BR112021003349B1

BR112021003349B1 - Método para separar contatos soldados em um conjunto de interruptor, e, interruptor para uso em uma rede de distribuição de energia de média tensão

Info

Publication number: BR112021003349B1
Application number: BR112021003349-1A
Authority: BR
Inventors: Tsvetan Rusev; Michael Stamer
Original assignee: S&C Electric Company
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2023-03-14
Also published as: EP3918354A4; AU2020216260A1; EP3918354A1; KR20210118060A; MX2021002124A; CO2021008308A2; KR102531873B1; CA3116737C; US20210134538A1; WO2020159716A1; US11430615B2; BR112021003349A2; AU2020216260B2; CA3116737A1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA SEPARAR CONTATOS SOLDADOS. Um método para separar contatos soldados em um conjunto comutador atuado magneticamente que inclui prover múltiplos golpes de martelo do atuador aos contatos. O método inclui causar o fechamento dos contatos usando, por exemplo, um dispositivo de atuação manual e detectar uma condição de alta corrente que ocorre quando os contatos são fechados. O método inclui adicionalmente atuar eletricamente o atuador para abrir os contatos em resposta à detecção da condição de alta corrente e determinar que os contatos não abriram em resposta ao atuador sendo atuado, pois eles estão soldados juntos. O método também inclui atuar eletricamente o atuador para fechar os contatos quando for determinado que eles estão soldados juntos e novamente atuar eletricamente o atuador para abrir os contatos.

Description

FUNDAMENTOS Campo

[001] Esta descrição refere-se no geral a um método para separar contatos soldados em um comutador e, mais particularmente, a um método para separar contatos soldados em um interruptor à vácuo atuado magneticamente que inclui prover múltiplos golpes de martelo do atuador aos contatos.

Discussão da Técnica Relacionada

[002] Uma rede de distribuição de energia elétrica, muitas vezes referida como uma rede elétrica, normalmente inclui uma série de usinas de geração de energia, cada uma com uma série de geradores de energia, como turbinas a gás, reatores nucleares, geradores a carvão, barragens hidroelétricas, etc. As usinas proveem energia em uma variedade de médias tensões que são então intensificadas por transformadores para um sinal CA de alta tensão a ser provido em linhas de transmissão de alta tensão que fornecem energia elétrica a uma série de subestações normalmente localizadas dentro de uma comunidade, onde a tensão é reduzida para uma tensão média. As subestações proveem a energia de média tensão para várias linhas de alimentação trifásicas. As linhas de alimentação são acopladas a uma série de linhas laterais que proveem a média tensão para vários transformadores de distribuição, onde a tensão é reduzida para uma baixa tensão e é provida a uma série de cargas, como residências, empresas, etc.

[003] Periodicamente, ocorrem faltas na rede de distribuição como um resultado de várias coisas, como animais tocando as linhas, quedas de raios, galhos de árvores caindo nas linhas, colisões de veículos com postes, etc. As faltas podem criar um curto-circuito que aumenta a carga na rede, o que pode fazer com que o fluxo de corrente da subestação aumente significativamente, por exemplo, várias vezes acima da corrente normal, ao longo do caminho de falta. Esta quantidade de corrente faz com que as linhas elétricas aqueçam significativamente e possivelmente derretam, e também pode causar danos mecânicos a vários componentes na subestação e na rede.

[004] As redes de distribuição de energia do tipo mencionado acima normalmente incluem vários dispositivos de comutação, disjuntores, religadores, interruptores, etc. que controlam o fluxo de energia em toda a rede. Um interruptor a vácuo é um comutador que tem aplicação específica para esses tipos de dispositivos. Um interruptor a vácuo emprega contatos opostos, um fixo e outro móvel, posicionados dentro de um recinto a vácuo. Quando o interruptor é aberto movendo o contato móvel para longe do contato fixo, o arco que é criado entre os contatos é rapidamente extinto pelo vácuo. Um escudo de vapor é provido ao redor dos contatos para conter o arco. Para certas aplicações, o interruptor a vácuo é encapsulado em um isolamento sólido.

