ES2230821T3 - Disyuntor del cual al menos una fase esta constituida por varios compartimentos polares conectados en paralelo.. - Google Patents

Abstract

DISYUNTOR (10) QUE TIENE UNA SERIE DE COMPARTIMENTOS POLARES YUXTAPUESTO EN EL INTERIOR DE UNA CAJA AISLANTE, EN CADA UNO DE LOS CUALES HAY DISPUESTO UNA CAMARA DE EXTINCION DE ARCO (26) Y AL MENOS UN PAR DE ELEMENTOS DE CONTACTO (28, 32) SEPARABLES QUE TIENEN AL MENOS UN ELEMENTO DE CONTACTO MOVIL (32), AL MENOS DOS DE ESTOS COMPARTIMENTOS POLARES ESTAN CONTIGUOS Y SEPARADOS UNOS DE OTROS MEDIANTE UN TABIQUE (24). EL TABIQUE (24) DE SEPARACION DE LOS POLOS EMPAREJADOS TIENE UNA LUMBRERA (68) DE COMUNICACION CON DIMENSIONES TALES QUE PUEDE INFLUIR SENSIBLEMENTE SOBRE LA DISTRIBUCION DE ENERGIA DEL ARCO ENTRE LOS DOS COMPARTIMENTOS CUANDO ESTOS ESTAN CONECTADOS EN PARALELO. SE OBTIENE ASI UN DISYUNTOR CON PODER DE RUPTURA SUSTENTADA A PARTIR DE UN DISYUNTOR MULTIPOLAR ESTANDAR CON MENOS PODER DE RUPTURA.

Description

Disyuntor del que al menos una fase está constituida por varios compartimentos polares conectados en paralelo.

La invención se refiere a un disyuntor del que al menos una fase está constituida por varios polos montados en paralelo.

El calibre de un disyuntor, es decir, el valor de la corriente nominal del disyuntor, para una caja de dimensiones predeterminadas, está determinado por la elección de los polos, es decir, esencialmente por las dimensiones de los elementos de cobre asociados al polo.

Es deseable poder ampliar una gama de disyuntores asociando disyuntores que comportan un determinado número de polos estándar de forma que se obtenga, con un coste suplementario mínimo, un disyuntor de calibre superior al de los polos convencionales que lo componen. Con ese objetivo, se ha propuesto, en el documento EP-A-0320412, conectar en paralelo dos polos adyacentes de un disyuntor estándar. Entonces, al menos una fase del disyuntor está constituida por dos polos, comportando cada uno un contacto fijo prolongado por una placa de contacto que sobresale al exterior de la caja, un contacto móvil conectado por un conductor flexible a una segunda placa de contacto que sobresale al exterior del chasis y una cámara de extinción de arco. Una regleta de conexión está fijada a las placas de contacto de los contactos fijos de los dos polos y otra a las placas de contacto de los contactos móviles, asegurando así el emparejamiento de los dos polos.

La experiencia demuestra, no obstante, que en el momento de un corte en esas condiciones, la corriente de arco no se divisa uniformemente entre los dos polos emparejados. De hecho, de forma muy rápida la corriente de arco sólo subsiste en una de las dos cámaras de corte. Si el poder de corte último en cortocircuito asignada al disyuntor permanece idéntica a la del disyuntor estándar de origen, ese fenómeno no tiene ningún inconveniente. Por el contrario, si se busca un poder de corte más alto, la energía de arco se hace demasiado importante para una sola cámara. Se constata pues que la construcción en polos emparejados del estado de la técnica está inadaptada a la fabricación de un disyuntor cuyo poder de corte sea mayor que el de los disyuntores individuales que lo componen. Por eso los disyuntores de poder de corte alto del estado de la técnica no utilizan cámaras estándar montadas en paralelo.

Un objetivo de la invención es por tanto ampliar una gama de disyuntor de manera que se forme, a partir de disyuntores existentes, un disyuntor de calibre y de poder de corte mayores que los disyuntores individuales que lo componen, con un número mínimo de modificaciones. Otro objetivo es aumentar el poder de corte de un disyuntor con polos emparejados.

