BRPI1000649A2 - disjuntor com isolamento a gás - Google Patents

Abstract

DISJUNTOR COM ISOLAMENTO A GáS. A presente invenção refere-se a um disjuntor com isolamento a gás que tem um recipiente vedado preenchido com gás; um par de contatos assim construídos de modo a serem conectados e separados um do outro no recipiente vedado; um meio de geração de fluxo de gás para soprar o gás sobre um arco gerado quando os contatos são separados, sendo que o meio de geração de fluxo de gás inclui: um espaço de acúmulo, um meio de aumento de pressão para aumentar a pressão do espaço de acúmulo de pressão, uma passagem de gás que conecta o espaço de acúmulo de pressão ao arco e um bocal isolante que controla o fluxo do gás desde o espaço de acúmulo de pressão até o arco; um elemento interno ao bocal isolante disposto coaxialmente ao bocal isolante. O arco é gerado em um espaço entre uma seção de parede interna do bocal isolante e uma seção de parede externa do elemento interno ao bocal isolante, e o gás flui no espaço.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISJUNTOR COM ISOLAMENTO A GÁS".

Referência Cruzada a Pedido Relacionado

Este pedido de patente é baseado em e reivindica os benefíciosde prioridade do Pedido de Patente Japonês anterior N0 2009-54226, depo-sitado no Japão em 6 de março de 2009, cujo todo o conteúdo é incorporadoao contexto a guisa de referência.

Antecedentes da Invenção

A presente invenção refere-se a um disjuntor com isolamento agás, tipo soprador, que extingue um arco ao soprar um gás isolante sobre oarco e, particularmente, a um disjuntor com isolamento a gás que tem a es-trutura aperfeiçoada de um bocal de isolamento que sopra o gás isolante.

O disjuntor com isolamento a gás é um dispositivo em que é dis-posto um par de contatos no interior de um recipiente vedado preenchidocom gás isolante e, é usado com freqüência como um interruptor liga-desligapara corrente elétrica em um sistema de transmissão e distribuição de ener-gia elétrica. A partir daqui, será descrito em detalhes um exemplo de um dis-juntor com isolamento a gás, tipo soprador convencional, com referência àsfiguras 6 e 7.

A figura 6 é uma vista em seção transversal do disjuntor comisolamento a gás tipo soprador. A figura 7 é uma vista em seção transversalampliada de uma área próxima a um arco 8. Ambos os diagramas mostramum estado durante uma operação de abertura. Cada um dos componentesdo disjuntor com isolamento a gás Ilustrado no diagrama tem, basicamente,o formato de um cilindro coaxial. A figura 7 ilustra apenas a metade superiordo disjuntor com isolamento a gás acima de um eixo central.

Conforme é mostrado na figura 6, o disjuntor com isolamento agás do tipo soprador é dotado de um recipiente vedado 1 que é feito de me-tal aterrado, isolante, ou similar. Um gás de extinção de arco 2 de um gásisolante, como um gás SF6 (gás hexafluoreto de enxofre) preenche o recipi-ente vedado 1. O gás SF6 tem uma excelente capacidade de extinção dearco e de isolamento elétrico. O dispositivo liga-desliga de corrente elétrica,preenchido com o gás, é a parte principal dos sistemas de transmissão elé-trica de alta voltagem.

No interior do recipiente vedado 1, como o par de contatos, umaseção de contato fixo 21 e uma seção de contato móvel 22 são dispostas demodo a darem face uma para a outra. A seção de contato fixo 21 e a seçãode contato móvel 22 podem ser conectadas e separadas, conforme for dese-jado. A seção de contato fixo 21 é fixada no interior do recipiente vedado 1,enquanto a seção de contato móvel 22 é conectada a um mecanismo deacionamento através de uma haste de operação (não mostrada) e pode sermovida na direção esquerda e direita na figura 6, conforme desejado. Duran-te a operação, é aplicada uma alta voltagem às seções de contato 21 e 22 eo isolamento é mantido por corpos isolantes de suporte 12 (sendo que ape-nas um dos quais é ilustrado na parte da seção de contato fixo 21 na figura6). As seções de contato 21 e 22 são suportadas mecanicamente pelos cor-pos isolantes de suporte 12 no interior do recipiente vedado 1.

Um contato de formação de arco fixo 7a e um contato de forma-ção de arco móvel 7b são proporcionados na seção de contato fixo 21 e naseção de contato móvel 22, respectivamente. Os contatos de formação dearco 7a e 7b estão em contato e estado de condução durante a operaçãonormal. Durante a operação de abertura, os contatos de formação de arco7a e 7b são separados um do outro conforme o contato de formação de arcomóvel 7b se move junto com a seção de contato móvel 22. Quando os con-tatos de formação de arco 7a e 7b são separados um do outro, o arco 8 o-corre em um espaço entre os contatos de formação de arco 7a e 7b.

A seguir, descreve-se a configuração da seção de contato fixo21. No lado oposto (lado esquerdo na figura 6) da seção de contato fixo 21,a partir do lado que dá face para a seção de contato móvel 22, uma tubula-ção de exaustão 9, feita de metal, é fixada. Um fluxo de gás quente no ladofixo 10a, que flui a partir do espaço onde ocorre o arco 8 na direção da se-ção de contato fixo 21, passa através da tubulação de exaustão 9. A área amontante do fluxo de gás quente no lado fixo 10a, que passa através da tu-bulação de exaustão 9, está em torno do arco 8 e, a área a jusante está emtorno do espaço interno do recipiente selado 1.

A seguir, descreve-se a configuração da seção de contato móvel22. Na seção de contato móvel 22, é proporcionada uma haste oca 11. Ahaste oca 11 é conectada ao contato de formação de arco móvel 7b. A hasteoca 11 se estende na direção do lado oposto (lado direito na figura 6) da se-ção de contato móvel 22 a partir do lado que dá face para a seção de conta-to fixo 21. Um fluxo de gás no lado móvel 10b, que flui a partir do espaçoonde ocorre o arco 8 na direção da seção de contato móvel 22, passa atra-vés da haste oca 11. Ou seja, o fluxo de gás quente no lado fixo 10a, a áreaa montante do fluxo de gás quente no lado móvel 10b que passa através dahaste oca 11, está em torno do espaço onde ocorre o arco 8, e a área a ju-sante está em torno do espaço interno do recipiente vedado 1.

Além do mais, na seção de contato móvel 22, é proporcionadoum meio de geração de fluxo de gás como um componente distinto do dis-juntor com isolamento a gás tipo soprador. O meio de geração de fluxo degás é um meio para gerar um fluxo de gás 10c a partir de uma câmara desopro 5. O fluxo de gás 10c é soprado sobre o arco 8. Após ser soprado so-bre o arco 8, o fluxo de gás 10c é dividido nos fluxos de gás 10a e 10b, des-critos acima.

Os componentes principais do meio de geração de fluxo de gássão um pistão 3, fixado no recipiente vedado 1, e um cilindro 4, que acomo-da o pistão 3. O pistão 3 pode deslizar no cilindro 4, conforme desejado. Oespaço interno do cilindro 4 serve como a câmara de sopro 5. Um bocal deisolamento 6 é disposto na seção de extremidade frontal (lado esquerdo nafigura 6) do cilindro 4. O bocal de isolamento 6 se comunica com a câmarade sopro 5. O cilindro 4 é fixado à seção de contato móvel 22. O bocal deisolamento 6 é feito de um material isolante resistente ao calor, como polite-trafluoroetileno, e emite um gás de extinção de arco 2, armazenado na câ-mara de sopro 5, como o fluxo de gás descrito acima 10c, com a parte maisestreita de uma passagem de gás 6a servindo como uma seção de estran-gulamento 6b.

A seguir, descreve-se a correlação em diâmetro entre o bocalisolante 6 e os contatos de formação de arco 7a e 7b. Conforme descritoacima, as figuras 6 e 7 ilustram um estado durante a operação de abertura.Os contatos de formação de arco 7a e 7b, consequentemente, são separa-dos entre si. No entanto, quando o disjuntor com isolamento a gás é ligado,isto é, os contatos estão no estado "fechado" como um comutador, ambosos contatos de formação de arco 7a e 7b precisam estar em contato e emestado de condução.

Sendo assim, conforme é mostrado na figura 7, a correlação en-tre o diâmetro externo cpF1 do contato de formação de arco fixo 7a e o diâ-metro interno φΜ1 do contato de formação de arco móvel 7b é conforme aseguir:

(pF1 > φΜ1. O contato de formação de arco móvel 7b que moveestá sempre em contato com o contato de formação de arco fixo 7a.

