BRPI1002679B1

BRPI1002679B1 - PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRIC SURGE WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILL CONNECTION

Info

Publication number: BRPI1002679B1
Application number: BRPI1002679-7A
Authority: BR
Inventors: Wagner Almeida Barbosa; Ailton Ricaldoni Lobo
Original assignee: Clamper Indústria E Comércio S/A
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2020-11-24
Also published as: BRPI1002679A2

Abstract

Dispositivo para aplicação em quadros de distribuição, incluindo os que contêm medidores de energia ou caixas de passagem de circuitos elétricos de baixa tensão, inserido em invólucro plástico (1) que envolve a cobertura do cabo (25), contendo lâmina perfurante (17) que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante e dispensando o seccionamento; com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra sobretensões transitórias provocadas por descargas atmosféricas próximas à instalação ou chaveamentos no sistema elétrico de potência (apagões); utiliza como elemento de proteção contra surtos um varistor (2) de óxido de zinco associado em série com um sistema exclusivo de desligamento e desconexão da rede elétrica que opera por sobrecorrente ou temperatura em caso de fim de vida útil, evitando assim, explosões ou chamas.Device for application in switchboards, including those that contain energy meters or low voltage electrical circuit boxes, inserted in a plastic housing (1) that surrounds the cable cover (25), containing a perforating blade (17) that results in electrical contact directly in the core without damaging the insulating cover and eliminating the disconnection; with only mechanical configuration of circuit, perforating connection and terminals, it allows the correct actuation of the protection against transient overvoltages caused by atmospheric discharges close to the installation or switching in the electrical power system (blackouts); uses as a surge protection element a zinc oxide varistor (2) associated in series with an exclusive system of disconnection and disconnection from the electrical network that operates by overcurrent or temperature in case of end of life, thus preventing explosions or flames .

Description

A presente patente de invenção se refere a um dispositivo de proteção contra surtos elétricos (DPS) para aplicação em quadros de distribuição, incluindo os que contêm medidores de energia ou caixas de passagem de circuitos elétricos de baixa tensão, inserido em invólucro plástico que envolve a cobertura do cabo, contendo lâmina perfurante que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante e dispensando o seccionamento. O dispositivo, com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra sobretensões transitórias provocadas por descargas atmosféricas próximas à instalação ou chaveamentos no sistema elétrico de potência (apagões). Utiliza como elemento de proteção contra surtos um varistor de óxido de zinco associado em série com um sistema exclusivo de desligamento e desconexão da rede elétrica que opera por sobrecorrente ou temperatura em caso de fim de vida útil, evitando assim, explosões ou chamas.The present invention patent refers to an electrical surge protection device (DPS) for application in distribution boards, including those containing energy meters or low voltage electrical circuit boxes, inserted in a plastic wrap that cable cover, containing a perforating blade that results in electrical contact directly in the core without damaging the insulating cover and dispensing with sectioning. The device, with only mechanical circuit configuration, perforating connection and terminals, allows the correct actuation of the protection against transient overvoltages caused by atmospheric discharges close to the installation or switching in the electrical power system (blackouts). It uses as a protection element against surges a zinc oxide varistor associated in series with an exclusive system of disconnection and disconnection from the electric network that operates by overcurrent or temperature in case of end of life, thus avoiding explosions or flames.