[005] Esses tipos de interruptores a vácuo são algumas vezes empregados em dispositivos interruptores contra falta, como religadores monofásicos autoalimentados magneticamente atuados. Esses tipos de religadores atuados magneticamente no geral incluem um atuador do tipo solenoide tendo uma armadura que é movida por um enrolamento elétrico para abrir e fechar os contatos do interruptor a vácuo, onde a armadura e um estator proveem um caminho magnético para o fluxo produzido pelo enrolamento. O enrolamento é desenergizado depois que o atuador é movido para a posição aberta ou fechada, e ímãs permanentes são usados para manter a armadura contra uma superfície de travamento tanto na posição aberta quanto fechada. Os religadores deste tipo abrem automaticamente os contatos do interruptor a vácuo em resposta à detecção de corrente de falta e são frequentemente coordenados com outros religadores e disjuntores de modo que o primeiro religador a montante da falta seja o único que abre para limitar o número de cargas que não recebe energia. Quando o religador abre em resposta à detecção de uma falta, ele fechará logo em seguida para determinar se a falta permanece. Se a corrente de falta for detectada novamente, o religador abrirá automaticamente novamente e permanecerá aberto.

[006] Às vezes é desejável prover um dispositivo de atuação manual em conexão com um religador magneticamente atuado deste tipo para fechar e abrir manualmente os contatos do interruptor a vácuo quando não houver energia disponível para o religador para abrir e fechar eletricamente os contatos. Por exemplo, quando o religador é instalado pela primeira vez em um circuito ativo, como em um poste, em que o interruptor a vácuo está na posição aberta, mas a energia não está disponível porque os contatos estão abertos e não conseguem fechar eletricamente o interruptor a vácuo, é desejável, por fins de conveniência, poder fechar manualmente os contatos. Além disso, o dispositivo de atuação manual precisa ser configurado de modo que, se ocorrer uma falta no circuito, ou estiver presente no circuito quando o interruptor a vácuo for mecanicamente fechado, os contatos abrirão eletricamente de forma imediata, conforme descrito acima, sem que o dispositivo manual interfira com o operação elétrica do atuador. Além disso, pode haver ocorrências em que seja desejável abrir manualmente os contatos quando o interruptor a vácuo está em operação sem usar o atuador.

[007] Pode haver uma ocorrência em que os contatos de um interruptor a vácuo, disjuntor, religador ou outro tipo de comutador são soldados fechados devido à alta corrente de falta. Por exemplo, uma falta desconhecida pode estar na linha durante a operação de fechamento manual de um religador do tipo referido acima, em que o interruptor a vácuo é comutado para a alta corrente de falta, o que poderia causar a soldagem dos contatos. Se a solda não puder ser removida operando o atuador, então, um religador mais à montante precisará ser aberto para eliminar a falta.

SUMÁRIO

[008] A seguinte discussão descreve e relata um método para separar contatos soldados em um conjunto comutador atuado magneticamente que inclui prover múltiplos golpes de martelo do atuador aos contatos. O método inclui causar o fechamento dos contatos usando, por exemplo, um dispositivo de atuação manual e detectar uma condição de alta corrente que ocorre quando os contatos são fechados. O método inclui adicionalmente atuar eletricamente o atuador para abrir os contatos em resposta à detecção da condição de alta corrente e determinar que os contatos não abriram em resposta ao atuador sendo atuado, pois eles estão soldados juntos. O método também inclui atuar eletricamente o atuador para fechar os contatos quando for determinado que eles estão soldados juntos e novamente atuar eletricamente o atuador para abrir os contatos.

