BRPI0309959B1 - dispositivo e método para fechamento rápido de um circuito elétrico de alta tensão, uso de um dispositivo e dispositivo de proteção de sobretensão - Google Patents

Abstract

"dispositivo e método para disparar um centelhador". a invenção refere-se a um dispositivo para fechar rapidamente um circuito elétrico de alta voltagem. o dispositivo compreende um centelhador (1), fornecido com um primeiro (2) e um segundo (3) eletrodo principal, e um dispositivo de disparo (10). o dispositivo de disparo compreende um centelhador auxiliar (4) fornecido com um primeiro (5) e um segundo (6) eletrodo auxiliar e é adaptado, onde necessário, para gerar um arco (a) no centelhador auxiliar (4) para inflamar um arco (a) no centelhador principal (1). de acordo com a invenção, cada eletrodo auxiliar (5, 6) é fornecido com um trilho guia (13, 14) projetado tal que o arco, por meio dos trilhos guia e sendo influenciado pelo campo magnético gerado, se move no centelhador principal (1). o comprimento dos trilhos guia é maior que a largura do centelhador auxiliar (4). os eletrodos auxiliares (5, 6) são dispostos tal que eles são protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal. os centelhadores são encerrados em um invólucro hermético. a invenção também se refere a um método e um uso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO E MÉTODO PARA FECHAMENTO RÁPIDO DE UM CIRCUITO ELÉTRICO DE ALTA TENSÃO, USO DE UM DISPOSITIVO E DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO".

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, a partir de um primeiro aspecto, a um dispositivo para fechamento rápido de um circuito elétrico de alta tensão. O dispositivo compreende um centelhador, fornecido com um primeiro e um segundo eletrodo, e um dispositivo de disparo. O dispositivo de disparo compreende um centelhador auxiliar fornecido com um primeiro e segundo eletrodos auxiliares e é adaptado, onde necessário, para gerar um arco no centelhador auxiliar para inflamar um arco no centelhador principal.

[002] A partir de um segundo aspecto, a invenção refere-se a um método para fechar rapidamente um circuito elétrico gerando um arco entre um primeiro e um segundo eletrodo principal de um centelhador principal com a ajuda de um dispositivo de disparo, em que, onde necessário, um arco é gerado entre um primeiro e um segundo eletrodo auxiliar em um centelhador auxiliar associado com o dispositivo de disparo, pelo qual um arco no centelhador principal se inflama com a ajuda do arco no centelhador auxiliar.

[003] A partir de um terceiro aspecto, a invenção refere-se a usos do dispositivo inventado, e a partir de um quarto aspecto da invenção refere-se a um dispositivo de proteção de sobretensão para um capacitor em série.

TÉCNICA ANTERIOR

[004] Centelhadores adaptados para gerar um arco entre os eletrodos, e com uma determinação de tempo cuidadosa, são utilizados, inter a//a, em laboratórios de alta tensão para disparar feixes de laser e como proteção para capacitores em série em linhas de energia elétri- ca. A presente invenção destina-se primeiramente a aplicações dentro do último campo, mas não é de modo algum limitado ao mesmo.

[005] Capacitores em série são usados em linhas de energia elétrica, originalmente para aumentar a capacidade de transmissão de uma linha de energia, tal capacitor em série compreende um banco de capacitores que é conectado à linha de energia e é atravessado pela corrente da linha de energia. A tensão através de tal capacitor em série se torna proporcional à corrente na linha de energia, e no caso de uma sobrecorrente na linha de energia, por exemplo, causada por um curto circuito na rede de energia, surge uma sobretensão através do capacitor em série. É previamente conhecido, com o propósito de proteger o capacitor de tais sobretensões, para conectar o capacitor em paralelo com um centelhador que é disparado de uma maneira adequada no caso de uma sobretensão através do capacitor. Desta maneira, a corrente de linha é desviada do capacitor, que desta maneira é protegido. Dispositivos de proteção conhecidos deste tipo são descritos, por exemplo, em US 4.625.254, US 4.652.963, US 4.703.385, US 4.860.156, US 5.325.259.

[006] US 4.625.254 descreve um dispositivo que compreende um resistor linear que é conectado em série a um varistor de óxido metálico dependente de tensão (MOV). Os elementos de resistor conectados em série são conectados em paralelo com o capacitor em série em uma rede de alta tensão para obter um circuito protetor de sobretensão para o capacitor em série. Adicionalmente, um centelhador é conectado em paralelo com os elementos de resistor conectados em série na eventualidade de sobrecarga dos mesmos. A tensão através do resistor linear dispara um dispositivo para inflamar o centelhador quando a tensão através do resistor linear excede uma tensão predeterminada. A resistência do resistor linear e do varistor é dimensionada de modo que a tensão predeterminada constitui a parte menor da ten- são através do capacitor.