Existem atualmente no mercado vários tipos diferentes de protetores contra surtos elétricos para instalação em quadros de distribuição ou caixas de passagem, todos com o mesmo princípio básico. A técnica praticada para proteção contra surtos elétricos consiste em utilizar módulos montados em caixas plásticas que se encaixam em trilhos tipo DIN ou fixados através de garras compostas por varistores de óxido de zinco, desligadores em série e bornes para conexão direta em barramentos ou através de condutores elétricos. A montagem é feita em um ponto vago do quadro de distribuição de circuito ou dentro de uma caixa de passagem após o medidor de energia. Quando o protetor está atuando, ou seja, drenando as correntes de surto elétrico, o varistor deixa uma tensão chamada de tensão residual, que é variável em função da corrente que circula. Quanto maior for essa corrente, maior será a tensão residual, dada a característica impulsiva da corrente e de atuação dos varistores de óxido de zinco. Como são necessários condutores elétricos para prover as conexões elétricas, a tensão residual total medida será a tensão residual do DPS mais a queda de tensão nos condutores de ligação.There are currently several different types of electrical surge protectors on the market for installation in switchgear or switch boxes, all with the same basic principle. The technique practiced for protection against electrical surges consists of using modules mounted in plastic boxes that fit on DIN rails or fixed through claws composed of zinc oxide varistors, disconnectors in series and terminals for direct connection to busbars or through conductors electrical. The assembly is done in a vacant point of the circuit distribution board or inside a pass box after the energy meter. When the protector is acting, that is, draining the electrical surge currents, the varistor leaves a voltage called residual voltage, which is variable depending on the current that circulates. The greater this current, the greater the residual voltage, given the impulsive characteristic of the current and the performance of the zinc oxide varistors. Since electrical conductors are required to provide electrical connections, the total residual voltage measured will be the residual voltage of the DPS plus the voltage drop in the connecting conductors.

A queda de tensão nos condutores é dada pela seguinte equação: AV = Ldi/dt, onde “AV” é queda de tensão nos condutores de ligação, “di” é variação da corrente no tempo e “dt” o intervalo de tempo. Quanto maior for a variação da corrente no tempo, maior será a queda de tensão nos condutores e, consequentemente, uma elevada tensão residual deixada pelo conjunto DPS e cabos de ligação.The voltage drop in the conductors is given by the following equation: AV = Ldi / dt, where “AV” is voltage drop in the connecting conductors, “di” is the current variation in time and “dt” the time interval. The greater the current variation over time, the greater the voltage drop in the conductors and, consequently, the high residual voltage left by the DPS set and connecting cables.

As normas recomendam comprimentos totais inferiores a 50cm para conexão dos cabos. Comprimentos elevados de condutores diminuem a eficiência da proteção contra surtos colocando a segurança das instalações em risco de danos elétricos.The standards recommend total lengths less than 50cm for connecting cables. Long conductor lengths decrease the efficiency of surge protection, putting the safety of installations at risk of electrical damage.

Os métodos atuais de desconexão de dispositivos de proteção contra surtos através de fusíveis e disjuntores não são eficientes, deixando o equipamento vulnerável, principalmente no final da vida útil dos componentes de proteção contra surtos, tais como varistores, diodos de avalanche e centelhadores.Current methods of disconnecting surge protection devices through fuses and circuit breakers are not efficient, leaving equipment vulnerable, especially at the end of the useful life of surge protection components, such as varistors, avalanche diodes and spark arresters.

A PI0402922-4 - “Dispositivo de desconexão térmica por sobretemperatura e sobrecorrente para aplicação em dispositivos de proteção contra surtos elétricos" - associa em um mesmo componente as características de fusível com atuação precisa para curto circuitos, e um sensor térmico, que em caso de aquecimento no entorno do componente de proteção o sensor térmico efetua a desconexão do componente do circuito.PI0402922-4 - “Thermal overcurrent and overcurrent disconnection device for application in electrical surge protection devices" - combines in the same component the characteristics of a fuse with precise action for short circuits, and a thermal sensor, which in case of heating around the protection component, the thermal sensor disconnects the component from the circuit.

O MU8800537-2 refere-se a invólucro para circuito de proteção contra surtos elétricos”, a ser instalado em linhas de alimentação elétrica, cuja disposição construtiva principal reside na presença de dois polarizadores fêmeas em sua base fixa, possuindo sistemas de fixação através de garras e/ou trilho padrão do mercado.MU8800537-2 refers to an enclosure for circuit protection against electrical surges ”, to be installed in electrical supply lines, whose main constructive arrangement resides in the presence of two female polarizers in its fixed base, having fixation systems through claws and / or industry standard rail.

