BRPI0506825B1 - Overvoltage guard with oticly activated screwdriver - Google Patents

Abstract

distância explosiva das faíscas de ignição óptica . a presente invenção refere-se ao preparo de uma proteção contra sobretensão (1) com uma distância explosiva das faíscas (2) que apresenta eletrodos (3) opostos um ao outro, com uma fonte de luz, para a produção de uma luz de ignição, em função de sinais de liberação de uma unidade de comando, sendo que, a luz de ignição está equipada para a ignição direta da distância explosiva das faíscas (2), com a qual seja possibilitada uma ignição segura da distância explosiva das faíscas, é sugerido um condutor de ondas de luz (15) para a condução da luz de ignição para a distância explosiva das faíscas (2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROTETOR CONTRA SOBRETENSÕES COM CENTELHADOR ATIVADO OTICAMENTE".

Descrição [001] A presente invenção refere-se a um protetor contra sobre-tensão com um centelhador ativado oticamente, que apresenta eletrodos situados opostos um ao outro, com uma fonte de luz para a produção de uma luz de ignição, em função de sinais de acionamento de uma unidade de comando, sendo que, a luz de ignição está equipada para a ignição direta do centelhador.

[002] Uma proteção contra sobretensão deste tipo já é conhecida da patente DE 197 18 660 A1. A proteção contra sobretensão descrita ali apresenta um centelhador, que é constituído de dois eletrodos situados opostos um ao outro. Para a ignição do centelhador está previsto um laser de nitrogênio pulsado, cujo pulso de laser situado na faixa de UV pode ser dirigido em um espaço de gás limitado pelos eletrodos, Para o acoplamento da luz de ignição no centelhador envolvido por uma carcaça, está prevista uma janela de vidro de quartzo permeável à luz de UV. Para a redução da energia do pulso de luz necessária para a ignição do centelhador, entre os eletrodos é preparado um aerossol de metal, de tal modo que, podem ser produzidos elétrons de ignição através de fotoemissâo.

[003] Da patente DE 198 03 636 A1 é conhecido um sistema de proteção contra sobretensão com um centelhador, que pode sofrer ignição por meio de um eletrodo de ignição. Para o acionamento do centelhador é usado um circuito de ignição, que é constituído de um divisor de tensão capacitívo com um capacitor de ignição, bem como, de um elemento de acionamento de ignição, o qual, em virtude do divisor de tensão capacítivo, recebe uma tensão menor que os eletrodos principais do centelhador. Se a tensão existente no elemento de aciona- mento de ignição exceder um valor limite, então este elemento é transferido de uma posição de bloqueio, na qual um fluxo de corrente é interrompido, para a sua posição de passagem que conduz corrente, de tal modo que, ocorre uma descarga do capacitor de ignição, que provoca uma descarga de faísca entre o eletrodo de ignição e um dos eletrodos principais e, assim, libera a ignição do centelhador principal.

[004] Centelhadores de ignição ativa também são empregados como proteção contra sobretensão de componentes, que estão dispostos em plataformas de alta tensão isoladas.

[005] Uma proteção contra sobretensão deste tipo já é conhecida de acordo com o estado da técnica. A figura 1 mostra uma proteção contra sobretensão deste tipo, que apresenta um centelhador principal 2, com eletrodos principais 3. Os eletrodos principais são ligados paralelos a capacitores em série, que são ligados com potencial de alta tensão, a uma rede de tensão alternada trifásica. Através da ponte por meio do centelhador, o capacitor é protegido contra tensões muito altas. Os capacitores em série, ou outros componentes eletrônicos a serem protegidos estão dispostos sobre uma plataforma 4 disposta isolada, que estão apoiados, através de suportes de apoio em forma de colunas, não representados na figura, em um ambiente que se encontra em potencial de terra. Deste modo, por exemplo, o eletrodo principal 3 representado na figura 1 se encontra em um potencial de alta tensão, que corresponde a aquele da plataforma 4, enquanto que o eletrodo principal 3 representado na figura 1 se encontra em um potencial de alta tensão da rede trifásica. Entre os eletrodos principais ocorre uma tensão de aproximadamente 60 kV e 160 kV, de tal modo que, os componentes dispostos sobre a plataforma 4 são projetados para esta tensão.