Estos objetivos se alcanzan según un primer aspecto de la invención gracias a un disyuntor que comporta al menos dos compartimentos polares contiguos, separados por una barrera y yuxtapuestos en el interior de una caja aislante, en cada uno de los cuales están dispuestos una cámara de extinción de arco y un par de órganos de contacto separables, estando cada órgano de contacto conectado eléctricamente en paralelo con un órgano de contacto correspondiente del otro compartimento, disyuntor que comporta medios de repartición de la energía de arco en los dos compartimentos contiguos, dispuesta en el barrera. En otros términos, cuando se comparan los rendimientos de obertura de los compartimentos conectados en paralelo con y sin luz, la repartición de la energía de arco entre las dos cámaras es sensiblemente más equilibrada cuando hay luz que cuando no la hay.

Según un segundo aspecto de la invención, estos objetivos se alcanzan con un disyuntor que comporta al menos dos compartimentos polares contiguos, separados por una barrera y yuxtapuestos en el interior de una caja aislante, en cada uno de los cuales están dispuestos una cámara de extinción de arco y un par de órganos de contacto separables, comportando también el disyuntor un mecanismo de control conectado a los órganos de contacto separables de los dos compartimentos de tal forma que su separación sea simultánea o casi simultánea, estando los órganos de contacto correspondientes de cada compartimiento conectados eléctricamente en paralelo de forma que constituyan un polo único de poder de corte último l_{cu} para una tensión asignada v_{cu} y un factor de potencia k_{cu} correspondientes determinados, caracterizado por que dicha barrera comporta al menos una luz de comunicación entre los dos compartimentos contiguos, de dimensiones y emplazamiento tales que, cuando el polo es atravesado globalmente por una corriente de intensidad igual al 50% de su poder de corte último l_{cu'} para la tensión v_{cu'} y el factor de potencia k_{cu'}, la relación entre la energía de arco en el compartimento menos solicitado y la energía de arco en el otro compartimento es superior a 1/6, calculándose la energía de arco de cada compartimento por la integral

W=\int^{t_{4}}_{t_{0}}V(t) \cdot i(t)

en la que

v(t)

es el valor instantáneo de la tensión en los bornes de los órganos de contacto

i(t)

es el valor instantáneo de la intensidad de la corriente que atraviesa los órganos de contacto

t_{0}

es el instante donde empieza la separación de los órganos de contacto

t_{4}

es el instante en que se anula definitivamente la intensidad de la corriente que atraviesa los órganos de contacto.

Los fenómenos físicos engendrados por la luz en la pared que separa los dos compartimentos son complejos. La presencia de la luz tiene en primer lugar un aspecto termodinámico: los gases ionizados calientes a alta presión engendrados en el compartimento cuyo arco es más importante penetran en el otro compartimento. Este movimiento de partículas tiene diversos efectos, algunos de los cuales serán en el sentido deseado y otros no. Desde un punto de vista energético, los gases calientes que han migrado disponen de separadores de la cámara más fría para enfriarse, lo cual es beneficioso. Desde un punto de vista eléctrico, la presencia de gas ionizado en el comportamiento cuyo arco se debilita o se apaga tiene tendencia a reanimar a éste. Desde un punto de vista aerodinámico, por el contrario, los desplazamientos gaseosos y eventualmente las ondas de presión de un compartimento a otro pueden influir en el desplazamiento del pie de arco, y el alargamiento del arco en cada compartimento, con riesgo de trabar el desplazamiento del arco hacia la cámara de extinción bajo el efecto de las fuerzas electrodinámicas. Ahora bien, este fenómeno electrodinámico, llamado soplo, es primordial para la realización del corte, y su degradación no es deseable. Asimismo, desde el punto de vista de la evolución de las presiones en los dos compartimentos, el orificio parece igualmente contraproducente. De hecho, asistimos a una disminución de la presión en el compartimento cuyo arco es más importante y a un aumento de la presión en el otro compartimento. Ahora bien, la teoría indica que una presión alta favorece la disminución de sección derecha de la columna de arco, y por tanto una elevación de su resistencia eléctrica y de la tensión de arco. Es por otra parte una de las principales razones de ser de las cámaras de extinción de arco que, realizando un confinamiento del arco, permiten una elevación considerable de la presión en la que éste se encuentra. Disminuir la presión en el compartimento cuyo arco es más importante es pues disminuir la tensión del arco y favorecer su mantenimiento.

