BR9900176B1 - cámara de extinção para um disjuntor com arco de expansão e rotatico de auto-extinção. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÂMARA DEEXTINÇÃO PARA UM DISJUNTOR COM ARCO DE EXPANSÃO E ROTA-TIVO DE AUTO-EXTINÇÃO".

A invenção refere-se a uma câmara de extinção para um dis-juntor de circuito de alta-tensão por um gás de alta intensidade dielétrica, eequipado com um dispositivo de extinção de arco por auto-expansão dogás, a câmara compreendendo:

um recinto construído de material isolante contendo um disposi-tivo de contato estacionário operando em conjunção com um contato móveldisposto na extremidade de um tubo condutor, que passa com ação desli-zante através de um dos painéis do recinto se deslocando entre uma posi-ção fechada e uma posição aberta dos contatos;

uma bobina eletromagnética para rotação do arco sobre a trilhade contato situada sobre a face frontal da bobina, a bobina sendo firme-mente afixada ao dispositivo de contato estacionário para formar um módulosobressaiiente sobre o painel oposto do recinto;

dispositivos para a câmara se comunicar com o volume externodo recinto quando auto-expansão do gás se processa após os contatos te-rem se separado;

- o dispositivo de contato estacionário sendo coaxialmente cir-cundado pela bobina cilíndrica, e compreendendo uma pluralidade de dedosde contato circunferentemente dispostos para confinar um espaço oco querecebe o contato móvel.

Nas câmaras de extinção conhecidas do tipo mencionado, apassagem da corrente nominal genericamente se verifica em um circuitoprincipal equipado com contatos principais estacionário e móvel que se se-param antes dos contatos formadores de arco se abrirem, e que se fechaapós os contatos formadores de arco terem se fechado. O circuito principalé formado por um circuito independente do circuito formador de arco e édisposto quer coaxialmente em torno da bobina quer deslocado lateralmentecom respeito ao circuito formador de arco (em particular descrito no docu-mento EP-A-768 692). A arquitetura complexa de uma câmara de extinçãodeste tipo do disjuntor não é apropriada para uma subestação que requerpequenas dimensões.

No disjuntor do documento US-A-4 431 886, a bobina é excitadapermanentemente pela corrente nominal quando os contatos estão fechados.

O objetivo da invenção é realizar uma câmara de extinçãoaperfeiçoada para um disjuntor de expansão por auto-extinção suscetível deser alojado em uma subestação compacta.

A câmara de extinção de acordo com a invenção é caracterizadapelo fato de cada dedo de contato compreender uma estrutura metálicacompósita tendo:

um corpo principal de cobre configurado como um setor cilíndri-co para fluxo da corrente permanente na posição fechada do contato móvel;

um eletrodo construído de material condutivo refratário soldadopor solda forte sobre a extremidade frontal do corpo para constituir um con-tato formador de arco estacionário disposto próximo à trilha de rotação doarco;

e um segmento construído de material ferromagnético soldadopor solda forte sobre a periferia do eletrodo e de uma parte do corpo, osegmento sendo localizado no interior da bobina para obter guiamento idealdo arco sobre a trilha.

A operação combinada da estrutura compósita do dispositivo decontato estacionário como contato principal e o contato formador de arco,nas dimensões internas da bobina habilita a obtenção de uma câmara ex-tintora muito compacta.

De acordo com uma concretização preferencial, o eletrodo éconstruído de uma base de liga de cupro-tungstênio e o segmento é cons-truído de aço. O eletrodo e o segmento de cada dedo de contato são sepa-rados da trilha de contato por um intervalo axial de pequena espessura, ha-bilitando comutação do arco para excitação da bobina quando o contatomóvel separa-se do eletrodo. Cada dedo de contato é munido de uma bordatraseira montada com entrefechamento sobre uma parte centradora de umpino condutor de corrente.

De acordo com um aspecto característico da invenção, a bobinaé conectada com o pino por braços de suporte em cobre formando espaça-dores separados dos dedos de contato por áreas terminais isolantes. Umamola na forma de uma lâmina curva é inserida entre cada área terminal iso-lante e o correspondente dedo de contato.