[009] Recursos adicionais da descrição se tornarão aparentes a partir da seguinte descrição e reivindicações anexas, tomadas em conjunto com as figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A figura 1 é uma vista lateral de uma porção interna de um conjunto comutador atuado magneticamente incluindo um interruptor a vácuo; e a figura 2 é um diagrama de tempo que mostra uma técnica para prover múltiplos golpes de martelo para separar contatos soldados no interruptor a vácuo mostrado na figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0011] A seguinte discussão das modalidades da descrição direcionada a um método para quebrar contatos soldados em um conjunto comutador atuado magneticamente incluindo um interruptor a vácuo que inclui o provimento de múltiplos golpes de martelo do atuador aos contatos é meramente exemplificativa por natureza e de forma alguma se destina a limitar a descrição ou suas aplicações ou usos. Por exemplo, a discussão no presente documento se refere ao método sendo aplicável a um interruptor a vácuo. No entanto, como será reconhecido por aqueles versados na técnica, o método terá aplicação para outros tipos de comutadores.

[0012] A figura 1 é uma vista lateral de um conjunto comutador operado por atuador de travamento magnético 10 incluindo um interruptor a vácuo 12, um solenoide ou atuador magnético 14 que abre e fecha eletricamente o interruptor a vácuo 12 e um dispositivo de atuação manual 16 que abre e fecha manualmente o interruptor a vácuo 12, em que um alojamento de isolamento externo do interruptor a vácuo 12 e um alojamento de proteção externo do atuador 14 e o dispositivo 16 foram removidos. O conjunto comutador 10 possui aplicação particular como um religador de falta monofásico autoalimentado magneticamente atuado para uso em redes de distribuição de energia de média tensão. O interruptor a vácuo 12 inclui um recinto 18 definindo uma câmara de vácuo 20, um terminal superior fixo 22 se estendendo através de uma extremidade de topo e para a câmara 20 e incluindo um contato 24 e um terminal inferior móvel 26 se estendendo através de uma extremidade inferior e para a câmara de vácuo 20 e incluindo um contato 28, em que um fole 30 permite que o terminal móvel 26 deslize sem afetar o vácuo na câmara 20. O interruptor a vácuo 12 é mostrado na posição fechada em que os contatos 24 e 288 estão em contato um com o outro.

[0013] O conjunto comutador 10 inclui adicionalmente uma haste de acionamento dielétrica 36 que se estende através de uma mola 38, em que uma extremidade da haste de acionamento 36 está conectada ao terminal inferior 26 e uma extremidade oposta da haste de acionamento 36 está conectada a uma armadura 40 no atuador 14. Quando o conjunto comutador 10 está em um estado aberto e o atuador 14 é comandado para fechar o interruptor a vácuo 12, o fluxo de corrente é provido em uma direção através de um enrolamento dividido 42 tendo uma metade de enrolamento superior 44 e uma metade de enrolamento inferior 46 definindo um espaço 48 entre as mesmas, em que um caminho magnético é provido pela armadura 40 e um estator em formato de E 52. Em resposta, a armadura 40 é puxada para cima, o que também move a haste 36 e o terminal inferior 26 para cima de modo que o contato 28 engate o contato 24, em que o movimento contínuo da armadura 40 para uma posição de trava fechada contra uma superfície de trava 50 comprime a mola 38 para aumentar a força do contato 26 contra o contato 24.

[0014] Quando a armadura 40 é travada fechada, o enrolamento 42 é desenergizado e um par de ímãs permanentes 54 e 56 posicionado no espaço 48 em lados opostos da armadura 40 mantém a armadura 40 na posição de trava fechada e a mola 38 sob compressão, em que o atuador 14 é mostrado na posição fechada na figura 1. Quando o conjunto comutador 10 está no estado fechado e o atuador 14 é comandado para abrir o interruptor a vácuo 12, o fluxo de corrente é provido na direção oposta através do enrolamento dividido 42 e a armadura 40 é puxada para baixo com ajuda da mola 38. A haste 36 e o terminal inferior 26 também se movem para baixo, de modo que o contato 28 desengate o contato 24, em que o movimento contínuo da armadura 40 prossegue para uma posição de trava aberta contra a superfície de trava 58. Os ímãs permanentes 54 e 56 também mantêm a armadura 40 na posição de trava aberta quando o enrolamento 42 é desenergizado. Nenhum detalhe do dispositivo 16 é mostrado, pois pode ser qualquer dispositivo mecânico adequado para os fins aqui discutidos.