Globalmente, de forma sorprendente y no previsible, se constata la posibilidad de posicionar y calibrar la luz de forma que haya recebados mutuos de los dos arcos durante el corte, lo que permite repartir la energía de arco sobre las dos cámaras en proporciones significativas y asegura globalmente una capacidad de absorción mayor. Naturalmente, el reparto energético no es perfectamente equilibrado, pero lo importante es que la energía disipada en cada compartimento sea de la misma magnitud, es decir, en una proporción mejor que 1 por 10. En la práctica, es del orden de 1/3 a 2/3. Esto es suficiente para aliviar el polo más afectado por el arco y aumentar el poder de corte del conjunto de los dos compartimentos en relación con un compartimento único.

Preferentemente, la luz está situada cerca de la zona donde se estira el arco en la fase de separación de los órganos de contacto. Esta disposición ofrece la ventaja de limitar al máximo el riesgo de deterioro de los órganos de contacto. De hecho, asegura que el reparto de energía de arco sea efectiva muy pronto en la fase de apertura de los órganos de contacto. Por otra parte, hay que destacar que, en el momento de la expansión del arco en la cámara de corte, las láminas de desionización se someten a unos esfuerzos electromagnéticos importantes perpendicularmente a su plano principal, lo que tiende a deformarlas. Este fenómeno es un obstáculo para la ampliación de la cámara de corte. En la práctica, las láminas utilizadas para las cámaras de corte de grandes dimensiones son más rígidas -y por tanto, para un material concreto, más gruesas- y están dispuestas a mayor distancia unas de otras, para evitar un contacto en el momento de las deformaciones. Esto trae como consecuencia que la altura de la cámara aumente con su anchura. Según este modo preferente de la invención, es decir, dimensionando el orificio de comunicación de tal forma que la barrera de separación conserve su función de soporte, se hace posible ensanchar la cámara sin modificar sus otras dimensiones.

Según un modo preferente, la cámara de extinción de arco, en cada uno de los compartimentos contiguos, tiene una boquilla que se abre por el lado de los órganos de contacto, estando delimitada esta boquilla en uno de sus bordes por un cuerno de arco inferior destinado a recibir el pie del arco eléctrico en su entrada al interior de la cámara, estando la luz dispuesta y dimensionada de tal forma que los cuernos de arco inferiores de los compartimentos contiguos se encuentren directamente enfrente uno de otro a ambos lados de la luz. Esta disposición da unos resultados muy satisfactorios. Según una disposición complementaria, al abrirse la boquilla de la cámara de extinción de arco por el lado de los órganos de contacto en cada uno de los compartimentos contiguos, ésta está delimitada en un borde opuesto al cuerno de arco inferior por un cuerno de arco superior, estando la luz dispuesta y dimensionada de tal forma que las zonas situadas entre el cuerno de arco inferior y el cuerno de arco superior de cada compartimento se encuentren directamente enfrente uno de otro a ambos lados de la luz.

Asimismo, el reparto es bueno cuando la luz desemboca en cada compartimento cerca de la zona de contacto de los pares de órganos de contacto separables.

Según un modo de realización preferente, las dimensiones de la luz son tales que la parte de los órganos de contacto móviles de cada compartimento en la que está localizada la cabeza de arco eléctrico en el momento de la separación de los órganos de contacto está frente a la parte correspondiente del órgano de contacto móvil del otro compartimento, a la vez en posición cerrada y en posición abierta.

Para los disyuntores cuyos pares de órganos de contacto separables comportan un órgano de contacto fijo, puede ser ventajoso que la luz desemboque en cada compartimento cerca del órgano de contacto fijo.

Siempre es preferible que las paredes de la luz tengan un contenido dieléctrico alto.

Otras ventajas y características de la invención se deducirán de la descripción siguiente de distintos modos de realización de la invención, dados a modo de ejemplos no limitativos y representados en los dibujos anexos, en los que:

la figura 1 representa una vista despiezada en perspectiva de un disyuntor según la invención

la figura 2 representa una sección longitudinal del disyuntor de la figura 1, según un plano medial de un polo emparejado del disyuntor

la figura 3 representa una vista despiezada de una cámara de extinción de arco de un polo del disyuntor según la invención

la figura 4 representa una vista en perspectiva parcialmente despiezada de un compartimento posterior del disyuntor de la figura 1, que muestra más concretamente un orificio de comunicación entre dos polos emparejados según la invención

la figura 5 representa una sección transversal que muestra dos polos emparejados

la figura 6 representa un dispositivo experimental que permite evaluar una energía de arco en el momento de la apertura de los polos emparejados

la figura 7 representa distintas curvas características del corte.

