BR112022007371B1

BR112022007371B1 - Conjunto de chaves, e, interruptor a vácuo referência cruzada a pedido relacionado

Info

Publication number: BR112022007371B1
Application number: BR112022007371-2A
Authority: BR
Inventors: Jim Barker; Michael Maroney; Keith Benson; Nicholas Seng; Jason Bogusz; Bethany McDearmon; Alireza TAJFAR; Alejandro Montenegro
Original assignee: S&C Electric Company
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2023-03-14
Also published as: CO2022004806A2; EP4026155A1; AU2020396537A1; EP4026155B1; AU2020396537B2; EP4026155A4; NZ787711A; BR112022007371A2; US20210175032A1; WO2021113253A1; CA3159774C; EP4026155C0; CA3159774A1; US11348747B2

Abstract

CONJUNTO DE CHAVES, E, INTERRUPTOR A VÁCUO. Um conjunto de chaves incluindo uma chave e um elemento de alta impedância usados para fins de captação de energia que estão conectados a uma linha de energia em uma extremidade e componentes eletrônicos de montagem em uma extremidade oposta, em que em uma modalidade não limitativa o conjunto de chaves tem aplicação particular para uso em conexão com um interruptor a vácuo. O elemento de alta impedância tem maior impedância do que a chave, de modo que a corrente flui através da chave a partir da linha de energia quando a chave está fechada e através do elemento de alta impedância a partir da linha de energia quando a chave está aberta, em que a energia do elemento de alta impedância pode alimentar um dispositivo de fechamento de chave, como um atuador por solenoide. O elemento de alta impedância pode ser um elemento resistivo, um elemento capacitivo ou uma combinação de um elemento resistivo e capacitivo.

Description

[001] Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido Provisório dos Estados Unidos N° 62/944.301, depositado em 5 de dezembro de 2019, cuja descrição é aqui expressamente incorporada por referência para todos os fins.

FUNDAMENTOS Campo

[002] A presente descrição se refere, no geral, a um conjunto de chaves incluindo um elemento de alta impedância que é usado para captar de energia.

Discussão da Técnica Relacionada

[003] 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 conectado a linhas de transmissão de alta tensão que fornecem energia elétrica a uma série de subestações normalmente localizadas dentro de uma comunidade, em que a tensão é reduzida para uma tensão média para distribuição. As subestações proveem energia de média tensão para vários alimentadores trifásicos que incluem três linhas de alimentadores monofásicos que transportam a mesma corrente, mas estão separados em fase de 120°. Várias linhas laterais trifásicas e monofásicas são derivadas do alimentador que proveem a média tensão para vários transformadores de distribuição, em que a tensão é reduzida para uma baixa tensão e é provida a várias cargas, tais como residências, estabelecimentos comerciais, etc.

[004] As redes de distribuição de energia do tipo mencionado acimanormalmente incluem vários dispositivos de comutação, disjuntores, religadores, interruptores, etc. que controlam o fluxo de energia em toda a rede. Um interruptor a vácuo é uma chave 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 normalmente provido ao redor dos contatos para conter o arco. Para certas aplicações, o interruptor a vácuo é encapsulado em um alojamento de isolamento sólido que possui uma superfície externa aterrada.

[005] Esses tipos de interruptores a vácuo às vezes são empregados em religadores monofásicos e autoalimentados magneticamente acionados, como chaves religadoras de falha. Esses tipos de religadores acionados magneticamente normalmente empregam mecanismos de mola ou atuadores por solenoide que abrem e fecham os contatos do interruptor. Para um tipo de atuador por solenoide, é provida uma armação que é movida por uma bobina de abertura para abrir o interruptor a vácuo e uma bobina de fechamento para fechar o interruptor a vácuo, em que a armação e um estator proveem um caminho magnético para o fluxo produzido pelas bobinas. As bobinas são desenergizadas depois que o atuador é movido para a posição aberta ou fechada, e ímãs permanentes são usados para manter a armação contra uma superfície de travamento na posição aberta e fechada.