[006] Para a ignição ativa do centelhador 2 está previsto um circuito de ignição 5, com um eletrodo de ignição 6, sendo que, o circuito de ignição 5 apresenta um divisor de tensão capacitivo, com um primeiro capacitor 7 e um segundo capacitor 8. O capacitor de ignição 8 pode ser contornado através de um circuito em paralelo, no qual estão dispostos um centelhador de acionamento 9 e em ligação em série a esse centelhador, uma resistência 10 ôhmica. O centelhador de acionamento 9 pode ser conduzido para a sua posição de passagem, através de um dispositivo eletrônico de comando 11, na qual é possibilitado um fluxo de corrente através do circuito paralelo e, com isto, uma ponte do segundo capacitor 8. Através da ponte o eletrodo de ignição 6 é colocado no potencial do eletrodo principal 3 inferior que, contudo, está disposto espacialmente mais próximo ao eletrodo principal 3 superior do que o eletrodo principal 3 inferior. Ocorre uma descarga de faíscas, que salta sobre o eletrodo principal 3 inferior. O dispositivo eletrônico de comando 11 pode ser alimentado, através de uma alimentação de energia 12, com a energia necessária para a acionamento do centelhador de acionamento 9.

[007] A ignição do centelhador de acionamento 9 ocorre de modo ativo. Neste caso, um equipamento de proteção 13 controla as grandezas elétricas de medição da rede trifásica, como a corrente alternada de cada fase da rede trifásica, e/ou a tensão nos componentes eletrônicos que ocorre na plataforma 4. Se existirem condições de acionamento como, por exemplo, a ultrapassagem de uma tensão limite no componente, então o equipamento de proteção 13 produz um sinal de acionamento, que é transmitido a um laser semicondutor 14, que em consequência disto produz um sinal de acionamento óptico, que é conduzido ao dispositivo eletrônico de comando 11 através de um condutor de ondas de luz 15. Mediante o recebimento de um sinal de acionamento óptico o dispositivo eletrônico de comando causa uma acionamento elétrico do centelhador 2. Portanto, o centelhador 2 só é acionado direta ou indiretamente através de um sinal óptico, cuja intensi- dade de luz é, por isto, ajustada somente em relação à sensibilidade do conversor óptico-elétrico do dispositivo eletrônico de comando.

[008] O equipamento de proteção 13, bem como, o laser semicondutor 14 se encontram em um potencial de terra, de tal modo que, seu acesso e manutenção são facilitados em caso de necessidade. Através do condutor de ondas de luz 15 é possibilitada uma condução segura da luz de ignição, sendo que, simultaneamente é mantido o isolamento entre a plataforma 4, que se encontra em potencial de alta tensão, e os componentes 13 e 14 da proteção contra sobretensão 1, que se encontram em potencial de terra.

[009] Em virtude do sistema eletrônico necessário com alimentação de energia sobre a plataforma, a proteção contra sobretensão já conhecida é bem custosa e dispendiosa em sua manutenção.

[0010] A tarefa da invenção é preparar uma proteção contra sobretensão do tipo mencionado no início, com a qual seja possível uma ignição segura do centelhador.

[0011] A invenção soluciona esta tarefa através de um condutor de ondas de luz para a condução da luz de ignição para o centelhador.

[0012] De acordo com a presente invenção, a luz de ignição é conduzida de forma segura da fonte de luz para o centelhador, através de um condutor de ondas de luz. Para isto é necessário que o material, do qual o condutor de ondas de luz é constituído, apresente uma alta transparência óptica suficientemente alta para a luz de ignição, e seja amplamente evitada a absorção de luz com formação posterior de calor dissipativo. De acordo com a invenção, a potência de luz necessária para o centelhador é tão grande que, após a saída da luz de ignição do condutor de ondas de luz através de fotoemissão e/ou de absorção múltipla de fótons ou de outros efeitos, é proporcionado um número suficiente de suportes de carga livre, que são acelerados pelo campo elétrico existente entre os eletrodos do centelhador e formam um arco elétrico.

[0013] No contexto da invenção, por exemplo, um dos eletrodos do centelhador é aterrado, ao passo que, o outro eletrodo principal se encontra em um potencial correspondentemente mais alto. Contudo, este caso não é relevante na prática.