En referencia a las figuras 1 y 2, un disyuntor 10 hexapolar comporta una caja aislante formada por el ensamblaje de una base posterior 12, de un chasis intermedio 14 con los fondos abiertos y de una cara delantera 16, que delimitan un compartimento anterior a ambas partes de una barrera anterior 18 del chasis intermedio 14. En el compartimento anterior se aloja un mecanismo de control 20 del disyuntor 10, que actúa sobre un árbol de comunicación 22 común al conjunto de los polos del disyuntor. Este mecanismo 20 está fijado sobre la barrera anterior 18 del chasis intermedio 14. El compartimento posterior está a su vez subdividido en compartimentos elementales por barreras intercalares 24, 25 (ver Figura 4) del chasis intermedio 14. En cada compartimento elemental se aloja un polo del disyuntor. Cada polo comporta un dispositivo de contactos separables, así como una cámara de extinción de arco 26.

El dispositivo de contactos separables comporta un órgano de contacto fijo 28 directamente soportado por una primera placa de conexión 30 del disyuntor que atraviesa la base 12 de la caja aislante, y un órgano de contacto móvil 32. Éste está dotado de una pluralidad de dedos de contactos 34 en paralelo montados de forma giratoria sobre un primer eje transversal 36 de un armazón de soporte 38. El talón de cada dedo está conectado a una segunda placa de conexión 40 que atraviesa la base 12, por medio de una trenza 42 de material conductor. Las placas de conexión 30, 40 están destinadas a ser conectadas a la red arriba y abajo, por ejemplo, a través de un juego de barras. El extremo del armazón 38 situado cerca de la segunda placa de conexión 40 está equipada con un eje alojado en el interior de un cojinete unido a la caja aislante, de forma que permite el giro del armazón 38 entre una posición abierta y una posición cerrada del polo alrededor de un eje geométrico 44 materializado en la figura 2. Un dispositivo de muelles de presión de contacto 46 está dispuesto en una muesca del armazón 38 y solicita a los dedos de contacto 34 girando alrededor del primer eje 36 en el sentido inverso de las agujas del reloj. Cada dedo de contacto 34 comporta una pastilla de contacto 47, que en la posición representada en la figura 2 está en contacto con una pastilla única 49 dispuesta sobre el órgano de contacto fijo 28. El armazón 38 está acoplada al árbol de conmutación 22 mediante un brazo de transmisión 48, de tal forma que la rotación del árbol 22 induzca a un giro del armazón 38 alrededor del eje 44.

La estructura de la cámara de extinción de arco 26 puede verse de forma más concreta en la figura 3. La cámara comporta un apilamiento de láminas 50 metálicas de desionización del arco eléctrico, ensamblado en un soporte aislante que comporta dos caras laterales 52. La parte interna de cada cara 52 está provista de muescas que cooperan con unas asperezas complementarias de las láminas para el posicionamiento de un cuerno de arco superior 54. Una pared externa 56 compuesta está dispuesta de forma sensiblemente perpendicular a las caras laterales. Ésta comporta unos orificios de escape para la evacuación de los gases de corte y un apilamiento de filtros intermedios 58 destinados a limitar la polución del medio exterior.

Se ve en la figura 4 cómo la cámara de extinción de arco se inserta en el interior de uno de los compartimentos elementales del disyuntor, en este caso un compartimento lateral delimitado por una barrera intercalar 24 y una de las barreras laterales externas 60 del chasis intermedio 14. Esta construcción permite la verificación del estado de los polos del disyuntor y la sustitución de la cámara de extinción 26 con un número reducido de maniobras.