[006] Vários dispositivos e técnicas são conhecidos na técnica para captação de energia que proveem a autoalimentação nesses tipos de dispositivos. Essas técnicas, no geral, podem ser separadas em duas categorias, a saber, dispositivos de configuração em série ou transformadores de corrente que estão em série elétrica com a linha de energia e são flutuantes em relação à terra e dispositivos de configuração em derivação ou transformadores de potência que estão conectados à linha de energia e terra.No entanto, ambos os tipos de dispositivos têm tamanho e peso significativos para prover a potência necessária para acionar os contatos do interruptor a vácuo. Por exemplo, os transformadores de corrente são normalmente grandes e volumosos porque o núcleo precisa ser grande o suficiente para prover energia suficiente para operar o solenoide para abrir a chave em níveis baixos de corrente. Os transformadores de potência são normalmente grandes e volumosos devido à necessidade de serem isolados eletricamente. É desejável reduzir o tamanho e o peso desses tipos de chaves por várias razões, como reduzir o custo e aumentar a complexidade da instalação, podendo instalar e remover as chaves do poste em que estão montadas usando uma vara de manobra.

SUMÁRIO

[007] A seguinte discussão descreve e relata um conjunto de chaves incluindo uma chave e um elemento de alta impedância usados para fins de captação de energia que estão conectados a uma linha de energia em uma extremidade e componentes eletrônicos de montagem em uma extremidade oposta, em que em uma modalidade não limitativa o conjunto de chaves tem aplicação particular para uso em conexão com um interruptor a vácuo. O elemento de alta impedância tem maior impedância do que a chave, de modo que a corrente flui através da chave a partir da linha de energia quando a chave está fechada e através do elemento de alta impedância a partir da linha de energia quando a chave está aberta, em que a energia do elemento de alta impedância pode alimentar um dispositivo de fechamento de chave, como um atuador por solenoide. O elemento de alta impedância pode ser um elemento resistivo, um elemento capacitivo ou uma combinação de um elemento resistivo e capacitivo.

[008] Características adicionais da descrição se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição e reivindicações anexas, tomadas em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A figura 1 é uma vista isométrica de um conjunto de chaves conectado a um isolador montado em poste e incluindo um interruptor a vácuo; a figura 2 é um diagrama esquemático de um circuito de chave incluindo um elemento de alta impedância eletricamente acoplado a uma linha de energia e componentes eletrônicos; a figura 3 é uma vista isométrica de uma porção interna de um conjunto de interruptores a vácuo que podem ser usados no conjunto de chaves mostrado na figura 1 ilustrando um elemento resistivo enrolado ao redor de uma garrafa isoladora; e a figura 4 é uma vista parcial cortada de uma porção interna de um conjunto de interruptores a vácuo que podem ser usados no conjunto de chaves mostrado na figura 1 ilustrando um elemento capacitivo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0010] A seguinte discussão das modalidades da descrição direcionada a um conjunto de chaves, incluindo uma chave e um elemento de alta impedância usados para fins de captação de energia que estão conectados a uma linha de energia em uma extremidade e componentes eletrônicos de montagem em uma extremidade oposta, é meramente exemplificativa por natureza, e não tem a intenção de limitar a descrição ou suas aplicações ou usos. Por exemplo, a discussão aqui se refere ao conjunto de chaves como sendo parte de uma chave religadora de falha tendo um interruptor a vácuo. No entanto, como será reconhecido por aqueles versados na técnica, o conjunto de chaves poderá ter outras aplicações.