Além do mais, o bocal isolante 6 sopra o fluxo de gás 10c nadireção do arco 8 gerado entre os contatos de formação de arco 7a e 7b. Obocal isolante 6 é formado, deste modo, para envolver os contatos de forma-ção de arco 7a e 7b. Logo, está claro que o diâmetro interno φΝ1 da seçãode garlalo 6b precisa ser maior do que o diâmetro externo (pF1 do contato deformação de arco fixo 7a. Ou seja, a correlação em diâmetros entre o bocalisolante 6 e os contatos de formação de arco 7a e 7b é conforme segue: odiâmetro do bocal isolante 6, o contato de formação de arco fixo 7a e o con-tato de formação de arco móvel 7b se tornada menor naquela ordem, isto é,φΝ1 > (pF1 > cpM1.

A seguir, descreve-se um processo de interrupção de arco dodisjuntor com isolamento a gás que tem a configuração acima com referên-cia à figura 7. Durante o processo de abertura do disjuntor com isolamento agás, o mecanismo de acionamento (não-mostrado) opera de modo a movera seção de contato móvel 22 no sentido para a direita na figura 7, separandoassim a seção de contato movei 22 da seção de contato fixo 21. Em respos-ta, o cilindro 4 fixado na seção de contato móvel 22 também se move nosentido para a direita na figura 7.

Neste momento, o pistão 3 no cilindro 4 se move relativamenteno sentido para a esquerda na figura 7 para comprimir a câmara de sopro 5,aumentando assim a pressão do gás de extinção de arco 2 no interior dacâmara de sopro 5. Como resultado, o gás de extinção de arco 2 no interiorda câmara de sopro 5 flui na direção do bocal isolante 6 como um fluxo degás a alta pressão 10c. Logo, o bocal isolante 6 sopra o forte fluxo de gás10c sobre o arco 8 gerado entre os contatos de formação de arco 7a e 7b.Graças ao fluxo de gás 10c, o arco condutor 8 desaparece, assegurando ainterrupção da corrente elétrica.

O fluxo de gás 10c que é soprado sobre o arco à alta temperatu-ra 8, é aquecido a uma alta temperatura, e é dividido no fluxo de gás quentedo lado fixo 10a e no fluxo de gás quente no lado móvel 10b. O fluxo de gásquente no lado fixo 10a e o fluxo de gás quente no lado móvel 10b fluementão para longe da área onde ocorre o arco 8 entre os contatos de forma-ção de arco 7a e 7b, passam através da tubulação de exaustão 9 e pela has-te oca 11, respectivamente, e finalmente são liberados no recipiente vedado 1.

A seguir descreve-se um mecanismo físico de interrupção doarco 8 por meio do sopro de fluxo de gás 10c durante o processo de inter-rupção de arco descrito acima. Aqui, a figura 8 é usada junto com a figura 7descrita acima. Um diagrama no lado superior da figura 8 é uma vista emcorte transversal da seção de gargalo 6b do bocal isolante 6 ao longo dadireção radial e um diagrama no lado inferior da figura 8 ilustra a distribuiçãode temperatura no interior da seção de gargalo 6b.

O fluxo de gás 10c que entra no bocal isolante 6 oriundo da câ-mara de sopro a alta pressão 5 flui à maior velocidade através da seção degargalo 6b que é o ponto mais estreito da passagem de gás 6a do bocal iso-lante 6. Como a corrente elétrica flui através do arco 8, a temperatura dofluxo de gás 10c é alta devido ao aquecimento Joule.

Ou seja, quando o fluxo de gás 10c está sendo soprado sobre oarco 8, o fluxo de gás 10c que está fluindo em torno do arco a alta tempera-tura 8 a alta velocidade tem temperatura menor do que o arco 8. Logo,quando o arco 8 está sendo interrompido, a distribuição de temperatura nointerior da seção de gargalo 6a do bocal isolante 6 é alta em torno da partecentral, isto é, o arco 8, conforme é mostrado no diagrama no lado inferior dafigura 8. A distribuição de temperatura se tornada menor na direção da su-perfície da parede da seção de gargalo 6b, isto é, a parte periférica. O gradi-ente de temperatura é extremamente abrupto.

Logo, no fluxo de gás com temperatura mais baixa 10c que fluifora do arco 8 em alta velocidade, um fluxo quente 41 (ilustrado na figura 8)ocorre a partir da porção central na direção da porção periférica, tirando ocalor do arco 8. Logo, o arco 8 é resfriado. A condutividade elétrica do arco 8decai monotonicamente conforme diminui a temperatura. Logo, a condutivi-dade elétrica do arco 8 diminui de maneira significativa conforme o arco 8 éresfriado. Como resultado, o arco 8 é resfriado até o arco 8 se tornar um iso-lante, assegurando a interrupção da corrente elétrica.

Além do mais, o fato de a temperatura do arco 8 atingir diversasdezenas de K em torno de um pico de corrente de curto-circuito, tambémcontribui para a interrupção da corrente elétrica. Ou seja, durante o processode interrupção do arco 8, o bocal isolante 6 está sendo exposto à temperatu-ra extremamente alta do arco 8. Logo, o componente do bocal isolante 6,que é um material isolante como o politetrafluoretileno, funde e é gaseifica-do. Sabe-se que, como resultado, um gás de ablação 31 emerge da paredeinterna da seção de gargalo 6b, conforme é mostrado na figura 7.

Sendo assim, o fluxo de gás 10c que é soprado pelo bocal iso-lante 6 sobre o arco 8 não é feito apenas do gás de extinção de arco 2, masé um gás misturado do gás de extinção de arco 2 e o gás de ablação 31.

Quando o componente do bocal isolante sólido 6 é gaseificado, o volumeaumenta de maneira significa, o que resulta em um grande valor que repre-senta o volume do gás de ablação 31. Ou seja, a pressão da câmara de so-pro 5 aumenta ainda mais conforme o gás de ablação 31 é gerado a partirdo bocal isolante 6, promovendo um aumento na pressão do fluxo de gás10c e tendo um efeito preferível de interromper o arco. Descreveu-se acimaa configuração típica do disjuntor com isolamento a gás do tipo soprador e oprincípio de interrupção do arco.Um disjuntor com isolamento a gás do tipo soprador, como odescrito acima, pode atingir uma alta capacidade de extinção de arco ao so-prar o gás de extinção de arco 2 armazenado na câmara de sopro 5 sobre oarco 8 gerado no momento da interrupção da corrente elétrica. Logo, tal dis-juntor com isolamento a gás do tipo soprador é amplamente usado como uminterruptor de proteção liga-desliga em um sistema de transmissão elétricade alta voltagem para 72 kV ou mais e tem sido aperfeiçoado de diversasmaneiras.

Por exemplo, a técnica convencional descrita na Publicação dePatente Japonesa N0 7-97466 (Documento de Patente 1), a Publicação dePatente Japonesa N0 7-109744 (Documento de Patente 2) e a publicação dePedido de Patente Japonês N0 2001-283693 (Documento de Patente 3), cu-jos todos os conteúdos que são incorporados ao contexto a guisa de refe-rência, é bem conhecida. Aqui, embora os mecanismos descritos nos Docu-mentos de Patente 1 a 3 não sejam descritos em detalhes com referênciaaos desenhos, os resumos dos mecanismos serão descritos com referênciaà figura 7 descrita acima. De acordo com o Documento de Patente 1, sãoformados orifícios em torno da haste oca 11 perto da seção de contato mó-vel 22. O fluxo de gás quente no lado móvel 10b é aquecido até altas tempe-raturas conforme ocorre o arco 8. Logo, no estágio inicial da operação emque o arco 8 é interrompido, a câmara de sopro 5 recebe ativa o fluxo de gásquente a alta temperatura 10b através dos orifícios (não-mostrados na figura7) da haste oca 11, contribuindo assim para o aumento na pressão da câma-ra de sopro 5.

Além do mais, no disjuntor com isolamento a gás descrito noDocumento de Patente 2, a câmara de sopro 5 é dividida em dois ao longoda direção axial, limitando assim a capacidade da câmara de sopro 5 pertodo arco 8, aumentando a pressão de sopro para o arco 8, especialmente nomomento de interrupção da grande corrente elétrica. Além do mais, uma vál-vula de regulagem (não mostrada na figura 7) é proporcionada na seção dedivisão da câmara de sopro 5, evitando a aplicação de uma alta pressão di-retamente sobre o pistão 3. Logo, um aumento na força de acionamento daseção de contato móvel 22 é impedido.

