 20 kHz. É também possível ter uma fonte de alimentação D e uma conversão DC/AC. O lado esquerdo do circuito mostrado na figura 3, recebe energia do conversor da fonte de alimentação 19. O lado direito do circuito mostrado na figura 3, é conectado ao mecanismo operacional 46 em potencial elétrico alto. Nesta figura, as bobinas 26a-b são representadas por L1 e L2. Os capacitores C1 e C2 são, cada um, um conjunto de capacitores conectados em paralelo, junto com as bobinas L 1 e L2 de transmissor e receptor de energia, e os concentradores de ferrita formam um circuito ressonante LC, com uma indutância mútua M. Existe um intervalo d entre a bobina do receptor de energia L1 e a bobina do transmissor de energia L2. Neste exemplo, o intervalo d é cerca de 50 mm. As conexões do sistema de circuitos elétricos são também de forma leve, para evitar qualquer tensão elétrica adicional. Na figura 2 a direção do campo magnético instantâneo é mostrada. O fluxo magnético idealmente percorre dentro do primeiro núcleo de ferri- ta, que se acopla ao próximo indutor fazendo o fluxo percorrer através do segundo núcleo de ferrita. Isto gera uma tensão induzida nos terminais da bobina secundária. A energia correspondente é ainda em alta frequência, e é mais útil se é convertida para DC por retificação, como indicado na figura 3. Dessa maneira, ela pode ser usada para armazenamento de energia ou diretamente.[0043] Figure 3 shows an equivalent circuit of a wired power transfer device, in a series/parallel compensation configuration. Power supply 19 supplies a standard line voltage of 50 Hz, which goes through an AC/AC converter (not shown) to a desired waveform, for example 20 kHz. It is also possible to have a D power supply and a DC/AC conversion. The left side of the circuit shown in Figure 3 receives power from the power supply converter 19. The right side of the circuit shown in Figure 3 is connected to operating mechanism 46 at high electrical potential. In this figure, coils 26a-b are represented by L1 and L2. Capacitors C1 and C2 are each a set of capacitors connected in parallel, together with power transmitter and receiver coils L1 and L2, and the ferrite concentrators form an LC resonant circuit, with a mutual inductance M. There is a gap d between the coil of energy receiver L1 and the coil of energy transmitter L2. In this example, the d gap is about 50 mm. The electrical circuit system connections are also light-weight to avoid any additional electrical stress. In figure 2 the direction of the instantaneous magnetic field is shown. The magnetic flux ideally travels inside the first ferrite core, which couples to the next inductor causing the flux to travel through the second ferrite core. This generates an induced voltage across the secondary coil terminals. The corresponding energy is still at high frequency, and it is more useful if it is converted to DC by rectification, as shown in figure 3. In this way, it can be used for energy storage or directly.
[0044] Nesta modalidade, a parte de isolamento 10 é oca, e o dispositivo de transferência de energia 25 é situado dentro da parte de isolamento oca 10. Por exemplo, a parte de isolamento 10 é tubular. Em uma modalidade alternativa, o dispositivo de transferência de energia 25 pode ser situado, parcialmente ou totalmente, do lado de fora da parte de isolamento 10. A parte de isolamento oca 10, cuja altura na técnica anterior é cerca de 1460 mm, é tomada por conveniência para transferir energia sem fio e para transportar o gás SF6 para o próximo estágio. Na técnica anterior, sua função também era para conter a haste de puxar. Em um disjuntor, de acordo com a invenção, é possível diminuir a altura da parte de isolamento oca 10, por exemplo para 1000 mm, e o sistema ainda vai manter a operação de transferência.[0044] In this embodiment, the insulation part 10 is hollow, and the energy transfer device 25 is located inside the hollow insulation part 10. For example, the insulation part 10 is tubular. In an alternative embodiment, the energy transfer device 25 can be located, partially or totally, outside the insulation part 10. The hollow insulation part 10, whose height in the prior art is about 1460 mm, is taken for convenience to wirelessly transfer power and to carry the SF6 gas to the next stage. In the prior art, its function was also to contain the pulling rod. In a circuit breaker, according to the invention, it is possible to lower the height of the hollow insulation part 10, for example to 1000 mm, and the system will still maintain the transfer operation.
[0045] A Figura 4 mostra um disjuntor de suspensão 60, que tem dupla unidade de interruptores 42, 44, de acordo com uma terceira modalidade da invenção. O disjuntor é suspenso abaixo de uma estrutura de suporte comum 62, por exemplo, uma estrutura de suporte de barramento, suportando os interruptores 42, 44 e o mecanismo opera- cional 46. Nesta modalidade, a unidade de interruptores 42, 44 e o mecanismo operacional 46, estão pendurados ou suspensos abaixo da estrutura de suporte 62, por exemplo de uma subestação, para reduzir a quantidade de fundações necessária. Isto significa que a armação de suporte 6, incluindo a parte da base 8 e a parte de isolamento 10, pode ser omitida, e desse modo um disjuntor mais compacto e de custo eficaz pode ser realizado. O mecanismo operacional 46 é disposto na região de alta tensão, isto é, no mesmo nível de tensão que a unidade de interruptores 42, 44. A fonte de alimentação 19 é disposta na região de terra, e o arranjo de transferência de energia compreende um dispositivo de transferência de energia sem fio 25, configurado para suprir energia de maneira sem fio, para o mecanismo operacional 46 na região de alta tensão .[0045] Figure 4 shows a suspension circuit breaker 60, which has a double switch unit 42, 44, according to a third embodiment of the invention. The circuit breaker is suspended below a common support structure 62, for example a busbar support structure, supporting the switches 42, 44 and the operating mechanism 46. In this embodiment, the switch unit 42, 44 and the mechanism operating 46, are hung or suspended below the support structure 62, for example of a substation, to reduce the amount of foundations required. This means that the support frame 6, including the base part 8 and the insulation part 10, can be omitted, and thus a more compact and cost-effective circuit breaker can be realized. The operating mechanism 46 is arranged in the high voltage region, i.e. at the same voltage level as the switch unit 42, 44. The power supply 19 is arranged in the ground region, and the power transfer arrangement comprises a wireless power transfer device 25 configured to wirelessly supply power to the operating mechanism 46 in the high voltage region.
[0046] A presente invenção não está limitada às modalidades reveladas, mas que podem ser variadas e modificadas dentro do escopo das reivindicações a seguir. Por exemplo, o número de bobinas no dispositivo de transferência de energia pode ser mais de dois. Ainda, outras tecnologias de transferência de energia sem fio podem ser usadas, por exemplo, usando um emissor a laser e uma célula foto como receptor, ou usando um gerador ultrassom como transmissor e um piezoelétrico como receptor.[0046] The present invention is not limited to the disclosed embodiments, but which may be varied and modified within the scope of the following claims. For example, the number of coils in the power transfer device can be more than two. Yet other wireless energy transfer technologies can be used, for example using a laser emitter and a photocell as a receiver, or using an ultrasonic generator as a transmitter and a piezoelectric as a receiver.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16186755 | 2016-09-01 | ||
| EP16186755.1 | 2016-09-01 | ||
| PCT/EP2017/071723 WO2018041874A1 (en) | 2016-09-01 | 2017-08-30 | A high voltage circuit breaker |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112019002026A2 BR112019002026A2 (en) | 2019-05-14 |
| BR112019002026A8 BR112019002026A8 (en) | 2022-12-27 |
| BR112019002026B1 true BR112019002026B1 (en) | 2023-07-04 |
Family
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