[007] US 4.652.963 descreve um banco de capacitor em série para conexão a uma rede elétrica, pela qual o banco de capacitor é fornecido com equipamento para proteção de sobretensão, que tem duas ramificações conectadas em paralelo com o banco de capacitor. A primeira ramificação compreende um varistor de óxido de zinco em série com um resistor linear e a segunda ramificação compreende um varistor com uma curva de tensão maior que o primeiro varistor de óxido de zinco. A resistência do resistor linear é de preferência da mesma ordem de magnitude do valor absoluto da impedância do banco de capacitor a uma frequência correspondente àquela da rede.

[008] US 4.703.385 descreve um dispositivo de proteção de sobretensão para um capacitor em série em uma rede de alta tensão. Um resistor dependente de tensão composto de um número de MOVs é conectado em paralelo com o capacitor. Em paralelo com o resistor existe um elemento do centelhador, que consiste em dois centelhado-res conectados em série para derivar o resistor na eventualidade de sobrecarga no mesmo. A energia para disparar o elemento do centelhador é obtida de um capacitor extra que é carregado durante a operação e é suprida a um dos centelhadores por meio de um elemento de comutação. O elemento de comutação é controlado por um detector de sobretensão e um transformador de pulso. Um MOV é conectado em série com o enrolamento de alta tensão do transformador. O transformador é conectado de tal modo que o pulso de disparo é direcionado em oposição à tensão através do capacitor em série.

[009] US 4.860.156 descreve um dispositivo de proteção de sobretensão para capacitores em série com a ajuda do centelhadores. O dispositivo de proteção compreende um circuito de disparo para uma cadeia do centelhador de pelo menos dois centelhadores, um dos quais é fornecido com pelo menos um eletrodo de disparo. Uma ca- deia de resistores é conectada em paralelo com a cadeia do centelha-dor e compreende pelo menos dois grupos de resistores conectados em série. Aquele dos grupos de resistores que está conectado em paralelo com aquela dos centelhadores que possui um eletrodo de disparo inclui um resistor dependente de tensão composto de varistores de óxido de zinco que são conectados em série com o resistor linear. A tensão através do resistor linear é suprida ao eletrodo de disparo do centelhador para inflamar o centelhador quando esta tensão alcança um valor predeterminado.

[0010] Uma desvantagem de ignição convencional do arco no centelhador principal baseada em um centelhador auxiliar, isto é, onde o centelhador principal é disparado para se inflamar por meio de uma centelha gerada por um circuito de disparo, é que ela exige uma tensão muito alta através do centelhador principal. A razão para isto é que o modo de operação é baseado no centelhador auxiliar servindo substancialmente para ionizar o ar entre os eletrodos principais. A ioniza-ção facilita a formação de um arco entre estes; no entanto, assume que a tensão é suficiente para que uma descarga apareça. A tensão através do centelhador principal deve atingir pelo menos algumas dezenas de kV. Isto limita as possibilidades de aplicação. Adicionalmente, exige recondicionamento do centelhador mesmo depois de umas poucas descargas porque a corrosão causada pelo arco nos eletrodos resulta na distância dos eletrodos ser influenciada, que, no caso de tal tipo convencional de disparo do centelhador, influencia o nível de disparo, isto é, a que tensão através do centelhador principal que um arco é formado.

[0011] US 5.325.259 descreve um dispositivo de proteção de so-bretensão para um capacitor em série que tem um centelhador principal e um centelhador auxiliar, associada com o mesmo, para ignição do centelhador principal. Um segundo centelhador auxiliar está dispôs- to perto do primeiro centelhador auxiliar para ignição do mesmo. Os centelhadores auxiliares são conectados entre um dos eletrodos do centelhador principal e um divisor de tensão compreendendo resiStores e um varistor, Quando a curva de tensão do varístor é excedida, o segundo centelhador auxiliar se inflama, o arco da qual por sua vez se move para frente e inflama o centelhador principal. Durante o tempo de combustão do centelhador, ocorre uma descarga controlada do capa citor em série através de um resístor.

[0012] Durante o disparo, de acordo com US 5.325.259, a formação de arco no centelhador principal não é exclusiva mente dependente da ionização nos centelhadores. Os primeiro e segundo centelhado-res são dispostos de modo que um certo efeito de deslocamento de arco é obtido na ignição da segundo centelhador auxiliar pelo primeiro centelhador auxiliar e na ignição do centelhador principal pelo segundo centelhador auxiliar. Desta maneira, a tensão exigida para manter um arco através do centelhador principal é menor que em centelhadores convencionais. Isto reduz, até certo ponto, as desvantagens acima mencionadas associadas com a alta tensão exigida entre os eletrodos principais quando se usa a técnica convencional, No entanto, existe ainda uma necessidade de uma tensão rei ativa mente alta, embora moderada, entre os eletrodos principais.