[0014] Em uma execução preferida da invenção, contudo, os eletrodos principais estão dispostos em uma plataforma isolada eletricamente, que se acha em um potencial de alta tensão e está prevista para o suporte de componentes, que podem ser conectados a uma rede trifásica de alta tensão, sendo que, a fonte de luz está aterrada. Em outras palavras, a fonte de luz não está disposta sobre a plataforma, mas na vizinhança, que está aterrada e está ligada de forma condutora elétrica com a fonte de luz. Neste caso, a proteção contra sobretensão serve para a proteção de componentes dispostos sobre a plataforma, tais como, capacitores, bobinas e similares. O condutor de ondas de luz que atua isolando se estende entre a plataforma e a fonte de luz aterrada, de tal modo que, o comando do centelhador é possibilitado com a simultânea manutenção do isolamento da plataforma em relação ao potencial de terra.

[0015] De modo apropriado, a fonte de luz apresenta um laser de bombeamento, que está equipado para o bombeamento óptico de um laser de fibra (fiber laser), sendo que, um meio ativo do laser de fibras está mostrado em uma seção do condutor de ondas de luz. A mencionada seção do condutor de ondas de luz está dotada de um material óptico ativo, que absorve a luz bombeada, de tal modo que, com potência de bombeamento suficientemente alta é possível uma inversão de ocupação. Neste caso, o material da mencionada seção do condutor de ondas de luz suporta o processo de laser. Através do laser de fibra é evitado um acoplamento dispendioso da luz de ignição no condutor de ondas de luz. Pelo contrário, a luz se propaga após a saída do ressonador laser do condutor de ondas de luz no condutor de ondas de luz propriamente dito, de tal modo que, em função da potência de bombeamento, podem ser produzidas altas potências de luz de ignição no condutor de ondas de luz.

[0016] Como lasers de bombeamento são apropriados quaisquer lasers de bombeamento que são conhecidos do técnico no assunto. Assim, o laser de bombeamento é, por exemplo, um laser de corpo sólido como, por exemplo, um laser de Nd-YAG ou um laser semicondutor, os quais apresentam um comprimento de onda de emissão na faixa de absorção das partículas ativas ópticas do laser de fibra.

[0017] De modo vantajoso está previsto um sistema óptico para a focagem da luz de ignição. De acordo com este aperfeiçoamento vantajoso está previsto um sistema óptico sobre a plataforma, entre a cen-telhador e a extremidade do lado de saída do condutor de ondas de luz, que de acordo com correspondente alinhamento, realiza uma focagem da luz de ignição no espaço de gás, que é limitado pelos eletrodos principais. Através da concentração da luz de ignição, a intensidade de luz na área de foco fica tão grande que, devido aos efeitos de trocas não lineares entre as moléculas de gás e a luz de laser, por exemplo, através de absorção múltipla de fótons são produzidos elétrons livres ou, em outras palavras, uma descarga no centelhador induzida oticamente por laser. Através do campo elétrico dominante entre os eletrodos principais, os elétrons livres são acelerados, de tal modo que, em função do efeito de avalanche que se forma, é formado um arco voltaico entre os eletrodos, que causa uma queda de tensão no componente a ser protegido.

[0018] De modo vantajoso, a luz de ignição é conduzida sobre uma superfície do eletrodo, que está voltada para o eletrodo oposto. Neste aperfeiçoamento é aproveitada a chamada fotoemissão para a descarga de faíscas. Neste caso, a luz de ignição interage com o material da superfície do eletrodo. Em virtude dessa interação são liberados elétrons do material do eletrodo, que levam ao acionamento do centelha-dor. Neste caso, também é possível uma focagem da luz de ignição.

[0019] Divergindo disto, é escolhida uma tal disposição do condutor de ondas de luz, de tal modo que, a superfície do eletrodo principal está no trajeto da luz de ignição que sai do condutor de ondas de luz. Neste caso, por exemplo, uma luz de ignição não focada incide sobre a superfície do eletrodo com um ângulo reto ou agudo. Nas duas variantes é decisivo o fato que, em virtude da interação entre o material do eletrodo, é preparado um número necessário de suportes de carga para o acionamento do centelhador. Deste modo é evitado um derreti-mento da extremidade do condutor de ondas de luz no centelhador sob ignição.