Além do mais, o disjuntor com isolamento a gás descrito no Do-cumento de Patente 3 é caracterizado por um meio de geração de campomagnético (não-mostrado na figura 7) que é proporcionado em adição a ummeio de geração de fluxo de gás para gerar um componente de fluxo na di-reção radial do arco 8. O meio de geração de campo magnético gera pres-são magnética na direção radial do arco 8. Tal disjuntor com isolamento agás pode extinguir o arco ao mesmo tempo em que espreme o arco 8 nadireção radial em uma parte da área onde ocorre o arco 8. Ou seja, de acor-do com a técnica do Documento de Patente 3, um efeito combinado de doisefeitos separados, que não têm interferência um sobre o outro, pode ser ob-tido: o efeito de fluido de gás flui e o efeito eletromagnético do campo mag-nético. Logo, é possível reduzir a constante do tempo de arco ao se compri-mir eficientemente o diâmetro do arco, extinguindo assim o arco 8.

De acordo com técnicas convencionais como aquelas descritasnos Documentos de Patente 1 a 3, é possível tirar vantagem ativamente daenergia térmica do arco 8 ou da energia eletromagnética dos campos mag-néticos para aumentar a pressão da câmara de sopro 5, assim como o efeitocompressivo do pistão 3, aumentando a pressão de sopro do gás de extin-ção de arco 2 e levando a uma melhora no desempenho de abertura.

Além do mais, as técnicas convencionais, como aquelas descri-tas nos Documentos de Patente 1 a 3, são menos dependentes da compres-são mecânica pelo pistão 3 por causa do uso das outras fontes de energia,em comparação com um disjuntor com isolamento a gás comum que podeatingir um aumento na pressão da mesma câmara de sopro 5. Logo, mesmoo pequeno pistão 3 pode aumentar a pressão o suficiente para interromper acorrente elétrica.

Logo, o disjuntor com isolamento a gás pode ter seu tamanhodiminuído e a quantidade de gás que preenche o recipiente vedado 1 podeser reduzida. Além do mais, graças à introdução do pequeno pistão 3, é ne-cessário menos energia para acionar a seção de contato móvel 22. Assim, omecanismo de acionamento tem seu tamanho reduzido, os custos são redu-zidos e a confiabilidade mecânica e eficiência econômica são aumentadas.

No disjuntor com isolamento a gás de um tipo que utiliza ativa-mente a energia térmica do arco 8, se a quantidade do gás de extinção dearco 2 na câmara de sopro 5 não for suficiente, a pressão no interior da câ-mara de sopro 5 não aumenta facilmente ou cai imediatamente após umaumento na pressão no interior da câmara de sopro 5

Em tais casos, mesmo que a câmara de sopro 5 absorva a e-nergia térmica do arco 8, o efeito de compressão térmica do arco 8 não podeser derivado efetivamente. Além do mais, se o efeito de compressão térmicado arco 8 for usado com freqüência, então se torna difícil reduzir o efeito decompressão mecânica relativamente. Como resultado, torna-se difícil obtertais efeitos, como uma redução na força de acionamento ou impedir um au-mento da quantidade de gás contido, o que leva à redução do tamanho dodispositivo.

Sendo assim, no disjuntor com isolamento a gás de um tipo queabsorve a energia térmica do arco 8 na câmara de sopro 5, é importante tor-nar pequena a área da seção transversal da passagem S1 (mostrada na fi-gura 7) da passagem de gás 6a da seção de gargalo 6b do bocal isolante 6e limitar a quantidade do fluxo de gás soprado pelo bocal isolante 6, parareduzir a quantidade do fluxo de gás que sai da câmara de sopro 5.

No entanto, se a área da seção transversal da passagem S1 dapassagem de gás 6a for simplesmente tornada pequena, aparecem novosproblemas. Ou seja, tornar pequena a área da seção transversal da passa-gem S1 da passagem de gás 6a, significa tornar o diâmetro interno φΝ1 daseção de gargalo 6b do bocal isolante 6, pequeno. Conforme descrito acima,quanto aos diâmetros do bocal isolante 6 e dos contatos de formação dearco 7a e 7b, a correlação φΝ1 > <pF1 > cpM1 permanece inalterada, dada acerteza do contato e o estado de condução entre os contatos 7a e 7b.

Logo, quando o diâmetro interno φΝ1 da seção de gargalo 6b dobocal isolante 6 é diminuído, o diâmetro externo (pF1 do contato de formaçãode arco fixo 7a e o diâmetro interno φΜ1 do contato de formação de arcomóvel 7b, precisam ser ainda mais reduzidos. Ou seja, dos pequeninoscomponentes que constituem os contatos de formação de arco 7a e 7b. Co-mo resultado, os contatos de formação de arco 7a e 7b podem ser facilmen-te danificados no momento da interrupção da corrente elétrica e a durabili-dade dos contatos de formação de arco 7a e 7b, como elementos, diminui(mais especificamente, o número de vezes em que a corrente elétrica é in-terrompida antes da substituição dos contatos de formação de arco 7a e 7b,cai).

Além do mais, quando os contatos do disjuntor com isolamento agás são separados, é aplicada uma alta voltagem entre os contatos de for-mação de arco 7a e 7b. Neste momento, o estado isolante de corrente elétri-ca precisa ser mantido. Se os diâmetros dos contatos de formação de arco7a e 7b forem pequenos, o campo elétrico se intensifica nas pontas dos con-tatos de formação de arco 7a e 7b. Logo, para assegurar a operação de a-bertura para o campo elétrico alto, é necessário aumentar a distância de se-paração entre os contatos de formação de arco 7a e 7b e a velocidade naseparação dos contatos de formação de arco 7a e 7b.

Ou seja, mesmo que a energia térmica do arco 8 seja usada pa-ra aumentar a pressão da câmara de sopro 5 para reduzir a energia de acio-namento, a eficácia da redução da energia de acionamento diminui conformea distância de separação e a velocidade de separação aumentam, devido àredução no diâmetro dos contatos de formação de arco 7a e 7b, tornandodifícil diminuir o tamanho do dispositivo.

Como uma técnica convencional para solucionar os problemasacima, um disjuntor com isolamento a gás é proposto, por exemplo, na Pu-blicação de Pedido de Patente Japonesa N0 2004-39312 (Documento depatente 4) cujo todo o conteúdo é incorporado ao contexto a guisa de refe-rência. De acordo com a técnica, para mudar o tamanho da área da seçãotransversal da passagem de gás no interior do bocal isolante 6, é proporcio-nado um mecanismo de ajuste de passagem de gás (não-mostrado) que temuma estrutura de diafragma de íris usada em uma câmera ou similares. Gra-ças à operação do mecanismo de ajuste da passagem de gás, a área daseção transversal da passagem S1 da passagem de gás 6a do bocal isolan-te 6 diminui de tamanho de acordo com a operação de separação dos conta-tos da seção de contato.

Ou seja, no disjuntor com isolamento a gás descrito no Docu-mento de Patente 4, a área da seção transversal da passagem S1 da pas-sagem de gás 6a tem o tamanho reduzido pelo mecanismo de ajuste depassagem de gás, reduzindo assim a quantidade do fluxo de gás 10c que fluido bocal isolante 6 no momento de separar os contatos da seção de contato.Logo, uma quantidade suficiente do gás de extinção de arco 2 permanece nacâmara de sopro 5 quando a câmara de sopro 5 absorve a energia térmicado arco 8, tornando possível, deste modo, aumentar a contribuição da ener-gia térmica do arco 8 para o aumento na pressão da câmara de sopro 5

Além do mais, a área da seção transversal da passagem S1 dapassagem de gás 6a do bocal isolante 6 é controlada pela compressão domecanismo de ajuste da passagem de gás. Logo, o diâmetro interno φΝ1 daseção de gargalo 6b do bocal isolante 6 não precisa ser diminuído. Além domais, também não é necessário diminuir os diâmetros dos contatos de for-mação de arco 7a e 7b. Consequentemente, é possível evitar problemas taiscomo uma diminuição na durabilidade dos contatos de formação de arco 7ae 7b e um aumento no campo elétrico nas pontas dos contatos de formaçãode arco 7a e 7b, que estão associados ao diâmetro menor. Sendo assim, épossível suprimir o campo elétrico nas pontas dos contatos de formação dearco 7a e 7b e não é necessário aumentar a distância de separação doscontatos 7a e 7b e a velocidade de separação. Como resultado, a energia deacionamento pode ser reduzida e o dispositivo pode ter tamanho menor.

Conforme descrito acima, no disjuntor com isolamento a gásdescrito no Documento de Patente 4, o mecanismo de ajuste de passagemde gás é proporcionado para suprimir a quantidade do fluxo de gás que saida câmara de sopro 5 através de bocal isolante 6, levando a um aumento napressão da câmara de sopro 5, com a ajuda da energia térmica do arco 8 eresultando em uma melhora maior no desempenho de abertura.