[0013] Portanto, isto não elimina as desvantagens resultando do fato que o ar tem uma distância de centelhamento relativamente curta e portanto pode ser facilmente inflamado novamente. Adicional mente, existe um risco que o plasma formado no centelhador principal possa atingir os eletrodos auxiliares e danificá-los, [0014] O objetivo da presente invenção é eliminar as desvantagens associadas com a técnica anterior para inflamar um arco em um centelhador.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0015] A determinação de objetivo é obtida, de acordo com um primeiro aspecto da invenção, em que compreende os aspectos especiais que cada eletrodo auxiliar é fornecido com um trilho guia projetado de tal forma que o arco, por meio dos trilhos guia e sob a influência do campo magnético inerente gerado, se move no centelhador principal, cada um dos dois trilhos guia tendo um comprimento que é maior que a largura do centelhador auxiliar, que os eletrodos auxiliares são dispostos tal que são protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal e que um invólucro hermético encerra o centelhador principal e o centelhador auxiliar.

[0016] A geração do arco no centelhador principal é obtida com o dispositivo inventado em uma maneira que é diferente de modo fundamentalmente físico do que é obtido com a técnica convencional. Com a técnica convencional, o arco no centelhador principal é obtido por uma centelha de ignição a partir do centelhador auxiliar ionizando o ar entre os eletrodos principais de modo que uma descarga surge entre os mesmos, que pressupõe uma tensão muito alta entre os mesmos. Com o desenho especial do centelhador auxiliar de acordo com a invenção, a geração do arco no centelhador principal não é dependente de modo correspondente de tal ionização. Os trilhos guia resultam no arco no centelhador auxiliar, pelas forças magnéticas inerentes que surgiram em torno do arco, sendo levado a se mover com sucesso para dentro na direção do centelhador principal de modo que gradualmente o arco é estabelecido entre os eletrodos do centelhador principal.

[0017] Uma consequência muito séria desta diferença é que nenhuma tensão de polarização é necessária através do centelhador principal em adição à queda de tensão de arco e a queda de tensão de eletrodo. Pode, portanto, ser suficiente aqui com uma tensão da ordem de magnitude de 1 kV ou mesmo menor.

[0018] O fato de que nenhuma alta tensão é exigida através do centelhador principal acarreta vantagens consideráveis. A função do centelhador será relativamente insensível à variação de sua largura. Desta maneira, o centelhador não precisa ser recondicionado depois de uma descarga. O centelhador pode assim ser ativado centenas de vezes sem qualquer exigência para serviço intermediário. Adicionalmente, o centelhador pode ser usado para novas funções onde nenhuma tensão alta surge quando o centelhador deve ser ativado. Adicionalmente, o centelhador é insensível ao ambiente externo, tal como umidade, gelo, neve, sujeira e insetos. Desde que os eletrodos auxiliares estejam protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal, o risco que o arco no centelhador principal pode danificar os eletrodos auxiliares é evitado.

[0019] O invólucro hermético acarreta vantagens adicionais. Elimina o efeito do ambiente externo em uma extensão maior. A densidade de ar ou gás é mantida, o que fornece uma possibilidade de novo fechamento rápido da instalação que o centelhador objetiva proteger. Em adição, a abertura pode ser projetada compacta, isto é, com uma largura de abertura pequena.

[0020] Devido ao invólucro hermético, a pressão no mesmo pode ser ajustada. Isto significa que o dispositivo de acordo com a invenção pode ser projetado com uma distância uniforme entre os eletrodos principais para várias aplicações adaptando a pressão de gás para a aplicação respectiva.

[0021] De acordo com uma modalidade preferida do dispositivo inventado, os trilhos guia são substancialmente paralelos e direcionados para o primeiro eletrodo principal e possuem um comprimento que é várias vezes maior que a largura do centelhador auxiliar. O paralelismo e a direção estabelecidos acarretam condições favoráveis para iniciar o deslocamento do arco auxiliar e fazendo o arco ser estabele- cido entre os eletrodos principais. Nesta conexão, é também vantajoso para os trilhos guia ter um comprimento relativamente grande.

[0022] De acordo com outra modalidade preferida da invenção, os eletrodos auxiliares são protegidos da influência do plasma no cente-Ihador principal sendo dispostos em uma posição protegida com relação à centelhador. Com este projeto, a proteção dos eletrodos auxiliares é obtida de uma maneira muito simples utilizando o fato de que o campo de ação do plasma é limitado com respeito à distância e direção. Em muitas aplicações, isto pode ser suficiente para obter proteção dos eletrodos auxiliares.

[0023] De acordo com ainda outra modalidade preferida, esta posição é tal que o centelhador auxiliar está disposto adjacente ao segundo eletrodo principal e localizado um pouco deslocado do centelhador principal como visto na direção do centelhador principal. Tal posição combina em uma maneira ótima, as duas exigências contraditórias que os trilhos guia devem estar localizados tão perto do centelhador principal quanto possível e que os eletrodos auxiliares devem ser protegidos do efeito do plasma. Na posição estabelecida, uma posição de "sotavento" do plasma e das forças influenciando sua propagação é obtida.