Demais vantagens e aspectos característicos se evidenciarãomais claramente da descrição que se segue de uma concretização da in-venção fornecida meramente a título de um exemplo não-limitativo e repre-sentada nos desenhos apensos, nos quais:

A figura 1 é uma vista em seção transversal da câmara extintorade acordo com a invenção, representada na posição fechada dos contatos;

A figura 2 é uma vista idêntica à figura 1, respectivamentequando a separação dos contatos ocorre (linhas descontínuas) e na posiçãoaberta (linhas em negrito);

A figura 3 é uma vista em perspectiva do módulo de bobina econtato estacionário previamente armado;

A figura 4 mostra uma vista em elevação da figura 3;

A figura 5 é uma vista em seção transversal ao longo da linha 5-5 da figura 4;

A figura 6 mostra uma vista em perspectiva de um dedo decontato elementar do dispositivo de contato estacionário;

A figura 7 é uma vista superior de um dedo de contato;

A figura 8 mostra uma vista em seção transversal tomada aolongo da linha 8-8 da figura 7;

A figura 9 é uma vista em seção transversal tomada ao longo dalinha 9-9 da figura 7.

Nas figuras 1 e 2, uma câmara de extinção 10 para um polo deum disjuntor de alta-tensão do tipo de expansão por auto-extinção compre-ende um recinto 12 construído de material isolante e carregado com um gásde alta intensidade dielétrica, notadamente hexafluoreto de enxofre, SF6. Ovolume interno da câmara de extinção 10 contém um contato móvel tubular14 operando em conjunção com um dispositivo de contato estacionário 16associado com uma bobina eletromagnética 18 para a rotação do arco. Ocontato móvel 14 é localizado na extremidade de um tubo alongado 20construído de material condutivo, que é suscetível de deslizar apertada-mente através de um dos painéis 22 do recinto isolante 12. A extremidadeexterna do tubo 20 é acoplada com um mecanismo de operação (não-mostrado) projetado para deslocar o contato móvel 14 entre uma posiçãofechada (figura 1) e uma posição aberta (figura 2).

O dispositivo de contato estacionário 16 é estendido por umpino condutor 24 cilindriforme passando através do painel oposto 26 na di-reção longitudinal do recinto 12, e conectado com o exterior pela tira de co-nexão 28 do pólo. O tubo oco 20 habilita a câmara extintora 10 a comunicar-se com o volume externo do recinto 12 assim que os contatos 14, 16 se se-param para habilitar a auto-expansão do gás.

O recinto isolante 12 é formado pela justaposição de duasmeias-conchas 12A, 12B cada uma produzida pela moldagem de uma resi-na polimérica dotada de boa resistência mecânica e resistência térmica.

Com referência às figuras 3 a 5, a bobina eletromagnética 18usada para extinguir o arco compreende um empilhamento axial de espirascondutivas de cobre 18A contíguas entre si e eletricamente conectadas emsérie por intermédio de parafusos de fixação 30 com partes intercaladasinterpostas 18B produzidas de material isolante. Aface frontal 31 da bobina18 é munida de uma trilha de migração de arco 32, a trilha 32 de formaanular tendo um diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro docontato móvel 14. A espira traseira 33 oposta à face frontal 31 é conectadacom o pino condutivo 24 por braços de suporte 34 constituindo espaçadoresem cobre, que são separados do dispositivo de contato estacionário interno16 por áreas terminais isolantes 36. Duas arruelas de aço 38, 40 são fixa-das por parafusos 30 à face posterior da bobina 18, com arruelas isolantesinterpostas 41.

O dispositivo de contato estacionário 16 do disjuntor de expan-são por auto-extinção compreende três dedos de contato 42 na forma desetores circulares, circunferentemente dispostos para formar um contato ococilíndrico. O diâmetro interno deste contato oco corresponde apreciavel-mente ao diâmetro externo do contato móvel 14, de modo a permitir desli-zamento telescópico, respectivamente ao início do curso de abertura e aotérmino do curso de fechamento do contato móvel 14.