No entanto, foram apontados os seguintes problemas com osdisjuntores com isolamento a gás tipo soprador convencionais. Ou seja, co-mo o disjuntor com isolamento a gás do tipo soprador é projetado para so-prar o gás de extinção de arco 2 sobre o arco 8, o desempenho de aberturaé grandemente determinado pela capacidade de resfriamento do gás de ex-tinção de arco 2. Como um gás de extinção de arco 2 convencional, o gásSF6, que tem uma alta capacidade de resfriamento, é amplamente usado.No entanto, atualmente, o uso de gás SF6 acarreta os seguintes problemas.

O SF6 é reconhecido como um gás fabricado pelo homem que éum grande contribuinte do aquecimento global. Em termos de proteção am-biental, é desejável que a quantidade de gás SF6 a ser usada seja reduzida.Sendo assim, está em consideração um gás natural que tenha menos im-pacto sobre o ambiente, como o gás N2 ou o gás C02, como um gás substi-tuto para o gás SF6.

No entanto, quando o gás substituto é usado, o gás substitutotem uma capacidade de resfriamento menor em comparação ao gás SF6,porque o gás substituto e o gás SF6 têm propriedades físico-químicas dife-rentes. Logo, o problema é que o efeito de resfriamento do arco 8 diminui.Sendo assim, quando se usa o gás N2 ou o gás C02, requer-se urgente-mente a utilização de uma estrutura que possa aumentar o efeito de resfria-mento do arco 8 sem depender da capacidade de resfriamento do gás deextinção de arco 2.

O disjuntor com isolamento a gás descrito no Documento de Pa-tente 4 é de um tipo que faz uso ativamente da energia térmica do arco paraaumentar a pressão da câmara de sopro e é dotado do mecanismo de ajustede passagem de gás. Logo, a quantidade de fluxo de gás que flui a partir dobocal isolante pode ser suprimida de modo eficiente. Além do mais, é possí-vel aumentar a contribuição do calor do arco para o aumento na pressão dacâmara de sopro. No entanto, o mecanismo de ajuste de passagem de gásemprega a estrutura de diafragma em íris usado em uma câmera ou similar.Sendo assim, o número de componentes do mecanismo de ajuste de passa-gem de gás aumenta. Além do mais, como os componentes do mecanismode ajuste de passagem de gás trabalham em conjunto um com o outro, levatempo para ajustar ou montar o mecanismo de ajuste de passagem de gáspara assegurar a operação suave dos componentes. Logo, o problema éque, quanto aos elementos que trabalham para suprimir a quantidade dofluxo de gás oriundo do bocal isolante, os custos de produção são altos.

Breve Sumário da Invenção

A presente invenção foi feita para solucionar os problemas aci-ma. O objetivo da presente invenção é proporcionar um disjuntor com isola-mento a gás que possa contribuir para estender a vida do produto e reduzir oimpacto sobre o ambiente, levar a uma redução do tamanho e custos meno-res e conseguir alto desempenho de abertura e alta confiabilidade.

Para atingir o objetivo, a presente invenção proporciona um dis-juntor com isolamento a gás compreendendo: um recipiente vedado preen-chido com um gás; um par de contatos construídos de modo a serem conec-tados e separados um do outro conforme desejado no recipiente vedado; ummeio de geração de fluxo de gás para soprar o gás sobre um arco geradoquando os contatos são separados, sendo que o meio de geração de fluxode gás inclui: ao menos um espaço de acúmulo de pressão, ao menos ummeio de aumento de pressão para aumentar a pressão do espaço de acú-mulo de pressão, ao menos uma passagem de gás que conecte o espaço deacúmulo de pressão ao arco e um bocal isolante que controle o fluxo do gásdesde o espaço de acúmulo de pressão para levar o gás até o arco; um e-lemento interno ao bocal isolante disposto coaxialmente com relação ao bo-cal isolante no interior do bocal isolante, em que o arco é gerado em um es-paço entre uma seção de parede interna do bocal isolante e uma seção deparede externa do elemento interno de bocal isolante e o gás flui no espaço.

De acordo com a presente invenção que tem a configuração a -cima, como o elemento interno ao bocal isolante é disposto no bocal isolan-te, o arco a alta temperatura gerado no momento da operação de aberturaestá em contato não apenas com a seção de parede interna do bocal isolan-te mas com a seção de parede externa do elemento interno ao bocal isolan-te. Logo, o arco é resfriado estruturalmente. Assim, é possível assegurarexcelente desempenho de abertura mesmo quando o gás com menos de-sempenho de resfriamento é usado e o gás que tem menos impacto sobre oambiente pode ser usado. Logo, enquanto o desempenho de abertura émantido a um nível satisfatório, consegue-se a harmonia com o ambiente.

Além do mais, como o elemento interno ao bocal isolante é in-corporado ao bocal isolante, a área da seção transversal da passagem degás é tornada menor. Assim, é possível reduzir a quantidade de fluxo de gásque sai do espaço de acúmulo de pressão, fazendo mais uso do calor dogás no aumento da pressão do espaço de acúmulo de pressão. Além disso,como o diâmetro interno do bocal isolante não precisa ser estreitado, não énecessário reduzir o diâmetro dos elementos no interior do bocal isolante.

Como resultado, é possível assegurar a durabilidade dos ele-mentos no interior do bocal isolante e estender a vida do produto. Além domais, como nada é reduzido a diâmetro com tamanho extremamente peque-no, a geração de um alto campo elétrico é evitada. A distância de separaçãoe a velocidade de separação são suprimidas e é possível diminuir o tamanhoe reduzir a energia de acionamento. Além do mais, o elemento interno aobocal isolante que realiza tais efeitos, tem uma estrutura simples e é coaxialcom relação ao bocal isolante. O número de elementos do elemento internoao bocal isolante é muito menor do que um mecanismo de ajuste de passa-gem de gás que tenha uma estrutura de diafragma em íris. Em adição, o e-lemento interno ao bocal isolante não tem partes móveis. Logo, os custos deprodução são extremamente baixos e consegue-se um excelente nível deeficiência econômica

De acordo com a presente invenção, o disjuntor com isolamentoa gás tem uma estrutura extremamente simples em que o elemento internocoaxial ao bocal isolante é disposto no bocal isolante, contribuindo para es-tender a vida do produto e reduzir o impacto sobre o ambiente, levando àredução no tamanho e custos menores, e obtendo melhor desempenho deabertura e alta confiabilidade.

Breve Descrição dos Desenhos

As características e vantagens acima e outras da presente in-venção se tornarão aparentes a partir da discussão abaixo de suas modali-dades ilustrativas específicas apresentadas em conjunto com os desenhosanexos, em que:

a figura 1 é um diagrama estrutural de um bocal isolante de a-cordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

a parte superior da figura 2 é uma vista em corte transversal ra-dial de uma seção de gargalo de um bocal isolante do disjuntor com isola-mento a gás da primeira modalidade da presente invenção e a parte inferiorda figura 2 é um diagrama que ilustra a distribuição de temperatura no interi-or da seção de gargalo;

a figura 3 é um diagrama estrutural de um disjuntor com isola-mento a gás de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

a figura 4 é um diagrama estrutural de um disjuntor com isola-mento a gás de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção;

a figura 5 é um diagrama estrutural de um disjuntor com isola-mento a gás, de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção,em que a parte superior da figura 5 acima do eixo geométrico central ilustraum estado (estado fechado) em que o disjuntor com isolamento a gás é liga-do e parte inferior da figura 5 ilustra um estado durante o processo de aber-tura;

a figura 6 é um diagrama estrutural geral de um disjuntor comisolamento a gás tipo soprador convencional;

a figura 7 é uma vista ampliada de uma parte do disjuntor comisolamento a gás do tipo soprador convencional perto de um arco; e

a parte superior da figura 8 é uma vista em corte transversal ra-dial de uma seção de gargalo de um bocal isolante de um disjuntor com iso-lamento a gás do tipo soprador e a parte inferior da figura 8 é um diagramaque ilustra a distribuição de temperatura no interior da seção de gargalo.

Descrição Detalhada da Invenção

A seguir, descreve-se em detalhes um exemplo de um disjuntorcom isolamento a gás, de acordo com as modalidades da presente invençãocom referência aos desenhos. Incidentalmente, os componentes iguais à-queles descritos como técnicas convencionais nas figuras 6 a 8, são denota-dos pelos mesmos símbolos de referência e não serão descritos.

1. Primeira Modalidade

Configuração

Uma primeira modalidade da presente invenção será descritacom referência às figuras 1 e 2. A figura 1 ilustra uma situação perto de umarco durante a operação de abertura de um disjuntor com isolamento a gás.Como os componentes do disjuntor com isolamento a gás são simétricos emtorno de um eixo geométrico de simetria, a figura 1 ilustra apenas a metadesuperior do disjuntor com isolamento a gás acima do eixo geométrico cen-trai.