[0024] Nesta aplicação, a direção para um centelhador significa a direção para uma linha que constitui a distância mais curta entre os eletrodos do centelhador.

[0025] De acordo com uma modalidade preferida adicional, um dispositivo de blindagem está disposto entre os trilhos guia e o centelhador principal. Isto é uma maneira alternativa e exemplar de proteger os eletrodos auxiliares do plasma. Pelo dispositivo de blindagem, os trilhos guia podem estar dispostos mais perto do centelhador principal que de outro modo. Isto é muito favorável quando ocorre a habilidade do arco auxiliar se mover sobre o centelhador principal.

[0026] De acordo com ainda outra modalidade preferida, quando o dispositivo de blindagem é usado ele é fornecido com uma abertura. Desta maneira, esta abertura permite o arco se mover na direção do centelhador principal de tal maneira que o dispositivo de blindagem constitui um obstáculo tão pequeno quanto possível.

[0027] De acordo com uma modalidade adicional, o centelhador principal é projetado para uma trajetória de arco móvel por meio do campo magnético inerente. Desta maneira, o arco é impedido de se conectar ponto a ponto com o eletrodo respectivo, pelo qual a exposição dos eletrodos à influência nociva do arco é distribuída e se torna menos nociva.

[0028] De acordo com ainda outra modalidade preferida, cada eletrodo principal é anular. Isto é uma maneira prática e apropriada de realizar uma trajetória de arco móvel, criando assim condições naturais, favoráveis para a mobilidade do arco.

[0029] De acordo com uma modalidade preferida adicional, um dos trilhos guia do dispositivo de disparo está disposto no mesmo potencial que o dito segundo eletrodo principal do centelhador principal. Isto torna possível, sem exigências para isolamento, dispor o dito trilho guia perto do segundo eletrodo principal. Isto ainda facilita fazer com que o arco da abertura de eletrodo auxiliar se mova e gere o arco na abertura de eletrodo principal.

[0030] De acordo com ainda outra modalidade preferida, o dispositivo compreende um dispositivo de contato mecânico conectado em paralelo com o centelhador principal. Isto permite que a corrente seja rapidamente desviada para a linha com o dispositivo de contato mecânico de modo a extinguir o arco. Usando a técnica convencional, isto pode ser realizado com um disjuntor que tem um tempo de fechamento rápido, por exemplo, 20 ms. Isto torna curta a duração de arco no centelhador principal, o que fornece uma possibilidade de novo fecha- mento muito rápido do centelhador principal.

[0031] De acordo ainda com outra modalidade preferida, o dispositivo de contato mecânico é encerrado em um invólucro hermético. Desta maneira, também este dispositivo está protegido do ambiente externo e é obtido um projeto compacto.

[0032] O dispositivo de contato mecânico pode se originar adequadamente de um projeto especial para encurtar adicionalmente a duração de arco no centelhador principal por uma operação de fechamento muito rápida, por exemplo de 5 ms. Isto fornece um crescimento de baixa energia no centelhador principal e permite um novo fechamento muito rápido do centelhador principal.

[0033] De acordo com uma modalidade preferida adicional, cada invólucro encerra um meio gasoso de sobre pressão.

[0034] A pressurização fornece uma alta resistência dielétrica bem como uma boa capacidade térmica e uma recuperação rápida do isolamento de tensão. Isto permite que a largura da abertura para o centelhador principal seja mantida menor de modo que a introdução do arco a partir do centelhador auxiliar prossiga mais rápida e, portanto, forneça uma ignição mais rápida de um arco contínuo no centelhador principal.

[0035] De acordo com ainda outra modalidade preferida, um circuito de acionamento elétrico é adaptado para gerar o arco no centelhador auxiliar. Neste circuito de acionamento, uma bobina para operar o dispositivo de contato mecânico é conectada em série. Conectando em série o disparo do arco no centelhador auxiliar e operando o dispositivo de contato mecânico, uma sincronização perfeita do mesmo é obtida.

[0036] De acordo ainda com outra modalidade preferida, o dispositivo é projetado como um dispositivo de proteção de alta tensão para um sistema elétrico e o dispositivo de disparo é adaptado para ser su- prido com energia direto da corrente de defeito da linha. Isto elimina a necessidade de um depósito de energia separado. Por causa de o disparo ser, desse modo, diretamente acionado pela corrente de defeito da linha, o arco de lado ao outro lado (arc through) do centelhador principal será mais rápido quanto maior for a amplitude da corrente de defeito.

[0037] De acordo com uma modalidade alternativa à modalidade imediatamente precedente, o dispositivo compreende um depósito de energia adaptado para ser suprido com energia da linha durante a operação normal da mesma. Tal solução pode ser apropriada em certas aplicações e significa que está disponível um volume bem definido de energia que está adaptado à energia necessária para disparar o centelhador auxiliar e, onde aplicável, à bobina para fechar o dispositivo de contato mecânico.