Cada dedo de contato 42 tem com ele associada uma mola 44na forma de uma lâmina curvada, cuja face convexa exerce pressão sobre aárea terminal isolante do correspondente braço de suporte 34. A centragemdos três dedos de contato 42 com respeito ao eixo geométrico longitudinaldo dispositivo de contato estacionário 16 é realizada por intermédio dearestas 46 previstas na traseira dos dedos de contato 42 e montadas comtravamento sobre um rebordo centrador 48 do pino 24.

A bobina 18 circunda o dispositivo de contato estacionário 16coaxialmente com uma pequena folga anular, o conjunto pré-armado for-mando um módulo sobressaliente fixado ao painel 26 por intermédio de umaporca 50 acessível a partir do exterior do recinto 12.

A estrutura do dispositivo de contato estacionário 16 no interiorda bobina 18 é prevista para conferir à mesma uma função dupla de contatoprincipal estacionário para fluxo da corrente permanente e de contato for-mador de arco estacionário na fase de separação e comutação de correntena bobina 18. Nas figuras 6 a 9, cada dedo de contato 42 é produzido deuma estrutura metálica compósita formada por diferentes materiais reunidospor solda forte. O corpo principal 52 do dedo de contato 42 é produzido decobre e é configurado como um setor cilíndrico para fluxo de corrente per-manente quando o contato móvel 14 está na posição fechada. Um eletrodode cupro-tungstênio 54 é soldado por solda forte sobre a parte traseira docorpo 52 situada oposta à aresta de travamento 46. Este eletrodo 54 de-sempenha a função de contato formador de arco estacionário para proteçãodo dispositivo de contato estacionário 16 contra os efeitos do arco.

A parte cilíndrica interna do corpo 52 é conectada com o ele-trodo 54 por uma parte intermediária curva 56 facilitando a inserção docontato móvel 14 na fase de fechamento do disjuntor. Um segmento 58construído de aço ou de outro material ferromagnético é soldado por soldaforte sobre a periferia do eletrodo 54 do corpo 52 para efetuar o guiamentodo arco e boa distribuição do campo magnético gerado pela bobina 18quando o arco é comutado sobre a trilha 32. A extensão axial do segmento58 é maior que aquela do eletrodo 54 e se estende para a vizinhança daparte cilíndrica do corpo 52.

A operação da câmara de extinção 10 de acordo com a inven-ção é a seguinte: Na posição fechada (figura 1), o contato móvel 14 é inse-rido no dispositivo de contato estacionário 16 e está em relação de engatecom o corpo de cobre 52 para fluxo da corrente permanente, que pode teruma intensidade nominal de 630 Ampères. A pressão de contato é exercidapelas molas 44 sobre os dedos de contato 42, e a bobina 18 está fora deoperação, uma vez que a totalidade da corrente está passando através dopino 24, os dedos de contato 42, e o contato móvel 14 do tubo 20. As forçasde constrição habilitam um efeito de compensação a ser obtido sobre oscontatos para manter os mesmos fechados.

Caso ocorra uma corrente de curto-circuito, o mecanismo deoperação leva o tubo 20 a deslizar para cima e o contato móvel 14 a serretraído na direção do eletrodo 54. Um arco se forma assim que o contatomóvel 14 se separa do eletrodo 54, que é separado da trilha 32 por umapequena folga axial. A migração do arco sobre a trilha 32 então leva a cor-rente a passar na bobina 18 e braços de suporte 34, com a formação de umcampo magnético causando a rotação à alta velocidade do arco em torno datrilha 32. Inexiste então qualquer corrente de passagem nos dedos de con-tato 42.

A elevação de temperatura do arco ocasiona um aumento depressão do gás de SF6 no interior do recinto 12 sucedido por um fluxo degás através do tubo 20 para o volume de expansão do tanque (não-representado). A extinção do arco se verifica assim que o arco é suficiente-mente resfriado pelo fluxo de gás (figura 2).