A PI0502336-0 refere-se a um dispositivo de proteção anti- surtos de tensão com módulo de proteção conectado a aparelho de comando elétrico, elemento protetor para proteção contra surtos e dispositivos separadores conectados a elemento protetor para causar uma separação elétrica e/ou mecânica representativa de falha de elemento protetor.PI0502336-0 refers to a voltage surge protection device with a protection module connected to an electrical control device, a protective element for surge protection and separating devices connected to a protective element to cause an electrical and / or mechanical separation representative of protective element failure.

Diferentemente do objeto da presente patente, os objetos das patentes acima não apresentam o conector perfurante, e os sistemas de desligamento, quando existentes, não se assemelham ao objeto ora descrito. Todos os equipamentos anteriores necessitam de seccionamento do cabo ou adição de condutores para sua instalação.Unlike the object of the present patent, the objects of the above patents do not have a perforating connector, and the disconnection systems, when existing, do not resemble the object now described. All of the previous equipment requires sectioning the cable or adding conductors for its installation.

Com o intuito de solucionar os inconvenientes apontados, foi desenvolvida a presente invenção, que com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra surtos elétricos. Poderá ser utilizado em diversos tipos diferentes de quadros de distribuição de circuitos ou caixas de passagem, e poderá ser aplicado em cabos de diferentes diâmetros, através de adaptadores específicos, sem necessidade de modificações na instalação elétrica a ser protegida. O consumidor, por sua vez, irá usufruir de maior versatilidade, segurança e alta performance.In order to solve the mentioned inconveniences, the present invention was developed, which with only mechanical configuration of circuit, perforating connection and terminals, allows the correct action of protection against electrical surges. It can be used in several different types of circuit distribution boards or passage boxes, and it can be applied to cables of different diameters, through specific adapters, without the need to modify the electrical installation to be protected. The consumer, in turn, will enjoy greater versatility, security and high performance.

Para reduzir a tensão residual do DPS foi introduzido um conector perfurante para conexão à linha de energia ou condutor de aterramento do quadro de distribuição ou caixa de passagem. Essa conexão reduz a zero a queda de tensão em função da conexão entre, por exemplo, a fase da rede elétrica e o DPS, haja vista que a conexão é provida através do contato direto feito pelo sistema de conexão perfurante sem necessidade de uso de um cabo adicional.To reduce the residual voltage of the DPS, a perforating connector was introduced to connect to the power line or grounding conductor of the distribution board or pass-through box. This connection reduces the voltage drop to zero due to the connection between, for example, the mains phase and the DPS, since the connection is provided through direct contact made by the piercing connection system without the need for a additional cable.

O “DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS ELÉTRICOS COM INSTALAÇÃO DIRETA NO CABO E CONEXÃO PERFURANTE” poderá ser compreendido através das figuras anexas e sua descrição, nas quais: A Figura 1 ilustra o corpo do dispositivo com o varistor encaixado e seus dois prolongamentos metálicos. A Figura 2 ilustra o corpo do dispositivo com o conector de aterramento, a trava do fio terra e seu parafuso. A Figura 3 ilustra o corpo do dispositivo com o grampo e o isolante. A Figura 4 ilustra o corpo do dispositivo com o trilho, o aviso, o fusível e a mola. A Figura 5 ilustra vista lateral do corpo do dispositivo com o cubo móvel e a lâmina perfurante. A Figura 6 ilustra vista superior do corpo do dispositivo com todos os elementos do conjunto montados. A Figura 7 ilustra o corpo do dispositivo recebendo a tampa. A Figura 8 ilustra o corpo do dispositivo já tampado recebendo o adaptador externo de fio. A Figura 9 ilustra vista posterior do corpo do dispositivo, o adaptador externo de fio e o segundo ponto de conexão, normalmente utilizado para conexão ao aterramento do quadro de distribuição de circuitos. A Figura 10 ilustra o dispositivo montado e devidamente ligado à fase e ao sistema de aterramento da instalação. A Figura 11 ilustra vista superior do corpo do dispositivo sem a tampa. A Figura 12 ilustra vista lateral do corpo do dispositivo. A Figura 13 ilustra vista superior do corpo do dispositivo.The “PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRIC SURGE SURVEYS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION” can be understood through the attached figures and their description, in which: Figure 1 illustrates the body of the device with the varistor fitted and its two metallic extensions. Figure 2 illustrates the device body with the grounding connector, the ground wire lock and its screw. Figure 3 illustrates the device body with the clamp and the insulator. Figure 4 illustrates the device body with the rail, the warning, the fuse and the spring. Figure 5 shows a side view of the device body with the movable hub and the perforating blade. Figure 6 shows a top view of the device body with all the elements of the assembly assembled. Figure 7 illustrates the body of the device receiving the cover. Figure 8 illustrates the device body already covered, receiving the external wire adapter. Figure 9 illustrates a rear view of the device body, the external wire adapter and the second connection point, normally used for connection to the ground of the circuit distribution board. Figure 10 illustrates the device assembled and properly connected to the installation phase and grounding system. Figure 11 shows a top view of the device body without the cover. Figure 12 shows a side view of the device body. Figure 13 illustrates a top view of the device body.