[0038] De acordo com outra modalidade preferida, o dispositivo de disparo é adaptado para ser suprido com energia da fonte de energia que seja independente da linha. Isto cria flexibilidade aumentada quanto a possíveis aplicações.

[0039] A partir do segundo aspecto, o objetivo é alcançado em que um método compreende as medidas especiais de que o arco no centelhador auxiliar, por meio de trilhos guia sob a influência de forças magnéticas inerentes, é levado a se mover no centelhador principal, em que os eletrodos auxiliares são protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal, e em que o centelhador principal e o centelhador auxiliar são encerrados em um invólucro hermético.

[0040] O método da invenção e as modalidades preferidas do mesmo acarretam vantagens de um tipo similar àquelas obtidos pelo dispositivo da invenção e as modalidades preferidas do mesmo, cujas vantagens foram descritas acima.

[0041] Os usos da invenção constituem aplicações do dispositivo da invenção, onde a utilização de suas vantagens é de grande valor.

[0042] O dispositivo de proteção de sobretensão da invenção para um capacitor em série exibe o aspecto de que é fornecido com um dispositivo de acordo com a invenção. Desde que o dispositivo da invenção seja de interesse especial como um componente em tal dispositivo de proteção de sobretensão» o dispositivo de proteção de sobretensão da invenção implica em que as vantagens do dispositivo da invenção sejam utilizadas em um campo onde estas vantagens são em grande parte usadas.

[0043] A invenção será descrita em maior detalhe na descrição detalhada seguinte de modalidades vantajosas da mesma com referência às figuras dos desenhos anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0044] A Figura 1 é uma ilustração do princípio da invenção.

[0045] A Figura 2 é uma seção através de um detalhe da Figura 1.

[0046] A Figura 3 é uma seção através de uma primeira modalida- de vantajosa de acordo com a invenção.

[0047] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um detalhe da Figura 4.

[0048] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade vantajosa de acordo com a invenção.

[0049] A Figura 6 é uma vista em perspectiva da modalidade da Figura 5 e fornecida com o invólucro.

[0050] A Figura 7 é uma seção através de um detalhe da Figura 6.

[0051] A Figura 8 é um diagrama de circuito para o circuito de dis- paro de acordo com uma modalidade da invenção.

[0052] A Figura 9 é um diagrama de circuito para um dispositivo de proteção de sobretensão utilizando um centelhador de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES VANTAJOSAS

[0053] A Figura 1 é uma ilustração esquemática do dispositivo de acordo com a invenção que pretende para explicar o princípio de como o dispositivo de disparo obtém um arco no centelhador principal.

[0054] Um primeiro 2 e um segundo 3 eletrodo principal formam entre eles um centelhador principal 1. Associado com o segundo eletrodo principal 3 está um dispositivo de disparo 10. O dispositivo de disparo compreende um primeiro 5 e um segundo 6 eletrodo auxiliar formando entre eles um centelhador auxiliar 4. Entre os eletrodos auxiliares 5 e 6, está disposto um pacote 11 de eletrodos intermediários. Os eletrodos auxiliares 5, 6 constituem parte de um circuito 7 onde o primeiro eletrodo auxiliar 5 é conectado, por meio de um contato de ligação normalmente aberto 9, a um lado do banco de capacitores 8 e o segundo eletrodo auxiliar 6 é conectado no outro lado do banco de capacitores 8.

[0055] Quando existe uma necessidade de gerar um arco no centelhador principal 1, o contato de ligação 9 é operado para fechar o circuito 7. A operação é iniciada por uma unidade de controle 12 influenciada por parâmetros que definem a dita necessidade. Quando o circuito 7 é fechado, o banco de capacitores 8 é descarregado entre os eletrodos auxiliares 5, 6, criando assim um arco no centelhador 4 entre estes eletrodos.

[0056] Cada eletrodo auxiliar 5, 6 é conectado a um trilho guia 13, 14. Os trilhos guia 13, 14 podem, na prática, consistir em uma extensão para cima do eletrodo auxiliar respectivo 5, 6. Quando um arco a é formado em um centelhador auxiliar 4, as forças magnéticas inerentes surgindo assim farão o arco se mover para fora entre os dois trilhos guia 13, 14. Isto faz o arco assumir sucessivamente um formato cada vez mais abaulado b, c, d, que para um grau crescente forma arcos e, f em uma direção ascendente para o primeiro eletrodo principal 2. Gradualmente, o arco se moverá e se unirá ao centelhador principal 1 e formará um arco A entre os eletrodos principais 2, 3. O processo descrito é, claro, uma idealização do processo atual. Na realidade, o arco auxiliar não segue estritamente as curvas desenhadas, especialmente não em seus últimos estágios e, f. Na realidade, um plasma é formado, a propagação do qual é em vez disto indeterminado e difícil de definir, mas que substancialmente se estende como indicado pelos arcos na figura.