[0011] A figura 1 é uma vista isométrica de um conjunto de chaves montado em poste 10 incluindo um religador monofásico acionado magneticamente autoalimentado 12 acoplado a um conjunto de montagem 14 em uma extremidade e uma dobradiça de montagem 16 em uma extremidade oposta. O conjunto de montagem 14 é fixado a uma extremidade de um isolador 18 que tem saias 20 e a dobradiça de montagem 16 é fixada a uma extremidade oposta do isolador 18, em que o isolador 18 é montado em um suporte 22 por um parafuso 24 e pode ser fixado a um poste público (não mostrado). A dobradiça de montagem 16 inclui uma presilha de canal 28 que recebe uma haste de munhão 30 acoplada ao religador 12 e que é acoplada eletricamente a um contato inferior da unidade (não mostrado). O conjunto de montagem 14 inclui um contato superior de montagem 32, uma aba de extensão 34 e uma mola 36 posicionada entre o contato 32 e a aba 34. O conjunto de montagem 14 também inclui uma aba de suporte 38 aparafusada à aba de extensão 34 por um parafuso 40 e um par de braços de montagem 42 acoplados e que se estende a partir da aba de suporte 38 oposta à aba de extensão 34. Um membro de anel de tração guia 44 é acoplado a uma parte superior do religador 12 e permite que um trabalhador instale e remova mais facilmente o religador 12 do poste usando, por exemplo, uma vara de manobra. Embora o religador 12 seja mostrado e descrito neste documento como sendo montado em um poste, observa-se que isto é a título de um exemplo não limitativo em que o religador 12 pode ter aplicação para outros locais em um rede de energia de média tensão, como em um comutador de subsuperfície ou base de montagem.

[0012] O religador 12 inclui um interruptor a vácuo 50 que tem um alojamento de isolamento externo 52 que envolve uma chave do interruptor a vácuo (não mostrado) do tipo referido acima, em que o interruptor a vácuo 50 pode ser qualquer interruptor a vácuo conhecido na técnica para usos em média tensão que é adequado para os propósitos aqui discutidos. Mais particularmente, o interruptor a vácuo 50 define uma câmara a vácuo que envolve um contato fixo (não mostrado) que é eletricamente acoplado a um contato superior da unidade 54 e um contato móvel (não mostrado) que é eletricamente acoplado a um contato inferior da unidade, em que os contatos fixo e móvel entram em contato um com o outro dentro da câmara a vácuo quando o interruptor a vácuo 50 é fechado. Quando o interruptor a vácuo 50 é aberto movendo o contato móvel para longe do contato fixo, o arco que é criado entre os contatos é rapidamente extinto pelo vácuo. O religador 12 também inclui um recinto 56 que encerra um atuador por solenoide ou outro dispositivo que abre e fecha o interruptor a vácuo 50, vários componentes eletrônicos, dispositivos de captação de energia, sensores, dispositivos de comunicações, etc. consistentes com a discussão do presente documento.

[0013] Conforme discutido acima, as chaves do tipo do religador 12 incluem dispositivos de captação de energia que captam energia a partir da linha de energia que pode então ser usada para alimentar o atuador por solenoide dentro do recinto 56 para fechar o religador 12 e alimentar os vários componentes eletrônicos associados ao religador 12, em que esses dispositivos de captação de energia são, no geral, grandes e pesados. A presente invenção propõe o emprego de um elemento de alta impedância, como um resistor e/ou um capacitor, que é conectado à linha de energia em uma extremidade e aos componentes eletrônicos do interruptor a vácuo em uma extremidade oposta, que possuem um potencial de referência igual ao do eletrodo móvel no interruptor a vácuo 50. A corrente flui através do interruptor a vácuo de impedância inferior 50 quando está fechado e não através do elemento, mas flui através do elemento quando o interruptor a vácuo 50 está aberto. Este caminho de alta impedância funciona como uma fonte de corrente a partir da qual os componentes eletrônicos podem captar energia.

[0014] A figura 2 é um diagrama esquemático de um circuito de chave 60 incluindo uma chave 62 que representa a chave no interruptor a vácuo 50 que é acoplada eletricamente à linha 64 que representa a linha de energia, um transformador de corrente 66 que provê energia a uma caixa de componentes eletrônicos 70 quando a chave 62 está fechada e um elemento de alta impedância 68, tal como um elemento resistivo, um elemento capacitivo ou uma combinação de um elemento resistivo e capacitivo, que provê energia à caixa de componentes eletrônicos 70 quando a chave 62 está aberta. A caixa de componentes eletrônicos 70 inclui, entre outras coisas, um atuador por solenoide 72 ou outro dispositivo de fechamento de chave adequado, sensores de tensão e corrente 74, um processador 76, um dispositivo de comunicações 78 e um dispositivo de armazenamento de energia 80, como um banco de capacitores. Quando a chave 62 está fechada, a alta impedância do elemento 68 impede o fluxo de corrente através dele e a corrente flui através da chave 62 para o transformador de corrente 66 para prover energia à caixa de componentes eletrônicos 70, em que o transformador de corrente 66 é pequeno porque apenas alimenta os componentes eletrônicos e uma pequena quantidade de energia para abrir a chave 62. Quando a chave 62 está aberta, a corrente da linha 64 flui através do elemento 68 e provê energia para operar os componentes eletrônicos na caixa 70 e operar o atuador por solenoide 72 para fechar a chave 62 na linha 82.