El dispositivo de extinción se completa con un cuerno de guía de arco inferior 62, fijada a la base 12 y conectado eléctricamente al órgano de contacto fijo 28 del polo, que delimita hacia abajo la entrada de la cámara de extinción 26. El contacto fijo 28 tiene, en la zona directamente opuesta al extremo frontal de los dedos 34 del órgano de contacto móvil 32, un reborde perfilado 64 aproximadamente complementario del perfil de los dedos 34, que sube hacia la protuberancia del cuerno inferior 62 para asegurar globalmente con ésta un perfil sin ruptura notoria de inclinación. Esta zona del contacto fijo, llamada parachispas, permite eliminar los riesgos de deterioro de las pastillas de contacto 47 y 49. De hecho, en el momento de la apertura de los órganos de contacto, el movimiento inicial de giro del armazón 38 alrededor de su eje 44 -en el sentido horario de la figura 2- provoca un giro de los dedos móviles 34 alrededor de su eje 36 en sentido contrario. En esta fase inicial, este movimiento conjugado arrastra un acercamiento de la parte frontal de los dedos 34 y del parachispas y una entrada en contacto, antes de que las pastillas de contacto 47, 49, se separen. Cuando tiene lugar la separación de las pastillas 47, 49, los dedos 34 están en una posición tal que la separación entre las pastillas 47, 49 crece más rápidamente que la separación entre el cuerno inferior 62 y los dedos 34 del contacto móvil 32. En consecuencia, el arco está sacado inicialmente entre el parachispas y el extremo frontal de los dedos 34, y migra inmediatamente para implantarse entre la protuberancia del cuerno 62 y la parte frontal de los dedos 34, evitando cualquier desplazamiento del arco hacia las pastillas 47, 49, o cualquier cebado al nivel de éstas. Cuando la apertura se produce, el arco se extiende delante de la cámara y penetra en ella de la forma habitual.

Los polos del disyuntor 10 se emparejan de dos en dos de manera que forman tres grupos de dos polos adyacentes. Se entiende por emparejamiento la conexión eléctrica en paralelo de los órganos de contacto fijos 28 de los dos polos, por una parte, y de los órganos de contacto móviles 32 de los dos polos, por otra parte. En la práctica, este emparejamiento se hace fuera de la caja, al nivel de los extremos libres de las placas de conexión 30, 40 de los contactos que deben conectarse, por interposición de las dos regletas de conexión 66 visibles para uno de los polos en la figura 4, fijándose estas regletas mediante cada uno de sus extremos en una parte correspondiente de cada placa 30, 40, que sobresale fuera de la caja.

Las tres barreras intercalares 24 que separan dos compartimentos emparejados se diferencian de las otras dos barreras intercalares 25 en que éstas comportan una luz de comunicación 68 de sección sensiblemente rectangular, como se ve en las figuras 2, 4 y 5. Esta luz se sitúa cerca de la zona de contacto, al nivel de la entrada en la cámara de extinción. Esta dispuesta de tal manera que los cuernos de arco inferiores 62 de los dos polos emparejados estén enfrente uno del otro a ambos lados de la luz. En el sentido de la altura, medida según un eje perpendicular a la base 21, la luz 68 se extiende sensiblemente hasta la altura de los cuernos superiores 54. En el sentido de la longitud, medida según un eje perpendicular al eje anterior y al eje de giro 44 del órgano de contacto móvil 32, la luz se extiende a ambos lados de la entrada en la cámara 26. En definitiva, las entradas de las dos cámaras de extinción 26 prácticamente no están separadas por la barrera intercalar 24. Así, es posible definir una boquilla de entrada común a las dos cámaras de extinción 26, que se materializa, en una sección derecha perpendicular al eje longitudinal, por un orificio común sensiblemente rectangular cuyo reborde está definido siguiendo el reborde del cuerno superior 54 del polo emparejado, una parte de la pared de la barrera intermedia 25 sin luz de ese polo emparejado, el reborde correspondiente del cuerno inferior 62 del primer polo y una parte de la pared de la barrera intermedia 25 sin luz -o de la barrera lateral externa 60, según el caso- del primer polo. Como se ve concretamente en las figuras 2 a 4, las caras laterales 52 de las cámaras de extinción 26 tienen un corte 70 que corresponde a la luz 68 de la barrera intermedia 24 que separa los polos emparejados. La parte de las caras laterales 52 de cada cámara de extinción 26 que está enfrente de la barrera intermedia 24, 25 adyacente está pegada sobre toda su superficie a la barrera.