[0057] Os eletrodos auxiliares 5, 6 e sua extensão nos trilhos guia 13, 14 são protegidos do efeito do plasma formado na abertura de eletrodo principal 1. Uma razão para isto é que são localizados um pouco ocultos do centelhador principal 1 pelo segundo eletrodo principal 3, e outra razão é que um dispositivo de blindagem 15 está disposto entre os trilhos guia 13, 14 e o centelhador principal 1. O dispositivo de blindagem 15 consiste em uma placa de Teflon que é fornecida com uma abertura 16 para permitir que o arco auxiliar a-f se mova para cima na direção do centelhador principal 1.

[0058] O centelhador auxiliar 4 é adequadamente de um tipo de descarga superficial de baixa tensão. Tal centelhador é ilustrado na Figura 2. Entre seus eletrodos auxiliares 5 e 6, um número, neste caso oito, de eletrodos intermediários na forma de chapas metálicas ou folhas de metal finas são dispostos e designados 322a-322h. Os eletrodos intermediários são separados por camadas isoladas 321a-321j. Os eletrodos intermediários 322a-322d são conectados um ao outro e ao eletrodo auxiliar 5 por meio dos resistores Ra, Rb, Rc e Rd. De uma maneira correspondente, os eletrodos intermediários 322e-322h são conectados um ao outro e ao eletrodo auxiliar 5 por meio dos resistores Rf-Rj. Os eletrodos intermediários e os calços isolados formam uma superfície plana Z na sua extremidade superior na figura, ao longo de cuja superfície, na ativação do centelhador, pode ocorrer descarga entre os vários eletrodos. Na sua extremidade inferior na figura, o pacote de eletrodo é formatado de tal modo que sua rigidez dielétrica é maior nesse ponto de que na superfície Z para assegurar que ocorre descarga na última superfície.

[0059] A tensão subindo rapidamente no disparo é aplicada entre os eletrodos intermediários 322d e 322e no centelhador auxiliar 4. Quando a tensão atinge um certo nível, uma descarga a ocorre entre eles. A corrente no arco ocasiona uma queda de tensão nos resistores Rd e Rj e portanto a uma propagação do arco a11 para os eletrodos intermediários 322c e 322f. Desta maneira, o arco se espalha muito rapidamente ao longo da superfície Z de um eletrodo intermediário para outro até que a descarga ocorre diretamente entre os eletrodos 5 e 6.

[0060] Quando o arco foi então estabelecido entre os eletrodos auxiliares 5, 6, o processo descrito com referência à Figura 1 começa no que o arco a se move para cima na Figura 2 ao longo dos trilhos guia 13, 14 (não-mostrados na Figura 2).

[0061] Enquanto a Figura 1 ilustra o centelhador de acordo com a invenção de um ponto de vista mais fundamental, a Figura 3 mostra um exemplo de como pode ser projetado na prática.

[0062] Cada eletrodo principal 2, 3 é projetado como um anel circular de cobre, e o centelhador principal 1, que na ordem de tamanho de 50 mm, é formada entre os dois anéis. Cada anel de cobre é galva-nicamente conectado a um suporte de eletrodo respectivo 17, 18 de alumínio. Cada suporte de eletrodo tem um recesso 19, 20 com um diâmetro que corresponde ao diâmetro interno do anel respectivo. No recesso 20 no suporte de eletrodo 18 do segundo eletrodo principal 3, o centelhador auxiliar 4 e seus trilhos guia são dispostos na parede periférica do recesso. O dispositivo todo é encerrado em um invólucro hermético. Dentro do invólucro, existe uma sobrepressão e o meio é ar. A sobrepressão é da ordem de magnitude de 1-10 bars. Por exem- pio, 6 bars. Alternativamente, pode ser nitrogênio ou um gás eletrone-gativo, tal como SF6. A parte não condutora do invólucro, isto é, a parte principal da superfície do envelope, consiste em um tubo de epóxi que é revestido com Teflon no interior.

[0063] A Figura 4 ilustra, por meio de uma vista em perspectiva, um exemplo de como os eletrodos auxiliares podem ser projetados. Cada eletrodo auxiliar 5, 6 está disposto em uma respectiva tira metálica, adequadamente uma liga de cobre-tungstênio, que é fundido em uma placa de montagem 22 de material isolante. A tira que forma o primeiro eletrodo auxiliar 5 se estende para fora através da extremidade oposta da placa. A extremidade 23 da tira se projetando é conectada em um lado de um banco de capacitor 8 (ver Figura 1). A tira que forma o segundo eletrodo auxiliar 6 é conectada a uma peça metálica 24 que está disposta em um lado da placa de montagem e conectada ao suporte de eletrodo 18 do segundo eletrodo principal 3 (ver Figuras 1 e 3) e por meio deste suporte no outro lado do banco de capacitor. Entre os dois eletrodos auxiliares, o pacote 11 de eletrodos intermediários está disposto e desenhado como uma placa laminada. Os trilhos guia 13, 14 são formados a partir da extensão da tira metálica respectiva além da localização onde o centelhador auxiliar está localizado, isto é, onde termina o pacote 11 com os eletrodos intermediários.