A parte do disjuntor com isolamento a gás não ilustrada na figura1 tem a mesma configuração que o disjuntor com isolamento a gás conven-cional de um tipo que faz uso ativamente da energia térmica do arco 8 paraaumentar a pressão da câmara de sopro 5. Um diagrama no lado superiorda figura 2 é uma vista em corte transversal da seção de gargalo 6b do bocalisolante 6 ao longo da direção radial e um diagrama no lado inferior ilustra adistribuição de temperatura no interior da seção de gargalo 6b.

A característica mais diferente na configuração entre o disjuntorcom isolamento a gás convencional e aquela da primeira modalidade é queum elemento interno ao bocal isolante cilíndrico 32a é proporcionado no bo-cal isolante 6 de modo a manter uma relação coaxial com o bocal isolante 6.

Além do mais, de acordo com a presente modalidade, como a passagem degás 61a do bocal isolante 6 fica intercalada ao diâmetro externo φΙ do ele-mento interno ao bocal isolante 32a e o diâmetro interno cpN2 da seção degargalo 6b do bocal isolante 6, a passagem de gás 61a tem o formato de umtubo (um anel). O arco 8 que ocorre na passagem de gás 61a tem substan-cialmente o formato de um anel (cilindro oco).

Como o bocal isolante 6, o elemento interno ao bocal isolante32a é feito de materiais isolantes que podem resistir ao arco 8 em alta tem-peratura, como o politetrafluoroetileno e similares. A seção de extremidadefrontal do contato de formação de arco fixo 7a dá face para o contato deformação de arco móvel 7b. O elemento interno ao bocal isolante 32a é fir-memente colado à face de extremidade da seção de extremidade frontal. Emtorno da superfície colada entre o elemento interno ao bocal isolante 32a e ocontato de formação de arco fixo 7a, uma seção de extremidade frontal 7c éassim formado de modo a se estender na direção do contato de formação dearco móvel 7b.

Ou seja, na superfície colada entre o elemento interno ao bocalisolante 32a e o contato de formação de arco fixo 7a, existe uma seção deponta de sobreposição tripla 33 onde os seguintes três meios estão em con-tato um com o outro: o contato de formação de arco fixo 7a, que é feito demetal, o elemento interno ao bocal isolante 32a, que é um corpo isolante, e ogás de extinção de arco 2. A seção de ponto de sobreposição tripla 33 é po-sicionada mais fundo do que a seção de extremidade frontal 7c do contatode formação de arco fixo 7a (no lado esquerdo da seção de extremidadefrontal 7c na figura 1).

Além do mais, o diâmetro externo φΙ do elemento interno ao bo-cal isolante 32a tem tamanho menor do que o diâmetro interno <pM2 do con-tato de formação de arco móvel 7b. De acordo com a presente modalidade,caso se assuma que o diâmetro interno da seção de gargalo 6b do bocalisolante 6 e o diâmetro externo do contato de formação de arco fixo 7a sãoφΝ2 e (pF2, respectivamente, a relação φΝ2 > cpF2 > φΜ2 permanece inalte-rada, dada a certeza do contato e estado de condução entre os contatos deformação de arco 7a e 7b. Logo, a relação φΝ2 > <pF2 > φΜ2 > φΙ é obtida.Se descrita pelo nome dos elementos, a relação dos tamanhos é conformesegue: [bocal isolante 6] > [contato de formação de arco fixo 7a] > [contatode formação de arco móvel 7b] > [elemento interno ao bocal isolante 32a].

Aqui, assume-se que o diâmetro interno φΝ2 da seção de garga-lo 6b do bocal isolante 6 é substancialmente igual ao diâmetro interno N1 daseção de gargalo 6b do bocal isolante convencional 6. Como o elementointerno ao bocal isolante 32a é incorporado ao bocal isolante 6, a área daseção transversal da passagem S2 da passagem de gás 61 é, por conse-guinte, menor do que a área da seção transversal da passagem S1 da pas-sagem de gás convencional 6a.Incidentalmente, nem todos os bocais isolantes 6, contatos deformação de arco 7a e 7b e elemento interno ao bocal isolante 32a podemser simétricos em torno de um eixo geométrico de simetria. Ou seja, nemsempre o bocal isolante 6, os contatos de formação de arco 7a e 7b e o ele-mento interno ao bocal isolante 32a podem ter seção transversal circular.Mesmo que os elementos não sejam simétricos em torno de um eixo geomé-trico de simetria, a relação descrita acima φΝ2 > φF2 > φΜ2 > φΙ permaneceinalterada e grande em termos das dimensões, assegurando assim a opera-ção de fechamento (ligar) do disjuntor com isolamento a gás.

Operação e Vantagens

A vantagem da primeira modalidade que tem a configuração a -cima é que o desempenho de resfriamento do arco 8 é aumentado. O de-sempenho de resfriamento do arco 8 é aumentado por causa do aperfeiço-amento da configuração sem depender da capacidade de resfriamento dogás de extinção de arco 2. Ou seja, o arco 8 que flameja entre os contatosde formação de arco 7a e 7b acende na passagem de gás em formato detubo 61a formada entre o bocal isolante 6 e o elemento interno ao bocal iso-lante 32a. Neste momento, o bocal isolante 6 e o elemento interno ao bocalisolante 32a são firmemente fixados e mantidos assim, tal que a relação co-axial entre os mesmos seja mantida.

Sendo assim, o arco 8 não força para um lado e acende coaxi-almente na passagem de gás 61a, conforme está ilustrado na parte superiorda figura 2. Ou seja, o arco 8 que acende no interior da passagem de gás61a tem o formato de um anel e o fluxo de gás 10c atinge o arco 8 a partirdos lados externo e interno da circunferência. Um diagrama sobre o ladoinferior da figura 2 mostra a distribuição de temperatura na seção de gargalo6b do bocal isolante 6 no caso acima.

Ou seja, o arco 8 é mais resfriado conforme aumenta o tamanhode uma área onde a parte a alta temperatura do arco 8 e o fluxo de gás abaixa temperatura 10c, que flui em torno do arco 8, estão em contato umcom o outro. De acordo com a estrutura convencional ilustrada na afirmação8, a parede interna do bocal isolante 6 e a periferia do arco 8 estão em con-tato entre si. No caso da primeira modalidade, a parede interna do bocal iso-lante 6 e a periferia do arco 8 estão em contato entre si de maneira similar ea superfície da parede externa do elemento interno ao bocal isolante 32a e asuperfície interna do arco 8 também estão em contato entre si. Ou seja, aárea onde a parte a alta temperatura do arco 8 e o gás a baixa temperaturado arco 8 estão em contato uma com a outra, é quase duas vezes maior doque no caso convencional. Logo, o desempenho de abertura é dramatica-mente melhorado.

De acordo com a primeira modalidade, o desempenho de resfri-amento do arco 8 pode ser melhorado estruturalmente, conforme descritoacima, obtendo-se assim excelente desempenho de abertura. Além do mais,o fato de o desempenho de abertura ter melhorado graças ao aperfeiçoa-mento no desempenho de resfriamento do arco 8 significa que se o mesmograu de desempenho de abertura que no caso convencional for buscado, épossível diminuir a pressão de sopro para o arco 8, isto é, a pressão da câ-mara de sopro 5. A redução na pressão da câmara de sopro 5 leva a umadiminuição na força de reação de acionamento aplicada ao pistão 3. Logo, aenergia de acionamento pode ser reduzida.

Além do mais, a vantagem principal da primeira modalidade éque a área da seção transversal da passagem S2 é reduzida graças ao ele-mento interno ao bocal isolante 32a com uma configuração extremamentesimples. Ou seja, como os elementos que tornam possível reduzir a área daseção transversal da passagem S2, o elemento interno ao bocal isolantecilíndrico 32a, que são incorporados coaxialmente ao bocal isolante 6, é em-pregado ao invés dos elementos complexos como a estrutura de diafragmaem íris convencional descrita no Documento de Patente 4. Logo, os custosde produção podem ser reduzidos e aumenta a eficiência econômica.

Além do mais, a quantidade do fluxo de gás 10c que sai da câ-mara de sopro 5 é suprimida pela redução no tamanho da área de seçãotransversal de passagem S2, aumentando assim a contribuição da energiatérmica do arco 8 para o aumento na pressão da câmara de sopro 5. Logo,de acordo com a primeira modalidade, pode-se assegurar contribuição sufi-ciente da energia térmica do arco 8.

Além do mais, o disjuntor com isolamento a gás da primeira mo-dalidade é projetado para realizar a relação <pN2 > cpF2 > cpM2, ou, se descri-ta pelo nome dos elementos, [bocal isolante 6] > [contato de formação dearco fixo 7a] > [contato de formação de arco móvel 7b]. Sendo assim, quan-do a seção de contato móvel 22 é comutada do estado de contato separadopara o estado de contato fechado na operação de ligação ou de fechamento,os componentes não têm interferência uns sobre os outros e a operação deligação prossegue sem problema.