El disyuntor funciona de la manera siguiente: en el momento de la aparición de una corriente de defecto detectada por un disparador, el mecanismo de control 20 provoca la apertura del disyuntor mediante el giro del árbol de conmutación 22 que arrastra al conjunto de los armazones 38 de los órganos de contacto móviles 32 hacia su posición de apertura. El giro inicial de los armazones 38 provoca la basculación en sentido inverso de los dedos de contacto 34. Se establece un contacto transitorio entre la cara frontal de los dedos 34 y el parachispas, antes de que las pastillas de contacto 47, 49 se separen. Este contacto transitorio dura lo suficiente tras la separación de las pastillas 47, 49 para que se establezca la corriente entre los dedos de contacto 34 y los parachispas. La continuación del movimiento del armazón 38 arrastra la separación de los dedos de contacto 34 y del parachispas. Una raíz de arco nace en el parachispas y migra rápidamente sobre el cuerno inferior 62 bajo el efecto de las fuerzas electrodinámicas, mientras que la cabeza de arco se establece sobre la parte frontal de los dedos 34. Al final del transcurso de la apertura del órgano de contacto móvil 32, el arco conmuta unos dedos 34 del órgano de contacto móvil sobre el cuerno superior 54; en ese momento, un arco se engancha entre el cuerno inferior 62 y el cuerno superior 54. Se constata que no se asiste simultáneamente al mismo fenómeno sobre el polo emparejado: de hecho, éste no ve inmediatamente el establecimiento de un arco similar al del primer polo. El conjunto de la corriente circula en el arco de sólo uno de los dos compartimentos. No obstante, la presencia de la luz de comunicación 68 entre los dos compartimentos permite que el arco se cebe mediante un salto de arco y que se desarrolle con un ligero retraso en el compartimento deficiente. Hay pues un reparto de la corriente y de la energía de arco entre los dos compartimentos.

Algunas pruebas comparativas, ilustradas por las figuras 6 y 7, han permitido demostrar la eficacia del dispositivo según la invención. Una corriente presupuesta de un valor eficaz de 130 kA (es decir, de aproximadamente 270 kA cresta para un enclavamiento de tipo asimétrico con un factor de potencia 0,2) se ha aplicado a dos polos de calibre 3200 A, que tienen un poder de corte último de 100 kA, montados en paralelo. Como ilustra la figura 6, la intensidad instantánea de la corriente que circula en cada polo se ha medido mediante amperómetros 72, 74, y la tensión de los bornes de los polos mediante un voltímetro 76. Los valores instantáneos medidos han sido encauzados hasta una unidad de cálculo 78 que permita el cálculo de las integrales energéticas características de cada conexión. La figura 7 representa las curvas características del corte en función del tiempo t, a saber: la corriente total i_{A}+ i_{B} que pasa por las dos conexiones A y B del circuito, la tensión v en los bornes comunes de los dos polos emparejados, la intensidad de la corriente en cada una de las dos conexiones y la distancia d entre el órgano de contacto móvil y el órgano de contacto fijo. Antes del instante t_{0}, los polos estaban cerrados. La corriente se repartía sustancialmente por mitades en cada polo, es decir, 135 kA cresta por polo. La apertura se ha disparado en el instante t_{0}. En el primer polo A, el arco eléctrico ha aparecido desde t_{0} y se ha mantenido después del instante t_{1} de paso de la corriente por 0. En el segundo polo B, el arco eléctrico ha aparecido en t_{0} pero se ha apagado al paso de la corriente por 0. Entre los instantes t_{1} y t_{2}, la corriente sólo ha atravesado el polo A. El instante t_{2} marca el recebado del arco eléctrico en el polo B, que pone de manifiesto la reaparición de una corriente en esta conexión del circuito. Entre los instantes t_{2} y t_{3}, el arco existe simultáneamente en los dos polos, que son ambos atravesados por una corriente. En t_{2}, la tensión de arco ha disminuido ligeramente antes de volver a empezar a crecer en valor absoluto. La intensidad de corriente en el polo B ha permanecido en valor absoluto siempre inferior a la del polo A. La anulación de la corriente al cabo de un tiempo t_{3} en el polo B pone de manifiesto la extinción del arco. La tensión de arco ha seguido creciendo en valor absoluto sin que la corriente renazca. El corte ha tenido lugar en menos de un semiperiodo. La energía de arco, evaluada por la integral W del producto de la corriente i(t) por la tensión v(t) entre t_{0} y t_{4} en cada una de las dos conexiones del circuito, muestra que aproximadamente 2/3 de la energía se ha disipado en el compartimento A y 1/3 en el compartimento B. Por otra parte, se puede leer directamente este resultado sobre las curvas de la figura 7, en las que las áreas delimitadas por las curvas de intensidad de la corriente en las conexiones A y B son aproximadamente representativas de las energías de arco en cada una de las conexiones, si se destaca que la tensión de arco es común a las dos conexiones y sensiblemente constante.