[0015] A figura 3 é uma vista lateral de um interruptor a vácuo 90 que pode substituir o interruptor a vácuo 50 que ilustra uma modalidade de exemplo não limitativa em que o elemento de alta impedância 68 é um resistor. O interruptor a vácuo 90 inclui um alojamento externo 92 operando como uma garrafa isoladora incluindo uma porção central isolante 94, tal como um tubo cerâmico, uma tampa de extremidade condutora 96 em uma extremidade da porção central 94 e uma tampa de extremidade condutora 98 em uma extremidade oposta da porção central 94. Um eletrodo fixo 100 é acoplado eletricamente e se estende através da tampa de extremidade 96 e para dentro do alojamento 92 e um eletrodo móvel 102 se estende para dentro do alojamento 92 através da tampa de extremidade 98. Um elemento resistivo em espiral 104 incluindo enrolamentos 106 é enrolado ao redor da porção central 94 e tem uma extremidade acoplada eletricamente à tampa de extremidade 96 de modo que seja acoplada eletricamente à linha de energia através do eletrodo 100 e uma outra extremidade eletricamente separada da tampa de extremidade 98, e incluindo uma aba (não mostrada) para ser acoplada eletricamente à caixa de componentes eletrônicos 70. Embora o elemento 104 seja em formato de espiral neste exemplo, ele pode ter outros formatos em outras modalidades. O elemento resistivo 104 é projetado especificamente para ter a impedância desejada para a aplicação específica na rede elétrica e os níveis de potência previstos. Por exemplo, o elemento 104 pode ser feito de qualquer material adequado, tal como uma tinta condutora, o número de enrolamentos 106 pode ser selecionado adequadamente para uma impedância desejada, a espessura dos enrolamentos 106 pode ser selecionada adequadamente para a impedância desejada, etc. O elemento 104 também pode ser projetado para classificar estrategicamente o campo elétrico ao redor do interruptor a vácuo 50.

[0016] A figura 4 é uma vista parcial em corte transversal de um interruptor a vácuo 110 do tipo discutido acima, ilustrando uma modalidade de exemplo não limitativa em que o elemento de alta impedância 68 é um capacitor. O interruptor a vácuo 110 inclui um alojamento externo cilíndrico 112 definindo uma câmara a vácuo 114 no mesmo e incluindo uma tampa de extremidade condutora 116, em que o alojamento 112 é envolto em um meio isolante 118. Um contato fixo 120 é acoplado eletricamente à tampa de extremidade 116 e se estende para dentro da câmara 114 e um contato móvel 122 se estende para dentro da câmara 114 a partir de uma extremidade oposta do alojamento 112. Um elemento capacitivo 124 é formado no meio 118 que provê o elemento de alta impedância e inclui uma série de placas espaçadas, em que as placas alternadas 126 são acopladas eletricamente à tampa de extremidade 116 e as placas alternadas 128 são acopladas eletricamente a uma aba 130 que será acoplada à caixa de componentes eletrônicos 70, em que a aba 130 é mantida a uma tensão de apenas 10s ou 100s volts acima dopotencial do contato móvel 122.