A operação combinada do dispositivo de contato estacionário 16como contato principal e contato formador de arco, dentro das dimensõesinternas da bobina 18, habilita a obtenção de uma câmara de extinção muitocompacta a um baixo custo de fabricação.

Claims (9)

1. Câmara de extinção para um disjuntor de alta-tensão isoladopor um gás de alta intensidade dielétrica, e equipado com um dispositivoextintor de arco por auto-expansão do gás, a câmara compreendendo:- um recinto (12) construído de material isolante contendo umdispositivo de contato estacionário (16) operando em conjunção com umcontato móvel (14) disposto na extremidade de um tubo condutivo (20), quepassa com ação deslizante através de um dos painéis (22) do recinto (12)se deslocando entre uma posição fechada e uma posição aberta dos contatos;uma bobina eletromagnética (18) para rotação do arco sobre atrilha de contato (32) situada sobre a face frontal da bobina (18), a bobinasendo afixada firmemente ao dispositivo de contato estacionário (16) paraformar um módulo sobressaiiente sobre o painel oposto (26) do recinto (12);- dispositivos para a câmara (10) comunicar-se com o volumeexterno do recinto (12) quando a auto-expansão do gás se verifica após oscontatos terem se separado;o dispositivo de contato estacionário (16) sendo coaxialmentecircundado pela bobina cilíndrica (18), e compreendendo uma pluralidadede dedos de contato (42) circunferentemente dispostos para confinar umespaço oco recebendo o contato móvel (14);caracterizada pelo fato de cada dedo de contato (42) do dispositivo de con-tato estacionário (16) compreender uma estrutura metálica compósita tendo:um corpo principal de cobre (52) configurado como um setorcilíndrico para fluxo da corrente permanente na posição fechada do contatomóvel (14);um eletrodo (54) construído de material condutivo refratário,soldado por solda forte sobre a extremidade dianteira do corpo (52) paraconstituir um contato formador de arco estacionário disposto próximo à trilhade rotação de arco (32);e um segmento (58) construído de material ferromagnético soldado por solda forte sobre a periferia do eletrodo (54) e de uma parte docorpo (52), o segmento sendo localizado no interior da bobina (18) paraobter um guiamento ideal do arco sobre a trilha (32).

2. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 1, carac-terizada pelo fato do eletrodo (54) ser construído de uma base de liga decupro-tungstênio.

3. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato do segmento (58) ser construído de aço.

4. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 1, carac-terizada pelo fato do eletrodo (54) e do segmento (58) de cada dedo decontato (42) serem separados da trilha de contato (32) por um intervalo axialde pequena espessura, habilitando a comutação do arco para excitação dabobina (18) quando o contato móvel (14) separa-se do eletrodo (54).

5. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 1, carac-terizada pelo fato de cada dedo de contato (42) ser munido de uma arestatraseira (46) montada com travamento sobre uma parte centradora (48) deum pino condutor de corrente (24).

6. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 5, carac-terizada pelo fato da bobina (18) ser conectada com o pino (24) por braçosde suporte em cobre (34) formando espaçadores separados dos dedos decontato (42) por áreas terminais isolantes (36).

7. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 6, carac-terizada pelo fato de uma mola (44) na forma de uma lâmina curvada serinserida entre cada área terminal isolante (36) e o correspondente dedo decontato (42).

8. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 6, carac-terizada pelo fato da bobina (18) ser formada pelo empilhamento axial deespiras condutivas (18A) mutuamente isoladas por partes intercaladas iso-lantes (18B), e da face traseira da bobina (18) oposta à trilha (32) ser equi-pada com arruelas de aço (38,40), o conjunto sendo fixado por parafusosfixadores (30).

9. Câmara de extinção de acordo com a reivindicação 1, carac-terizada pelo fato dos dispositivos de comunicação serem formados pelotubo oco (20) sobre o contato móvel (14).