En unas condiciones análogas, con un disyuntor que sólo se diferencie del anterior por la ausencia de luz en la barrera intercalar, el arco ha nacido en los dos compartimentos, pero se ha apagado en uno de los dos en el momento del primer paso de la corriente por 0. Seguidamente, sólo se ha desarrollado en uno de los dos compartimentos. El arco se ha apagado en el momento del segundo paso de la corriente por 0 pero ha habido un recebado casi instantáneo. El corte se ha frustrado y la prueba ha terminado con la destrucción del polo en el que el arco se había desarrollado. Esto se debe a que la corriente aplicada era superior al poder de corte último de cada compartimento y que el reparto energético entre los dos compartimentos era muy mediocre, en la práctica inferior a 1/10.

Si nos ponemos en unas condiciones de prueba con una corriente de intensidad inferior al poder de corte último del disyuntor sin luz de comunicación, se obtiene aún una diferencia sustancial de comportamiento. Se ha llevado a cabo la prueba siguiente. Tomando como referencia el conjunto constituido por los dos compartimentos polares conectados en paralelo de forma que globalmente constituya un solo polo y que comporte una luz de comunicación, y poniéndolo en condiciones de prueba con una corriente de intensidad l igual al 50% del poder de corte último l_{cu} de ese polo, para la tensión v_{cu} y el factor de potencia k_{cu} utilizados para definir el poder de corte último l_{cu}, se ha medido la
relación:

\frac{W_{B}}{W_{A}} = \frac{\int^{t_{4}}_{t_{0}}v(t) \cdot i_{B}(t)dt}{\int^{t_{4}}_{t_{0}}v(t) \cdot i_{A}(t)dt}

de la energía de arco WB en la conexión menos solicitada a la energía de arco WA en la conexión más solicitada (WB \leq WA) entre el instante t_{0} en que comienza la apertura y el instante t_{4} en que la corriente se anula definitivamente en el último compartimento. Para un polo según la invención, la relación obtenida en el momento de las pruebas siempre ha sido superior a 1/6. Para un polo constituido por los compartimentos similares montados en paralelo pero sin luz de comunicación, la relación medida era como máximo del orden de 0,1. Eso significa que en la práctica, aunque el arco nazca en los dos compartimentos, se apaga en uno de ellos como muy tarde en el momento de primer paso a 0 de la corriente, y seguidamente sólo queda en el otro compartimento. Dadas las condiciones experimentales favorables escogidas, a saber, una corriente aplicada inferior al poder de corte último de un compartimento solo, el corte tiene lugar, pero somete a una dura prueba al compartimento más solicitado.

Se han efectuado pruebas comparativas con luces de distintos tamaños dispuestas en distintos lugares. Las medidas se han efectuado para valores de cortocircuito de 130, 150 y 180 kA monofásico bajo una tensión alternativa de 508 V con un factor de potencia de aproximadamente 0'15.

La relación

\frac{W_{B}}{W_{A}}=\frac{\int^{t_{4}}_{t_{0}}v(t)\cdot i_{B}(t)dt}{\int^{t_{4}}_{t_{0}} v(t)\cdot i_{A}(t)dt}

de los valores de la energía de arco engendrada en cada uno de los dos compartimentos entre el instante t_{0} en que comienza la apertura y el instante t_{4} en que la corriente se anula definitivamente en el último compartimento se ha retenido como índice del reparto de energía de arco entre los dos compartimentos y de la eficacia del dispositivo, siendo el valor ideal de 1.

El experimento muestra que la eficacia del dispositivo depende de la localización de la luz en la cámara. La eficacia disminuye cuando la luz está alejada de la zona de contacto. Los mejores resultados se han obtenido a través de una luz dispuesta de tal forma que, en la fase de apertura de los contactos, es decir, entre el instante en que el contacto móvil abandona al contacto fijo y el instante en que alcanza su posición alta, al menos una parte del arco, preferentemente su raíz del lado del contacto fijo, se encuentra frente a la apertura de la luz. Es de hecho en ese momento cuando la presión y el flujo gaseoso generados por el arco son mayores, llegando a propagarse en la otra cámara. Si la luz se desplaza hacia el interior de la cámara, el arco sólo la alcanza más tarde y en un instante en que ya se ha enfriado, de forma que las probabilidades de salto de arco en el compartimento emparejado son menores. Además, esta configuración perjudica a la rigidez de la cámara de extinción. Si, por el contrario, la luz se desplaza hacia las pastillas, el salto de arco en el compartimento emparejado corre el riesgo de producirse al nivel de las pastillas, lo que contribuye a dañarlas.