Além do mais, de acordo com a primeira modalidade, quando aárea da seção transversal da passagem S2 é tornada pequena, os diâmetros(pF2 e φΜ2 dos contatos de formação de arco 7a e 7b não são tornados pe-quenos. Logo, mais energia térmica do arco 8 é usada para aumentar apressão da câmara de sopro 5 e a redução na durabilidade dos contatos deformação de arco 7a e 7b pode ser evitada, mesmo que os diâmetros dimi-nuam.

Sendo assim, a durabilidade dos contatos de formação de arco7a e 7b aumenta. Em adição, o aumento no campo elétrico nas pontas doscontatos de formação de arco 7a e 7b pode ser suprimido. Logo, não é ne-cessário aumentar a distância de separação entre os contatos de formaçãode arco 7a e 7b e a velocidade de separação como no caso convencional.

Como resultado, no disjuntor com isolamento a gás que podefazer uso ativamente da energia térmica do arco 8 para aumentar a pressãoda câmara de sopro 5, a extensão da distância pela qual a seção de contatomóvel 22 se move, pode ser evitada e a velocidade de separação pode sermantida no mesmo nível que no caso convencional. Também é possível re-duzir o tamanho do dispositivo e reduzir a energia de acionamento. Destamaneira, de acordo com a primeira modalidade, é possível solucionar simul-taneamente os problemas conflitantes, isto é, a redução na energia de acio-namento devido ao uso do calor do arco 8 e a deterioração na durabilidadedos contatos de formação de arco 7a e 7b. A redução do tamanho do dispo-sitivo e a extensão da vida do produto são possíveis simultaneamente.Incidentalmente1 de acordo com a primeira modalidade, a áreada seção transversal da passagem S2 da passagem de gás 61a é definidaligeiramente maior do que a área da seção transversal da passagem S1 dodisjuntor com isolamento a gás convencional. Isso é porque, no bocal isolan-te 6 da primeira modalidade, o fluxo de gás 10c que flui através da passa-gem de gás 61a é afetado não apenas pelo atrito com a parede interna daseção de gargalo 6b do bocal isolante 6, como no caso convencional, mastambém pelo atrito com o lado da parede externa do elemento interno aobocal isolante 32a.

Sendo assim, dado o quanto o atrito afeta, é desejável que aárea da seção transversal S2 seja definida maior, tal que a quantidade efeti-va do fluxo de gás 10c esteja no mesmo nível que no caso da área da seçãotransversal S1 da passagem de gás convencional 6a em termos de mecâni-ca dos fluidos. Logo, os diâmetros cpF2 e φΜ2 dos contatos de formação dearco 7a e 7b não precisam ser reduzidos e a combinação mais apropriadapode ser realizada em termos de durabilidade e de diâmetro dos elementos.

Assim, a eficiência econômica e a confiabilidade são adicionalmente melho-radas.

Além do mais, de acordo com a primeira modalidade, o arco aalta temperatura 8 está em contato não apenas com o bocal isolante 6, comotambém com o elemento interno ao bocal isolante 32a. Assim, mais corposisolantes estão expostos ao calor do arco 8 em comparação com o disjuntorcom isolamento a gás convencional e a quantidade do gás de ablação 31 aser gerada aumenta. Por conseguinte, a pressão da câmara de sopro 5 au-menta ainda mais graças não apenas à energia térmica do arco 8, mas tam-bém ao aumento na quantidade do gás de ablação 31 a ser gerado. Comoresultado, a contribuição do efeito compressivo mecânico diminuir na obten-ção do mesmo nível da pressão de sopro, e a energia de acionamento podeser reduzida.

Na superfície colada entre o elemento interno ao bocal isolante32a e o contato de formação de arco fixo 7a, existe a seção do ponto de so-breposição tripla 33 onde os seguintes três meios estão em contato um como outro: ο elemento interno ao bocal isolante 32a, que é um corpo isolante, ocontato de formação de arco fixo 7a, que é feito de metal e o gás de extinçãode arco 2. Se for aplicada voltagem à seção do ponto de sobreposição tripla33, a seção do ponto de sobreposição tripla 33 se torna um ponto fraco emtermos de isolamento elétrico por causa do extremo aumento do campo elé-trico.

De acordo com a primeira modalidade, a seção do ponto de so-breposição tripla 33 está posicionado mais fundo do que a seção de extre-midade frontal 7c do contato de formação de arco fixo 7a. Graças ao efeitode blindagem eletrostática da seção de extremidade frontal 7c do contato deformação de arco fixo 7a, o aumento do campo elétrico pode ser evitado,assegurando assim um excelente nível de segurança.

Conforme descrito acima, de acordo com a primeira modalidade,o elemento interno ao bocal isolante 32a, de baixo custo, é proporcionado nobocal isolante 6. Logo, é possível obter um nível excelente de desempenhode resfriamento e estender a vida do produto ao limitar a redução do diâme-tro dos contatos de formação de arco 7a e 7b.

(2) Segunda Modalidade

Configuração

Será descrita uma segunda modalidade da presente invençãoem detalhes, com referência à figura 3. A figura 3 ilustra uma situação pertode um arco durante a operação de abertura de um disjuntor com isolamentoa gás. Como os componentes do disjuntor com isolamento a gás são simé-tricos com relação a um eixo geométrico de simetria, a figura 3 ilustrará ape-nas a metade superior do disjuntor com isolamento a gás acima do eixo ge-ométrico central.

A configuração da segunda modalidade é basicamente igual à-quela da primeira modalidade, exceto pela seguinte característica. Ou seja,conforme é mostrado na figura 3, uma blindagem de enfraquecimento docampo elétrico 36 é proporcionada no centro da seção de extremidade fron-tal do contato de formação de arco 7a. A blindagem de enfraquecimento docampo elétrico 36 é embutida em um elemento interno ao bocal isolante 32b.Incidentalmente1 o número de referência 35 denota um suporte de haste fi-xado à haste oca 11.

De acordo com a segunda modalidade, o elemento interno aobocal isolante 32b tem uma estrutura oca em que um orifício 37 é formado.

Uma haste de orientação 34, que é fixada na seção de contato móvel 22, éproporcionada ao longo do orifício 37, tal que a haste de orientação 34 pos-sa deslizar. A haste de orientação 34, o orifício 37 do elemento interno aobocal isolante 32b, a superfície periférica do elemento interno ao bocal iso-lante 32b e a seção de gargalo 6b do bocal isolante 6, estão todas dispostascoaxialmente.

Como no caso convencional, os materiais base do elemento in-terno ao bocal isolante 32b são materiais isolantes como politetrafluoroetile-no. Pó de BN (nitreto de boro) ou similar é adicionado ao elemento internoao bocal isolante 32b. O pó tem alta ação de reflexo para raios ultravioletaemitidos pelo arco. Além do mais, aditivos de pigmento, como o pó de Ti2-CoO-NiO-ZnO ou CoO-AI2O3-Cr2O3, são adicionados ao elemento interno aobocal isolante 32b. Os aditivos de pigmento são excelentes na absorção dointervalo visível da luz. Os aditivos são a característica especial do elementointerno ao bocal isolante 32b.

Além do mais, o gás de extinção de arco 2 usado aqui, no GlobalWarming Potential (que é uma medida de quanto um gás contribui para oaquecimento global com relação ao gás CO2, cujo GWP é 1), é menor doque o gás SF6. Considera-se haver muitos candidatos que têm menos im-pacto sobre o ambiente e que podem substituir o SF6. Aqui, o gás N2, nãoinflamável e barato, é usado como um exemplo. O gás N2 tem pouco impac-to sobre o ambiente e nenhuma toxicidade.

Operação e Vantagens

De acordo com a segunda modalidade, como o elemento internoao bocal isolante 32b é proporcionado, o desempenho de resfriamento doarco 8 é melhorado estruturalmente. Logo, é possível assegurar o mesmonível excelente de desempenho de abertura que o gás SF6, mesmo que ogás substituto, com menor desempenho de resfriamento, como N2 ou C02,seja usado como o gás de extinção de arco 2. Ou seja, o gás que tem me-nos impacto sobre o ambiente pode ser usado como o gás de extinção dearco 2. Consequentemente, enquanto o desempenho de abertura é mantidoa um nível satisfatório, a quantidade de gás SF6 usado pode ser reduzidapara aumentar a harmonia com o meio ambiente.