[0020] Em uma outra execução da invenção, a luz de ignição incide transversal mente ao campo elétrico entre os eletrodos principais, sendo que, a luz de ignição é conduzida ao longo da superfície de um eletrodo principal e, neste caso, causa a saída de elétrons do material da superfície. Também aqui o efeito da fotoemissão libera a descarga de faíscas.

[0021] De modo vantajoso, a extremidade livre do condutor de ondas de luz afastada da fonte de luz está disposta em um eletrodo. Conforme este aperfeiçoamento vantajoso, o raio de luz sai do condutor de ondas de luz paralelo às linhas de campo do campo elétrico dominante entre os eletrodos principais. Para a proteção do condutor de ondas de luz contra o derretimento, a extremidade de saída do condutor de ondas de luz está disposta profundamente em um eletrodo principal, de tal modo que, o condutor de ondas de luz fica distanciado do arco da luz de ignição.

[0022] Em um exemplo de execução preferido, o centelhador é parte de um circuito de ignição, para a ignição de um centelhador prin- cipal. O centelhador principal é ligado, por exemplo, em paralelo a um componente a ser protegido contra sobretensão. Neste caso, para o aumento da resistência à tensão, o centelhador pode apresentar vários centelhadores parciais, que estão dispostos em ligação em série entre si, e dos quais somente um sofre ignição direta através da luz. Através da ignição de somente um ou de uma parte dos centelhadores parciais ligadas em série, a tensão que cai nos centelhadores parciais se eleva, de tal modo que, estes também sofrem ignição. Isto vale de modo correspondente para a ligação em série de centelhadores, que não são parte de um circuito de ignição, mas estão dispostos diretamente em paralelo ao componente a ser protegido. Em outras palavras, são possíveis quaisquer ligações centelhadores de acordo com a presente invenção.

[0023] Outras execuções apropriadas e vantagens da invenção são objeto da descrição a seguir de exemplos de execução da invenção, com relação às figuras do desenho, sendo que, componentes que atuam do mesmo modo estão dotados do mesmo número de referência e, sendo que, a figura 1 mostra um exemplo de execução de uma proteção contra sobretensão de acordo com o estado da técnica, e a figura 2 mostra um exemplo de execução de uma proteção contra sobretensão de acordo com a invenção. A figura 1 mostra um exemplo de execução já conhecido de uma proteção contra sobretensão 1 de acordo com o estado da técnica, que já foi descrita em mais detalhes acima.

[0024] A figura 2 mostra um exemplo de execução da proteção contra sobretensão 1 de acordo com a invenção, que está ligada paralela a um componente disposto na plataforma 4 e não representado na figura como, por exemplo, um capacitor de alta tensão. Neste caso, o capacitor de alta tensão está ligado em série em uma fase de uma re- de trifásica de alta tensão. Para evitar altas diferenças de potenciais, os elementos acopláveis com o condutor de alta tensão da rede trifásica estão dispostos na plataforma 4, que, por exemplo, através de suportes de apoio de cerâmica, resina fundida ou similares é mantida isolada em um ambiente situado em um potencial de terra.

[0025] No exemplo de execução, a proteção contra sobretensão 1 abrange um centelhador principal 2 constituído dos eletrodos principais 3, que pode sofrer ignição por meio do eletrodo de ignição 6. Para o acionamento é usado o circuito de ignição 5 que - como o eletrodo de ignição - está disposto na plataforma 4 e, com isto, se encontra em um potencial de alta tensão. O circuito de ignição 5 é constituído de um divisor de tensão capacitivo, que é constituído de um capacitor 7, bem como, do capacitor de ignição 8, os quais estão ligados entre si em série. O capacitor de ignição 8 pode ser contornado através de um circuito de ponte, no qual, como centelhador, estão dispostos em série uma resistência 10 ôhmica, bem como, um centelhador de acionamento 9.

[0026] Em contrapartida, o equipamento de proteção 13, bem como, um laser de bombeamento 16 estão em potencial de terra. Ao contrário do laser 13 da figura 1, o laser de bombeamento 16 não serve para a produção de uma luz de ignição, que pode ser acoplada no condutor de ondas de luz 15, mas para o bombeamento de um laser de fibra 17, que é formado como seção do condutor de ondas de luz 15 e é constituído de um cristal de recepção (host crystaí), que está dotado de partículas opticamente ativas. O cristal de recepção permeável à luz de bombeamento do laser de bombeamento 16 suporta as partículas opticamente ativas durante a produção da inversão de ocupação, de tal modo que, é possível uma operação a laser do laser de fibra 17.