De acordo com as Figuras 1 a 6, o corpo do dispositivo é composto de caixa (1) plástica dotada de cavidade onde se encaixam o varistor (2) com seus dois prolongamentos metálicos, as hastes de contato (3) e (4), conector de aterramento (5) com seu parafuso (6) e trava do fio terra (7), parafuso de acionamento (8) com sua porca (9), grampo (10) e isolante (11), trilho (12), peça móvel para aviso (13) sobre a qual está o fusível (14) e a mola (15); externamente a caixa (1) possui cavidade onde é instalado o cubo móvel (16) no qual é inserida a lâmina perfurante (17).According to Figures 1 to 6, the device body consists of a plastic box (1) with a cavity where the varistor (2) with its two metallic extensions, the contact rods (3) and (4), fit, grounding connector (5) with its screw (6) and ground wire lock (7), drive screw (8) with its nut (9), clamp (10) and insulator (11), rail (12), part warning unit (13) on which the fuse (14) and spring (15) are; externally the box (1) has a cavity where the movable hub (16) is installed in which the perforating blade (17) is inserted.

A haste de contato (3) é conectada ao elemento metálico perfurante (17), instalado em um cubo móvel (16) plástico externo, que por sua vez poderá se movimentar em cavidade própria na caixa (1) através da tração de um parafuso (8) de acionamento encaixado em uma porca (9). O outro prolongamento metálico (4) do varistor (2) é soldado em uma lâmina fusível (14) instalada em um trilho (12) plástico que contém uma peça móvel (13) tensionada por uma mola (15) exercendo pressão na mesma lâmina (14). Este fusível também está em contato com um grampo (10) metálico e seu isolante (11), unidos a um conector de aterramento (5) que é acionado através de um parafuso (6) e uma trava (7) metálica para fixação de um cabo externo (24).The contact rod (3) is connected to the perforating metal element (17), installed in an external plastic movable hub (16), which in turn can move in its own cavity in the box (1) through the traction of a screw ( 8) drive fitted in a nut (9). The other metallic extension (4) of the varistor (2) is welded on a fusible blade (14) installed on a plastic rail (12) that contains a moving part (13) tensioned by a spring (15) exerting pressure on the same blade ( 14). This fuse is also in contact with a metallic clamp (10) and its insulator (11), connected to a grounding connector (5) that is activated through a screw (6) and a metallic lock (7) for fixing a external cable (24).