[0015] A Figura 2 é um diagrama de tempo 60 em que o tempo está no eixo geométrico horizontal e na posição do atuador 14, especificamente a armadura 40, está no eixo geométrico vertical, em que a linha do gráfico 62 mostra a posição do atuador 14 entre uma posição aberta e um posição fechada ao longo do tempo. No ponto 64, o atuador 14 está na posição de trava aberta e uma operação de fechamento manual do atuador 14 é iniciada pelo dispositivo de atuação manual 16 para fechar o interruptor a vácuo 12, por exemplo, quando o conjunto comutador 10 é colocado em serviço pela primeira vez ou durante a manutenção subsequente, em que o movimento de fechamento da armadura 40 ocorre ao longo da porção de linha 66. Desconhecido para o operador que está fechando manualmente o interruptor a vácuo 12, a linha de alimentação está com falta e alta corrente de falta está presente. Quando o atuador 14 está na posição de trava fechada no ponto 68 e, assim, os contatos 24 e 28 do interruptor a vácuo 12 estão fechados, a corrente de falta é detectada pelo religador e um comando de abertura automática é dado ao atuador 14 no ponto 70 que energiza o enrolamento 42, e o atuador 14 começa a abrir no ponto 72, em que o movimento de abertura do atuador 14 é realizado ao longo da porção de linha 74. No entanto, a alta corrente de falta soldou os contatos 24 e 28 fechados, de modo que a atuação do atuador 14 pode não separar realmente os contatos 24 e 28. Esta tentativa de abertura dos contatos 24 e 28 quando eles são soldados fechados é conhecida na indústria como um golpe de martelo porque o atuador 14 provê pressão significativa para separar os contatos 24 e 28. A armadura 40 é capaz de se mover a alguma distância sem separação dos contatos 24 e 28 por causa da mola 38.

[0016] Se os contatos 24 e 28 forem soldados fechados e não se separarem pelo golpe de martelo, o atuador 14 é incapaz de continuar a abrir no ponto 76 e permanece em sua posição atual, conforme representado pela porção de linha 78. A alta corrente de falta ainda está ocorrendo e, portanto, a solda é detectada dessa corrente pelo religador no ponto 80. Quando a solda é detectada, o atuador 14 é automaticamente comandado fechado no ponto 84 ao energizar o enrolamento 42, em que o atuador 14 começa a fechar no ponto 86 e a armadura 40 se move para cima e continua sua operação de fechamento ao longo da porção de linha 88 até sua posição de trava fechada no ponto 90. Ao fechar o atuador 14, ele é reiniciado para outro golpe de martelo. Outro comando de abertura é dado ao atuador 14 no ponto 92 para iniciar um segundo golpe de martelo pelo atuador 14, em que o atuador 14 começa o movimento de abertura no ponto 94 e abre ao longo da porção de linha 96 para a posição de trava aberta no ponto 98. Ao prover múltiplos golpes de martelo aos contatos 24 e 28, a probabilidade de que a solda seja quebrada entre os contatos 24 e 26 é significativamente aumentada.

[0017] Nesta ilustração, o segundo golpe de martelo é bem-sucedido, e a armadura 40 se move para a posição de trava aberta ao longo da porção de linha 96 ao ponto 98, em que os contatos 24 e 28 são separados e não soldados. Se o segundo golpe de martelo não foi bem-sucedido, então ainda outra sequência de fechamento e abertura do atuador 14 pode ser iniciada para tentar um terceiro golpe de martelo para quebrar a solda da mesma maneira como discutido acima. Enquanto houver energia disponível para abrir e fechar o atuador 14, o religador continuará a tentar quebrar a solda desta maneira. Se nenhum dos golpes de martelo for bem-sucedido, então, finalmente, os dispositivos de proteção a montante entrarão em vigor e a corrente de falta será removida.