[0027] O equipamento de proteção 13 técnico está ligado com transmissores de medição tais como, medidores de tensão, não repre- sentados na figura, de tal modo que a tensão em um componente a ser controlado pode ser conduzida ao equipamento de proteção 13.

[0028] A proteção contra sobretensão 1 mostrada na figura 2 atua do seguinte modo: o equipamento de proteção 13 compara os valores de tensão conduzidos pelo medidor de tensão, por exemplo, com um valor limite. Desviando-se disto, o equipamento de proteção deriva dos valores de tensão dos aparelhos de medição um valor de tensão. Se os valores de tensão ultrapassarem o valor limite, então o equipamento de proteção 13 libera um impulso de acionamento elétrico, que é conduzido ao laser de bombeamento 16. Após o recebimento do impulso de acionamento, é produzida uma luz de bombeamento pelo laser de bombeamento 16, que libera um pulso de laser do laser de fibra 17. O pulso de laser do laser de fibra 17 é denominado luz de ignição. A luz de ignição que sai do laser de fibra 17 é conduzida, através do condutor de ondas de luz 15, para o centelhador de acionamento 9, que é vedado por uma carcaça não representada. A carcaça é preenchida com um gás. Neste caso, a extremidade livre do condutor de ondas de luz é disposta de tal modo na carcaça que, a luz de ignição que sai do condutor de ondas de luz 15 incide transversal mente ao campo elétrico, produzido pelos eletrodos do centelhador de acionamento 9, no espaço de gás limitado pelos eletrodos. A luz de laser do laser de fibra 17 é tão intensa que uma ruptura óptica é produzida no centelhador de acionamento 9 e, com isto, o centelhador de acionamento 9 sofre ignição. Através da ligação já descrita em conexão com a figura 1 é produzida a ruptura do centelhador 3, de tal modo que, o componente ligado paralelo é protegido contra tensões excessivas.

[0029] Em um exemplo de execução diferente disto não representado nas figuras, o condutor ou os condutores de ondas de luz são conduzidos diretamente para o centelhador principal. Com isto, o cen- telhador principal pode sofrer ignição óptica. Desta forma, um circuito de ignição dispendioso se tornou supérfluo. As vantagens de custo obtidas com isto compensam os custos para o laser de bombeamento e para o laser de fibra.

REIVINDICAÇÕES

Claims (6)

1. Protetor contra sobretensão (1) com centelhador (2) ativado oticamente que apresenta eletrodos (3) situados opostos um ao outro, com uma fonte de luz para a produção de uma luz de ignição, em função de sinais de acionamento de uma unidade de comando, sendo que, a luz de ignição está equipada para a ignição direta do centelhador (2, 9), com um condutor de ondas de luz (15) para a condução da luz de ignição para o centelhador (2, 9), caracterizada pelo fato de que, os eletrodos (3) estão dispostos em uma plataforma (4) apoiada eletricamente isolada, que se encontra em um potencial de alta tensão e está prevista para o apoio de componentes, que podem ser conectados a uma rede trifásica de alta tensão, e pelo fato de que a fonte de luz está aterrada.

2. Protetor contra sobretensão (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, a fonte de luz apresenta um laser de bombeamento (16) que está equipado para o bombeamento óptico de um laser de fibras (17), sendo que, um meio ativo do laser de fibras (17) está executado em uma seção do condutor de ondas de luz (15).

3. Protetor contra sobretensão (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por um sistema óptico para a focagem da luz de ignição.

4. Protetor contra sobretensão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, a luz de ignição é conduzida sobre uma superfície do eletrodo (3), que está voltada para o eletrodo (3) oposto.

5. Protetor contra sobretensão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, a extremidade livre do condutor de ondas de luz (15) afastada da fonte de luz está disposta em um eletrodo (3).

6. Protetor contra sobretensão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, o centelhador (9) é parte de um circuito de ignição (5), para a ignição de um centelhador principal (2).