[0017] A discussão anterior descreve e relata modalidades meramente exemplificativas da presente descrição. Um versado na técnica reconhecerá 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 como definido nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Conjunto de chaves (60), caracterizado pelo fato de que compreende: uma chave acoplada eletricamente em uma extremidade a uma linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos; e um elemento de alta impedância (68) acoplado em uma extremidade à linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos, o elemento de alta impedância (68) tendo impedância mais alta que a chave (62) de modo que a corrente flua através da chave (62) a partir da linha de energia quando a chave (62) estiver fechada e através do elemento de alta impedância (68) a partir da linha de energia quando a chave (62) estiver aberta; e em que, o conjunto de chaves (64) inclui um interruptor a vácuo (90) tendo uma câmara de vácuo definida por um alojamento de vácuo (92), e o elemento de alta impedância (104) está disposto sobre uma superfície do alojamento de vácuo (92).

2. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância (68) é um elemento resistivo (104).

3. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância (68) é um elemento capacitivo (124).

4. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância (68) é uma combinação de um elemento resistivo (104) e capacitivo (124).

5. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância (68) é um elemento resistivo em espiral (106) enrolado ao redor da superfície (92).

6. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento resistivo (104) é uma tinta condutora impressa na superfície.

7. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância (60) inclui um elemento resistivo (104) disposto na superfície e um elemento capacitivo (124) formado em uma porção de meio de isolamento do alojamento de vácuo (112).

8. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dos componentes eletrônicos (70) é um dispositivo de fechamento de chave (72), sendo o dispositivo de fechamento de chave (72) alimentado através do elemento de alta impedância (68) para fechar a chave (62) quando estiver aberta.

9. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fechamento de chave (72) é um atuador por solenoide.

10. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (70) incluem sensores (74), processadores (76), dispositivos de comunicações (78) e dispositivos de armazenamento de energia (80).

11. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de chaves (60) é parte de um religador acionado magneticamente autoalimentado (12).

12. Interruptor a vácuo (90) para controlar o fluxo de energia em uma linha de energia, o interruptor a vácuo caracterizado pelo fato de que compreende: componentes eletrônicos (70) incluindo um dispositivo de fechamento de chave (72); uma chave (62) acoplada eletricamente em uma extremidade à linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos; um elemento resistivo (68) acoplado em uma extremidade à linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos, o elemento resistivo (68) tendo impedância mais alta que a chave (62) de modo que a corrente flua através da chave (62) a partir da linha de energia quando a chave estiver fechada e através do elemento resistivo (68) a partir da linha de energia quando a chave (62) estiver aberta, sendo o dispositivo de fechamento de chave (72) alimentado através do elemento resistivo (68) para fechar a chave (62) quando estiver aberta; e em que, o elemento resistivo (68) é um elemento resistivo em espiral (104) enrolado ao redor de um alojamento de vácuo (92).

13. Interruptor a vácuo (90) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o elemento resistivo (104) é uma tinta condutora.

14. Conjunto de chaves (60), caracterizado pelo fato de que compreende: uma chave acoplada eletricamente em uma extremidade a uma linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos; e um elemento de alta impedância (68) acoplado em uma extremidade à linha de energia (64) e em uma extremidade oposta aos componentes eletrônicos, o elemento de alta impedância (68) tendo impedância mais alta que a chave (62) de modo que a corrente flua através da chave (62) a partir da linha de energia quando a chave (62) estiver fechada e através do elemento de alta impedância (68) a partir da linha de energia quando a chave estiver aberta; e em que o conjunto de chaves (60) inclui um interruptor a vácuo (90) tendo uma câmara de vácuo definida por um alojamento de vácuo (92), e o elemento de alta impedância é um elemento resistivo em espiral (104) enrolado ao redor do alojamento de vácuo (92).

15. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento resistivo (104) é uma tinta condutora impressa na superfície do alojamento de vácuo (92).

16. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento de alta impedância inclui um elemento capacitivo (124) formado em uma porção de meio de isolamento do alojamento de vácuo.

17. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que um dos componentes eletrônicos é um dispositivo de fechamento de chave (72), sendo o dispositivo de fechamento de chave alimentado através do elemento de alta impedância (68) para fechar a chave (62) quando estiver aberta.

18. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fechamento de chave é um atuador por solenoide (72).

19. Conjunto de chaves (60) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o conjunto de chaves (60) é parte de um religador acionado magneticamente autoalimentado.