Além do mais, de acordo com a segunda modalidade, as seguin-tes vantagens preferíveis também são obtidas. Ou seja, graças ao efeito deblindagem eletrostática da blindagem de enfraquecimento do campo elétrico36 proporcionada no centro da extremidade frontal do contato de formaçãode arco 7a, o campo elétrico da seção de extremidade frontal 7c do contatode formação de arco fixo 7a e o campo elétrico da seção do ponto de sobre-posição tripla 33 são reduzidos. Logo, a distância de separação necessáriados contatos de formação de arco 7a e 7b, isto é, a distância de movimentoda seção de contato móvel 22 e a velocidade de separação dos contatos deformação de arco 7a e 7b, podem ser mais reduzidas ainda. Assim, o efeitode redução da energia de acionamento aumenta ainda mais.

Além do mais, cada um dos componentes vibra significativamen-te no momento de interrupção do arco 8 devido ao acionamento da seção decontato móvel 22 e ao fluxo de gás a alta pressão 10c. No entanto, de acor-do com a segunda modalidade, a haste de orientação 34 desliza ao longo doorifício 37 no elemento interno ao bocal isolante 32b, assegurando que oelemento interno ao bocal isolante 32b seja suportado no momento da ope-ração de abertura. Logo, a relação coaxial entre o elemento interno ao bocalisolante 32b e a seção de gargalo 6b do bocal isolante 6 é mantida.

Por conseguinte, mesmo que cada um dos componentes vibreno momento de interrupção do arco 8, o arco 8 não tende para um lado, epode-se obter desempenho estável de abertura. Além do mais, no momentoda operação de ligação, o contato de formação de arco fixo 7a não se moveporque o contato de formação de arco fixo 7a é suportado pela haste de ori-entação 34. Logo, a seção de gargalo 6b do bocal isolante 6 não esfrega edanifica a seção de extremidade frontal 7c, obtendo assim um excelente ní-vel de segurança.Além do mais, conforme descrito acima, após ser exposto aoarco a alta temperatura 8, o qual atinge diversas dezenas de milhares de Kem torno de um pico de corrente de curto, o elemento interno ao bocal iso-Iante 32b funde e é gaseificado no processo de interrupção do arco 8, pro-duzindo o gás de ablação 31. Neste momento, existe a possibilidade de ocarbono incluindo no bocal isolante 6 ser liberado e separado pela forte açãodos raios ultravioleta oriundos do arco 8. Se o carbono livre for separado doelemento interno ao bocal isolante 32b, a condutividade do carbono livreameaça o isolamento elétrico entre os contatos de formação de arco 7a e 7b.

Logo, de acordo com a segunda modalidade, pó de BN (nitretode boro) ou similar é adicionado ao elemento interno ao bocal isolante 32b.O pó tem alta ação de reflexão para raios ultravioleta. Assim, é possível im-pedir que os raios ultravioleta entrem no elemento interno ao bocal isolante32b a partir do arco 8. Assim, é possível suprimir a geração do carbono livre,melhorando o isolamento elétrico entre os contatos de formação de arco 7ae 7b.

Além do mais, de acordo com a segunda modalidade, aditivosde pigmento como Ti2-CoO-NiO-ZnO, CoO-AI203-Cr203 são adicionadosao elemento interno ao bocal isolante 32b, em que os aditivos de pigmentosão excelentes na absorção do intervalo da luz visível. Deste modo, o ele-mento interno ao bocal isolante 32b pode absorver, eficientemente, a ener-gia do arco do intervalo da luz visível.

Consequentemente, uma quantidade maior do gás de ablação31 é gerada, contribuindo para o aumento na pressão da câmara de sopro 5.Por conseguinte, a razão de contribuição de compressão mecânica declinaainda mais na obtenção do mesmo nível de pressão de sopro e a energia deacionamento é mais reduzida ainda.

De acordo com a segunda modalidade, o gás N2 é usado comoo gás de extinção de arco. Neste caso, o desempenho de resfriamento doarco 8 pode declinar em comparação com o gás SF6 porque o gás N2 e ogás SF6 têm propriedades físico-quimicas diferentes. No entanto, de acordocom a segunda modalidade, conforme descrito na primeira modalidade, aárea onde a parte a alta temperatura do arco 8 e o gás a baixa temperatura,em torno do arco 8, estão em contato uma com a outra, aumenta significati-vamente de tamanho em comparação com a estrutura convencional, o queleva a uma melhora dramática no desempenho de resfriamento do arco 8.Mesmo que o gás N2 seja usado, evita-se a deterioração no desempenho deabertura.

De acordo com a segunda modalidade descrita acima, em adi-ção aos efeitos da primeira modalidade, os seguintes efeitos são obtidos: oefeito de reduzir o impacto sobre o ambiente, graças ao uso de gás N2 ousimilar como o gás de extinção de arco 2, o efeito de blindagem eletrostáticada blindagem de enfraquecimento do campo elétrico 36 e o efeito de estabi-lidade da operação oriundo da haste de orientação 34. Assim, aumenta aharmonia com o meio ambiente, a energia de acionamento é reduzida e me-Ihora a segurança.

Além do mais, como o pó que tem alta ação de reflexão pararaios de ultravioleta é adicionado ao elemento interno ao bocal isolante 32b,é possível suprimir a geração do carbono livre, obtendo-se o alto nível deconfiabilidade no isolamento. Além do mais, como são adicionados os aditi-vos de pigmento ao elemento interno ao bocal isolante 32b, a energia doarco do intervalo visível de luz é eficientemente absorvida e a quantidade dogás de ablação 31 a ser gerada aumenta. Assim, a pressão da câmara desopro 5 aumenta, o que leva a uma melhora no desempenho de abertura.

(3) Terceira Modalidade

Configuração

Será descrita uma terceira modalidade da presente invençãocom referência à figura 4. A figura 4 ilustra uma situação perto de um arcodurante a operação de abertura de um disjuntor com isolamento a gás. Co-mo os componentes do disjuntor com isolamento a gás são simétricos comrelação a um eixo geométrico de simetria, a figura 4 ilustra apenas a metadesuperior do disjuntor com isolamento a gás acima do eixo geométrico cen-tral.Como a configuração característica da terceira modalidade, odisjuntor com isolamento a gás é equipado com um elemento interno ao bo-cal isolante 32c tendo um afilamento 38. O afilamento 38 tem diâmetro es-pesso em torno do centro do elemento interno ao bocal isolante 32c e é for-mado em uma curva, de modo a se tornar mais fino na direção da seção deextremidade.

Ou seja, o elemento interno ao bocal isolante 32c, sobre o qual oafilamento 38 é formado, não tem diâmetro uniforme ao longo da direçãoaxial. Logo, a passagem de gás 61c do bocal isolante 6 da terceira modali-dade, muda de tamanho conforme muda o diâmetro do elemento interno aobocal isolante 32c.

Operação e Vantagens

A seguir estão as vantagens únicas obtidas na terceira modali-dade acima. Conforme descrito acima, o elemento interno ao bocal isolante32a da primeira modalidade tem o formato de um cilindro. Logo, a despeitodo grau de separação dos contatos de formação de arco 7a e 7b, a área daseção transversal da passagem cilíndrica S2, formada pelo diâmetro externoφΙ do elemento interno ao bocal isolante 32a e o diâmetro interno cpN2 daseção de gargalo 6b do bocal isolante 6, sempre permanece inalterada naprimeira modalidade (vide a figura 1).

Por outro lado, de acordo com a terceira modalidade, como oafunilamento 38 é formado no elemento interno ao bocal isolante 32c, o diâ-metro externo do elemento interno ao bocal isolante 32c e o tamanho dapassagem de gás 61c mudam, dependendo do grau de separação dos con-tatos de formação de arco 7a e 7b. Assim, a área da seção transversal depassagem S2 pode ser arbitrariamente mudada. Ou seja, a estrutura depassagem no interior do bocal isolante 6 pode ser mudada a cada momentode uma maneira flexível. Em qualquer dado momento, a quantidade da taxade fluxo de gás que flui através da passagem de gás 61c do bocal isolante 6pode ser ajustada. Sendo assim, o desempenho de abertura melhora aindamais.

Por exemplo, quando o grau de separação dos contatos de for-mação de arco 7a e 7b for pequeno devido ao fato de os contatos de forma-ção de arco 7a e 7b terem acabado de começar a separar, a passagem degás 6c para o contato de formação de arco fixo 7a é limitada, promovendo aentrada do calor do arco 8 na câmara de sopro 5. Então, quando o grau deseparação dos contatos de formação de arco 7a e 7b se torna grande noestágio posterior do processo, a passagem de gás 61c se torna prontamentegrande em torno do contato de formação de arco fixo 7a e o contato de for-mação de arco móvel 7b, promovendo a descarga de calor a partir do arco 8.

Desta maneira, o desempenho de resfriamento do arco 8 melhora aindamais e o desempenho de abertura melhora ainda mais.