[0064] Os trilhos guia 13, 14 têm um comprimento fora do centelhador auxiliar que é da ordem de tamanho de 20 mm. A largura do centelhador auxiliar 4, bem como a distância entre os trilhos guia, é da ordem de tamanho de 2 mm.

[0065] A Figura 5 ilustra uma modalidade onde o centelhador 1 é conectado em paralelo com o dispositivo de contato mecânico 25 para formar um dispositivo de proteção de sobretensão que é pretendido, por exemplo, para carregar uma alta corrente por um período de tempo relativamente longo. Em uma sobretensão, primeiro o centelhador é disparado, como descrito acima, e logo depois disto o dispositivo de contato 25 é fechado, sendo o arco assim extinto.

[0066] A Figura 6 ilustra a modalidade de acordo com a Figura 5, onde ambas as unidades são fornecidas com um invólucro respectivo 21,26.

[0067] A Figura 7 ilustra em mais detalhe uma modalidade do dispositivo de contato 25 ilustrado na Figura 5. O dispositivo de contato é designado como um circuito de fechamento rápido e não, de per se, constitui qualquer componente recentemente inventado. O circuito de fechamento tem um elemento de contato fixo 27 e um elemento de contato móvel 28. O elemento de contato móvel é desenhado como um tubo adaptado, na ativação, para ser deslocado para cima e penetrar em uma fenda anular no elemento de contato fixo 27. A ativação ocorre com a ajuda de bobina primária (não-mostrada) Um circuito de fechamento do tipo ilustrado na Figura 7 é descrita em mais detalhes em WO 00/67271, que é referido aqui.

[0068] A Figura 8 é um diagrama ilustrando o disparo da modalidade mostrada nas Figuras 5-7. Em um circuito de acionamento 7 compreendendo um banco de capacitor 8 e uma unidade de fechamento 9 designada como um tiristor, existem dispostas em série o cen-telhador 4 e uma bobina primária 29. Na ativação do tiristor 9, o circuito é fechado no que um arco é estabelecido na abertura de eletrodo auxiliar 4 entre os eletrodos auxiliares 4-6. Depois de aproximadamente 0,5 ms, o arco inflamou um arco no abertura de eletrodo principal em uma maneira descrita em mais detalhes com referência à Figura 1.

[0069] A bobina primária 29 é adaptada para deslocar o elemento de contato móvel 28 do dispositivo de contato 25 (ver Figura 7) em uma direção do elemento fixo para fechar a corrente através do dispositivo de contato. Isto ocorre depois de cerca de 4 ms onde o arco no centelhador principal é extinto.

[0070] Com um centelhador principal com a largura de abertura de 50 mm e tensão de 3 kV através da abertura e uma sobrepessão em ar de 6 bars, o tempo de disparo é cerca de 0,6 ms. O gás é auto-inflamado em cerca de 250kV CA rms. O tempo de disparo é reduzido com tensão crescente através da abertura.

[0071] A Figura 9 mostra um diagrama onde o dispositivo é aplicado como dispositivo de proteção de sobretensão para um capacitor em série. Em uma linha de energia 30 com um capacitor em série 31, está disposto um dispositivo de proteção de sobretensão compreendendo um varistor 32, um centelhador principal 1 e um dispositivo de contato mecânico 25, estes três componentes sendo conectados em paralelo. Um dispositivo de medição de corrente 12 está disposto em série com o varistor.

[0072] Em uma sobrecorrente na linha de energia 30, por exemplo, como um resultado de um curto circuito na rede, surge uma sobretensão através do capacitor 31. A corrente através do varistor 32 é medida com o dispositivo de medição de corrente. A medição é integrada por um período de uns poucos ms para alguns 20 ou 30 ms, e o volume de energia medida constitui um critério quanto a se o dispositivo de proteção de sobretensão está para ser ativado ou não. O valor limite, em que ocorre a ativação, pode ser da ordem de magnitude de alguns 20 ou 30 MJ. O dispositivo de medição de corrente 12 constitui assim a unidade de controle 12 disposta na Figura 1 e define quando existe uma necessidade de gerar um arco.

[0073] Quando este é o caso, o dispositivo de medição de corren-te/dispositivo de controle 12 envia um sinal a um elemento de fechamento 9 no circuito 7 em que o centelhador auxiliar 4 está incluído. O elemento de fechamento 9 pode ser um tiristor. Isto leva à geração de um arco no centelhador auxiliar 4, e este arco inflama um arco no centelhador principal 1, que é descrito em detalhe maior com referência à Figura 1 acima. Ao mesmo tempo, o dispositivo de contato 25 é ativado para fechar, como descrito acima com referência à Figura 8.