Ao final da vida útil do dispositivo de proteção contra surtos o varistor (2) sofrerá aquecimento excessivo em função de aumento em sua corrente de fuga, que provocará aquecimento localizado no terminal de conexão (4), que está ligado à lâmina (14) através de uma solda eutética com baixa temperatura de fusão, que por sua vez está tensionada pela mola (15) acoplada à peça móvel (13) que corre sobre o trilho (12). Tão logo a temperatura atinja o ponto de fusão da solda, a lâmina (14) romperá a conexão com o terminal (4) promovendo a abertura do circuito e ao mesmo tempo, sinalizando externamente através da peça móvel de aviso (13) que o produto está fora de serviço, devendo, portanto ser substituído. A lâmina (14) também tem a função de fusível que poderá atuar em caso de corrente de curto circuito acima da capacidade do dispositivo. A operação será de forma semelhante, com rompimento por fusão da lâmina (14) e a consequente abertura do circuito e sinalização externa através da peça móvel de aviso (13).At the end of the life span of the surge protection device, the varistor (2) will be overheated due to an increase in its leakage current, which will cause heating located in the connection terminal (4), which is connected to the blade (14) through of a eutectic weld with low melting temperature, which in turn is tensioned by the spring (15) coupled to the moving part (13) that runs on the rail (12). As soon as the temperature reaches the melting point of the weld, the blade (14) will break the connection with the terminal (4) promoting the opening of the circuit and, at the same time, signaling externally through the moving warning piece (13) that the product is out of service and should therefore be replaced. The blade (14) also has the function of a fuse that can act in the event of a short circuit current above the capacity of the device. The operation will be similar, with the fusion breaking of the blade (14) and the consequent opening of the circuit and external signaling through the mobile warning piece (13).

De acordo com a figura 7, o conjunto é encoberto por uma tampa (18) plástica com encaixe.According to figure 7, the assembly is covered by a plastic cap (18) with a fitting.

De acordo com as Figuras 8 e 9, o corpo do dispositivo deverá ter uma extremidade em formato de gancho (19) para o encaixe do adaptador de cabo (20) e do condutor elétrico (25) onde será instalado; também compõe o dispositivo o adaptador de cabo (20), que é avulso e posteriormente será justaposto à extremidade em forma de gancho (19); para a aplicação do dispositivo, o adaptador de cabo (20) deve ser encaixado inicialmente no condutor elétrico (25) localizado dentro do quadro de distribuição de circuitos ou caixa de passagem que alimenta o equipamento a ser protegido; em seguida, deverão ser introduzidos adequadamente na extremidade (19) em formato de gancho da caixa (1). Na cavidade (21) é introduzida uma chave de fenda para acionamento do perfurante (17) que se encontra na caixa (1); ao ser acionado o perfurante (17) via chave de fenda, romperá o isolamento do condutor elétrico (25) fazendo contato entre um dos pólos do varistor (2) e o condutor elétrico (25); a ligação ao aterramento do quadro é realizada através da conexão do condutor elétrico (24) ao orifício (22), devidamente apertado com utilização de uma chave de fenda através do orifício (23).According to Figures 8 and 9, the body of the device must have a hook-shaped end (19) for the fitting of the cable adapter (20) and the electrical conductor (25) where it will be installed; the device also comprises the cable adapter (20), which is loose and will later be juxtaposed to the hook-shaped end (19); for the application of the device, the cable adapter (20) must be fitted initially in the electrical conductor (25) located inside the circuit distribution board or pass box that supplies the equipment to be protected; then, they must be properly inserted into the hook-shaped end (19) of the box (1). A screwdriver is inserted into the cavity (21) to drive the perforator (17) found in the box (1); when the perforator (17) is activated via a screwdriver, it will break the insulation of the electrical conductor (25) making contact between one of the poles of the varistor (2) and the electrical conductor (25); the connection to the frame grounding is made through the connection of the electrical conductor (24) to the hole (22), properly tightened with the use of a screwdriver through the hole (23).

De acordo com a Figura 10, o cabo do padrão elétrico (25) é instalado e apertado pelo cubo (16) que contém o elemento perfurante (17), por sua vez, o cabo de aterramento (24) é apertado pelo parafuso na cavidade (23).According to Figure 10, the cable of the electrical pattern (25) is installed and tightened by the hub (16) that contains the piercing element (17), in turn, the grounding cable (24) is tightened by the screw in the cavity (23).