Incidentalmente, o formato do afunilamento 38 do elemento in-terno ao bocal isolante 32c pode ser mudado quando necessário. A estruturada passagem de gás 61c é projetada, de maneira adequada, dependendo decada grau de separação dos contatos de formação de arco 7a e 7b, impe-dindo assim que o calor que sai do arco 8 queime os componentes. Em adi-ção, é possível obter uma série de vantagens preferíveis.

(4) Quarta Modalidade

Configuração

Será descrita em detalhes uma quarta modalidade da presenteinvenção com referência à figura 5. Conforme é mostrado na figura 5, oscomponentes de um disjuntor com isolamento a gás são simétricos em tornode um eixo geométrico de simetria. A parte superior da figura 5 acima doeixo geométrico central ilustra um estado (estado fechado) em que o disjun-tor com isolamento a gás é ligado e a parte inferior da figura 5 ilustra um es-tado durante o processo de abertura.

De acordo com a primeira a terceira modalidades descritas aci-ma, os elementos internos ao bocal isolante 32a a 32c são assim formadosde modo a serem conectados aos contatos de formação de arco fixos 7a. Noentanto, a mesma funcionalidade pode ser obtida mesmo que os elementosinternos ao bocal isolante 32a a 32c sejam conectados à seção de contatomóvel 22. Logo, de acordo com a quarta modalidade, um elemento internoao bocal isolante 32d é firmemente fixado por um suporte 35 da haste ocamóvel 11 (vide a figura 5). Como aqueles da primeira a terceira modalidadesdescritas acima, o elemento interno ao bocal isolante 32d é assim formadode modo a manter uma relação coaxial com a seção de gargalo 6b do bocalisolante 6.

Além do mais, de acordo com a quarta modalidade, como umelemento correspondente ao contato de formação de arco fixo convencional,um contato de formação de arco oposto 7d é fornecido. O contato de forma-ção de arco oposto 7d é assim formado de modo a ser acionado em umadireção oposta à seção de contato móvel 22 com a ajuda do elemento inter-no ao bocal isolante 32d. Muitas outras versões de tal configuração específi-ca são possíveis. Aqui, conforme é mostrado na figura 5, são proporciona-das cremalheiras 38 no elemento interno ao bocal isolante 32d e contato deformação de arco oposto 7d. O contato de formação de arco oposto 7d semove em uma direção oposta ao contato de formação de arco móvel 7b coma ajuda de pinhões 87.

Operação e Vantagens

As vantagens básicas obtidas pela quarta modalidade que tem aconfiguração acima são as mesmas das primeira a terceira modalidadesdescritas acima. No entanto, a quarta modalidade tem as seguintes vanta-gens únicas. Ou seja, como os contatos de formação de arco 7a e 7b semovem um com relação ao outro, é necessária menos energia de aciona-mento para obter a mesma velocidade de separação dos contatos de forma-ção de arco 7a e 7b. Conforme é mostrado na figura 5, a distância movidarelativa entre a seção de contato fixa 21 e a seção de contato móvel 22 é asoma da distância movida L1 da seção de contato fixa 21 e a distância mo-vida L2 da seção de contato móvel 22. Por exemplo, quando a velocidade deseparação "100" por segunda é necessária, o contato de formação de arcomóvel 7b e o contato de formação de arco oposto 7d se separam, cada um àvelocidade de "50", contribuindo para a redução na energia de acionamentonecessária.

Além do mais, para realizar a configuração acima, uma estruturamecânica para acionamento oposto é necessária. Assim, é necessário pro-porcionar o mecanismo de acionamento em ambos os lados ou um meca-nismo de ligação complexo. Entretanto, de acordo com a presente modali-dade, uma estrutura mecânica é dotada do uso do elemento interno ao bocalisolante 32d posicionado no centro do disjuntor com isolamento a gás. As-sim, a estrutura mecânica para acionamento oposto pode ser extremamentesimplificada, e a vantagem é que a configuração pode ser simplificada.

(5) Outras Modalidades

A presente invenção não está limitada às modalidades descritasacima. A configuração de cada um dos componentes, o número de compo-nentes a serem dispostos e algo similar, pode ser selecionado quando fornecessário. Por exemplo, quanto a um gás que preencha o recipiente veda-do, um gás simples ou misturado, que tenha o Global Warming Potentialmenor do que o SF6 e que esteja em uma fase de gás a, pelo menos, umaatmosfera ou mais e a 20 graus Celsius ou menos, é desejável, dado o im-pacto sobre o meio ambiente. Além do mais, como um material que é adicio-nado ao elemento interno ao bocal isolante, é desejável que tenha alta açãode reflexão para raios ultravioleta e que seja excelente na absorção do inter-valo de luz visível até o intervalo ultravioleta, uma resina de resistência tér-mica misturada com aditivos que sejam melhores do que o politetrafluoroetiIeno

Além do mais, as características das modalidades descritas aci-ma podem ser combinadas.

Claims (11)

1. Disjuntor com isolamento a gás que compreende:um recipiente vedado preenchido com gás;um par de contatos construídos de tal modo que são conectadose separados entre si, conforme desejado, no recipiente vedado;um meio de geração de fluxo de gás para soprar o gás sobre umarco gerado quando os contatos são separados, sendo que o meio de gera-ção de fluxo de gás inclui: ao menos um espaço de acúmulo de pressão, aomenos um meio de aumento de pressão para aumentar a pressão do espaçode acúmulo de pressão, ao menos uma passagem de gás que conecte oespaço de acúmulo de pressão ao arco e um bocal isolante que controle ofluxo do gás desde o espaço de acúmulo de pressão para levar o gás até oarco;um elemento interno ao bocal isolante disposto coaxialmentecom relação ao bocal isolante no interior do bocal isolante, em queo arco é gerado em um espaço entre uma seção de parede in-terna do bocal isolante e uma seção de parede externa do elemento internoao bocal isolante e o gás flui no espaço.

2. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1, em queo par de contatos, a passagem de gás no interior do bocal iso-lante e o elemento interno ao bocal isolante são substancialmente simétricosem relação a um eixo geométrico de simetria; equando se assume que o diâmetro externo dos contatos, o diâ-metro interno de um outro dos contatos, o diâmetro da passagem de gás nointerior do bocal isolante e o diâmetro externo do elemento interno ao bocalisolante são (pF, φΜ, φΝ e φΙ, respectivamente, existe uma relação φΝ > cpF> φΜ > φΙ.

3. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindicai-ção 1, em que ao menos um do meio de aumento de pressão é realizadopela energia térmica gerada pelo arco.

4. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1, em queo elemento interno ao bocal isolante é conectado a e suportadopor um dos contatos em uma seção de conexão; eum ponto de sobreposição tripla onde três meios que são metalda seção de conexão, o corpo isolante e o gás estão em contato entre si,está posicionada mais fundo do que uma seção periférica do contato.

5. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1,em queo elemento interno ao bocal isolante é inserido em um dos con-tatos para ser conectado e suportado pelo contato;uma blindagem de enfraquecimento do campo elétrico é dispos-ta sobre um eixo central do contato de modo a projetar sobre o elementointerno ao bocal isolante; eo potencial elétrico da blindagem de enfraquecimento do campoelétrico é igual ao potencial elétrico do contato no qual o elemento interno aobocal isolante é inserido.

6. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1,em queé formado um orifício no elemento interno ao bocal isolante nadireção axial; euma haste de orientação, que não se move em nenhuma direçãoque não a direção axial, é assim proporcionada para deslizar ao longo doorifício do elemento interno ao bocal isolante.

7. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1, em queo elemento interno ao bocal isolante é feito de uma resina resis-tente ao calor misturada com aditivos que são melhores do que o politetra-fluoroetileno em termos de ação de reflexão de raios ultravioleta.

8. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1, em queo elemento interno ao bocal isolante é feito de uma resina resis-tente ao calor misturada com aditivos que são melhores do que o politetra-fluoroetileno em termos de absorção do intervalo de luz visível até o intervaloultravioleta.

9. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1, em queo elemento interno ao bocal isolante é simétrico com relação aum eixo geométrico de simetria, e uma seção de afunilamento é assim for-mada sobre o elemento interno ao bocal isolante de modo a não ter diâmetrouniforme ao longo da direção axial.

10. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1,emqueo elemento interno ao bocal isolante é assim conectado e manti-do de modo a se mover da mesma maneira que um dos contatos e tambémé conectado mecanicamente a um outro dos contatos tal que os contatos semovem em direções opostas.

11. Disjuntor com isolamento a gás, de acordo com a reivindica-ção 1,em queo gás e um gás simples ou misturado que tem Global WarmingPotential menor do que o gás hexafluoreto de enxofre e está em uma fasegasosa a uma atmosfera ou mais e a 20 graus Celsius ou menos.