[0018] A discussão anterior descreve e relata modalidades meramente exemplificativas da presente descrição. Um versado na técnica identificará prontamente a partir de tal discussão e dos desenhos e reivindicações anexos, que várias mudanças, modificações e variações podem ser feitas nos mesmos, sem se afastar do espírito e escopo da descrição conforme definido nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Método para separar contatos soldados em um conjunto de interruptor (10), o método compreendendo: comandar um atuador (14) para fornecer um golpe de martelo para abrir os contatos (24, 28) de um interruptor; determinar que os contatos (24, 28) estão soldados e não abriram em resposta ao golpe do martelo ao detectar uma continuidade de fluxo de corrente através do interruptor; e comandar o atuador (14) para fornecer um segundo golpe de martelo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o golpe de martelo compreende primeiro comandar o atuador (14) para fechar os contatos no interruptor antes de comandar o atuador (14) para abrir os contatos (24, 28) no interruptor (10).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o golpe de martelo compreende acionar mecanicamente o atuador (14).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador (14) é atuado eletromagneticamente, e em que comandar os contatos (24, 28) para abrir inclui atuar eletromagneticamente o atuador (14).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que comandar o fechamento dos contatos inclui acionar eletricamente o atuador (14).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar que os contatos (24, 28) estão soldados e não abriram em resposta ao segundo golpe de martelo ao detectar uma continuidade do fluxo de corrente através do interruptor (10); e comandar o atuador (14) para fornecer um terceiro golpe de martelo.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o interruptor (10) é um religador de falta monofásico autoalimentado acionado magneticamente para uso em rede de distribuição de energia de média tensão.

8. Interruptor monofásico autoalimentado de interrupção de falta acionado magneticamente, para uso em uma rede de distribuição de energia de média tensão, o interruptor caracterizado pelo fato de que compreende: um interruptor (12) a vácuo tendo um contato fixo (24) e um contato móvel (28), o contato móvel (28) acoplado a um atuador eletromagnético operável (14) para acionar o contato móvel (28) de uma posição aberta para uma posição fechada e da posição fechada para a posição aberta; um sensor acoplado ao interruptor a vácuo (12), o sensor operável para fornecer um sinal indicativo de uma condição de falta; um controlador acoplado ao sensor e ao atuador eletromagnético (14), o controlador sendo configurado para fornecer um sinal de comando ao atuador eletromagnético (14) para mover o contato móvel (28) da posição aberta para a posição fechada e da posição fechada para a posição aberta; o controlador sendo configurado adicionalmente para, em resposta ao sinal indicativo de uma condição de falta, fornecer um comando ao atuador eletromagnético (14) para abrir o contato móvel (28) por meio de um golpe de martelo; o controlador sendo adicionalmente configurado para determinar que o contato fixo (24) e o contato móvel (28) estão soldados juntos após o golpe do martelo com base no sinal indicativo de uma condição de falta; e o controlador sendo configurado ainda em resposta ao contato fixo (24) e o contato móvel (28) sendo soldado em conjunto para comandar o atuador eletromagnético (14) para abrir o contato móvel (28) por meio de um segundo golpe de martelo.

9. Interruptor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controlador está configurado adicionalmente para determinar que o contato fixo (24) e o contato móvel (28) estão soldados juntos após o segundo golpe de martelo com base no sinal indicativo de uma condição de falta; e o controlador sendo configurado ainda em resposta ao contato fixo (24) e o contato móvel (28) sendo soldado em conjunto para comandar o atuador eletromagnético (14) para abrir o contato móvel (28) por meio de um terceiro golpe de martelo.