O circuito ora apresentado dispensa o seccionamento do cabo (25), considerando que se apresenta em forma de dispositivo plástico que envolve a cobertura do cabo e dotada de lâmina perfurante (17) que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante.The circuit presented here dispenses with the sectioning of the cable (25), considering that it is in the form of a plastic device that involves the cable cover and provided with a perforating blade (17) that results in electrical contact directly in the core without damaging the insulating cover.

O objeto da presente patente, ilustrado em uma de suas formas de realização preferidas, poderá ser convenientemente modificado, com a substituição de algum de seus elementos ou alteração em seu formato, exercendo a mesma função e sem alterar o âmbito de proteção.The object of the present patent, illustrated in one of its preferred embodiments, may be conveniently modified, with the replacement of any of its elements or changes in its format, exercising the same function and without changing the scope of protection.

Claims

1. "DEVICE FOR PROTECTION AGAINST ELECTRIC OUTBREAKS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", comprising a box (1) with a cover (18) used for its closure and a cavity where a varistor (2) with its metallic extensions or contact rods (3) and (4), a grounding connector (5) with its screw (6) and ground wire lock (7), a clamp (1), an isolanet (11, a rail (12), a moving part for sight (13) on which is a fuse and a spring (15) characterized by having a body with a hook-shaped side section (19); the box also has a cavity in the lower section where the mobile hub is installed ( 16), and another cavity (21) for inserting a screwdriver to drive the perforating blade (17); by traction of a drive screw (8) with its nut (9); the device also comprises a cable adapter (20), loose.

2. "PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRIC SURGE SURVEYS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", according to claim 1, characterized by a circuit formed by a contact rod (3) of the varistor (2) connected to the metallic perforating element (17 ) installed in a movable cube (16) plastic that moves in an external cavity in the box (1) through the traction of a screw (8) of drive fitted in nut (9); the other contact rod (4) of the varistor (2) is welded on a fusible blade (14) installed on a plastic rail (12) containing a moving part (13) tensioned by spring (15) exerting pressure on the same blade (14), being said fuse (14) in contact with metallic clamp (10) and its insulator (11), joined to grounding connector (5) that is activated through screw (6) and metal lock (7) for fixing the external cable ( 24).

3. "PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRIC SURGE SURVEYS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", according to claims 1 and 2, characterized by a cable adapter (20) to be fitted in the electrical conductor (25) located inside the distribution of circuits or passage box that supplies the equipment to be protected, and afterwards the fitting is juxtaposed to the hook-shaped end (19).

4. "DEVICE FOR PROTECTION AGAINST ELECTRIC OUTBREAKS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", according to claims 1 to 3, characterized by a perforator (17) driven by a screwdriver, which breaks the insulation of the electrical conductor (25) without sectioning it and makes contact between one of the poles of the varistor (2) and the electrical conductor (25); cable (25) of the electrical pattern installed and tightened by the hub (16) that contains the piercing element (17), the grounding cable (24) being tightened by the screw in the cavity (23); connection to the frame grounding made through the connection of the electrical conductor (24) to the hole (22), properly tightened by means of a screwdriver through the hole (23).

5. "PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRIC SURGE SURVEYS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", according to claims 1 to 4, characterized in that in case of excessive heating due to an increase in the leakage current of the varistor (2), it will cause heating located in the connection terminal (4), which is connected to the blade (14) through eutectic welding with low melting temperature, which in turn is tensioned by the spring (15) coupled to the moving part (13) that runs on the rail (12); as soon as the temperature reaches the melting point of the weld, the blade (14) will break the connection with the terminal (4) promoting the opening of the circuit and at the same time signaling externally through the moving warning piece (13) that the product is out of service.

6. "PROTECTIVE DEVICE AGAINST ELECTRIC OUTBREAKS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION", according to claim 5, characterized in that the blade (14) also has a fuse function acting in case of short circuit current above the capacity of the device, with fusion breakage of the blade (14) and the consequent opening of the circuit and external signaling through the mobile warning part (13).