[0074] A função de controle pode ser realizada com outros parâmetros de controle que a que foi descrita acima. Por exemplo, a corrente na linha 30 pode ser incluída como um parâmetro adicional.

[0075] O objetivo de criar um arco no centelhador principal pode ser diferente de fornecer proteção de sobretensão.

REIVINDICAÇÕES

Claims (20)

1. Dispositivo para fechamento rápido de um circuito elétrico de alta tensão, o dito dispositivo compreendendo um centelhador principal (1), fornecido com um primeiro (2) e um segundo (3) eletrodo principal, e um dispositivo de disparo (10), o dito dispositivo de disparo (10) compreendendo um centelhador auxiliar (4) fornecida com um primeiro (5) e segundo (6) eletrodos auxiliares e sendo adaptado, onde necessário, para gerar um arco (a) no centelhador auxiliar (4) para acender um arco (A) no centelhador principal (1), caracterizado pelo fato de que, cada eletrodo auxiliar (5,6) é fornecido com um trilho guia (13, 14) desenhado tal que o arco (a), por meio dos trilhos guia (13, 14) e sob a influência do campo magnético inerente gerado, se move no centelhador principal (1), os ditos dois trilhos guia (13, 14) tendo, cada um, um comprimento que é maior que a largura do centelhador auxiliar (4), os eletrodos auxiliares (5, 6) são adaptados de modo a serem protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal (1) por um dispositivo de blindagem (15), que está disposto entre os trilhos guia (13, 14) e o centelhador principal (1), um invólucro hermético (21) encerra o centelhador principal (1) e o centelhador auxiliar (4).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os trilhos guia (13, 14) são paralelos e direcionados para o primeiro eletrodo principal (2) e possuem um comprimento que é várias vezes maior que a largura do centelhador auxiliar (4).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os eletrodos auxiliares (5, 6) são protegidos da influência do plasma no centelhador auxiliar (4) sendo dispostos em uma posição protegida com relação ao centelhador principal (1)

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o centelhador auxiliar (4) está disposta adjacente ao segundo eletrodo principal (3) e localizado a alguma distância do centelhador principal (1) como visto na direção do centelhador principal (1).

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de blindagem (15) é fornecido com uma abertura (16).

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o centelhador principal (1) é desenhada para uma trajetória de arco móvel por meio do campo magnético inerente.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que cada eletrodo principal (2, 3) é anular.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um dos trilhos guia (13, 14) do dispositivo de disparo (10) está disposto no mesmo potencial que o dito segundo eletrodo principal (3) do centelhador principal (1).

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de contato mecânico (25) conectado em paralelo com o centelhador principal (1).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o invólucro hermético (26) encerra o dispositivo de contato mecânico (25).

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que cada invólucro (21, 26) encerra um meio gasoso de sobrepressão.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que um circuito de aciona- mento elétrico (7) é adaptado para gerar o arco (a) no centelhador auxiliar (4), em cujo circuito de acionamento, uma bobina primária (29) para operar o dispositivo de contato mecânico (25) é conectada em série.

13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que é projetado como um dispositivo de proteção de alta tensão para um sistema elétrico e que o dispositivo de disparo (10) é adaptado para ser suprido com energia direto da corrente de defeito da linha.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de disparo (10) é adaptado para ser suprido com energia de um depósito de energia, que por sua vez é suprido com energia da linha durante a operação normal da mesma.

15. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de disparo (10) é adaptado para ser suprido com energia de uma fonte de energia que é independente da linha.

16. Método para fechamento rápido de um circuito de alta tensão gerando um arco (A) entre um primeiro e um segundo eletrodo (2, 3) de um centelhador principal (1) com a ajuda de um dispositivo de disparo (10), em que, quando necessário, um arco (a) é gerado entre um primeiro e um segundo eletrodo auxiliar (5, 6) em um centelhador auxiliar (4) associado ao dispositivo de disparo (10), pelo qual um arco (A) no centelhador principal (1) é inflamado com a ajuda do arco (a) no centelhador auxiliar (4), caracterizado pelo fato de que, o arco (a) no centelhador auxiliar (4), por meio de trilhos guia (13, 14) sob a influência de forças magnéticas inerentes, é lavado a se mover no centelhador principal (1), os eletrodos auxiliares (5, 6) são protegidos do efeito de plasma formado no centelhador principal (1) por um dispositivo de blindagem (15), que está disposto entre os trilhos guia (13, 14) e o centelhador principal (1), e que a centelhador principal (1) e o centelhador auxiliar (4) são encerrados em um invólucro hermético (21).

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o método é executado enquanto utiliza um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 15.

18. Uso de um dispositivo, como definido nas as reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de destina ao fechamento rápido de um circuito de alta tensão elétrico.

19. Uso de um dispositivo acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que é empregado como dispositivo de proteção de sobretensão para um capacitor em série.

20. Dispositivo de proteção de sobretensão para um capacitor em série, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de proteção de sobretensão compreende um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 15.