La eficacia varía igualmente con el tamaño de la sección de la luz. Una altura suficiente de la luz puede ser del orden de la mitad de la distancia entre la raíz y la cabeza del arco al final de la apertura, es decir, con la estructura de los polos adoptada para el experimento, la mitad de la distancia entre el cuerno inferior y el cuerno superior. No obstante, esta disposición sólo es conveniente para disyuntores de apertura relativamente lenta y corrientes relativamente pequeñas (inferiores a 150 kA). Para disyuntores de apertura más rápida y corrientes más importantes, es conveniente que la luz sea lo suficientemente alta para que la raíz y la cabeza del arco estén frente a la luz en el instante en que el contacto móvil alcanza su posición alta. En otros términos, el resultado es mejor cuando la parte de los contactos móviles en que se encuentra la cabeza de arco está enfrente de la parte correspondiente del contacto móvil del compartimento emparejado durante todo el movimiento ascendente de apertura de los contactos móviles. De hecho, el salto de arco que hace nacer un arco en el interior del compartimento emparejado sólo puede tener lugar cuando la energía desarrollada por el arco es suficientemente importante, con subida de la temperatura y de la presión correspondientes. Ahora bien, para unos parámetros de prueba extremos, y principalmente una velocidad de apertura muy alta, estas condiciones no se reúnen antes del final del movimiento ascendente de los contactos móviles. Es conveniente subrayar que el efecto deseado no se degrada si se aumenta la altura de la luz por encima de la altura máxima del arco. En la práctica, la altura de la luz está limitada por la presencia del cuerno superior, para la que son necesarios las sujeciones laterales.

En lo concerniente a la anchura de la luz, es conveniente tener en cuenta que el arco, debido al efecto de soplo electrodinámico, tiende a desplazarse hacia la cámara. Los resultados son por tanto mejores cuando la luz es lo bastante ancha para que el conjunto del arco esté frente a ella durante toda la fase de apertura. A título indicativo, la anchura no debería bajar de un tercio de la altura. Se obtienen resultados satisfactorios cuando la anchura es del orden de la mitad de la altura. Por sí misma, una anchura más importante no deteriora el efecto buscado. No obstante, con la estructura de polo descrita anteriormente, la anchura de la luz está limitada, por una parte, por la presencia de la cámara que necesita unas caras de apoyo lateral y, por otro, por la presencia de pastillas de contacto que se desea preservar de los riesgos de reciclaje del arco eléctrico.

Naturalmente, una disposición distinta de los polos puede llevar a una localización algo distinta. Sobre todo, si el polo está dimensionado para que el arco nazca al nivel de las pastillas de contacto antes de ser sopladas hacia la cámara, es de utilidad que las pastillas de contacto fijas estén una frente a otra a través de la luz.

Naturalmente, se pueden efectuar diversas modificaciones con el objetivo de seguir mejorando el reparto de la energía de arco. Por ejemplo, se puede considerar la posibilidad de conectar el contacto móvil de cada polo emparejado con el contacto fijo del otro polo emparejado. También se puede considerar la posibilidad de dotar al orificio de una válvula que sólo permita la comunicación entre cámaras cuando se sobrepase una determinada diferencia de presión. Se puede prever la posibilidad de conformar el orificio con el cuello ensanchado en sus extremos, para favorecer el flujo gaseoso. También puede ser útil recubrir los rebordes de la luz con un recubrimiento que tenga un contenido dieléctrico alto, de manera que no obstaculice el desarrollo del arco. La forma rectangular de la sección de la luz retenida en el ejemplo descrito puede sustituirse por una forma distinta, desde el momento en que se siguen los criterios dimensionales retenidos. Se puede, por ejemplo, considerar la posibilidad de una luz de sección oblonga o elíptica, uno de cuyos ejes tiene una dimensión correspondiente a la anchura del ejemplo descrito anteriormente y el otro eje tiene una dimensión correspondiente a la altura del ejemplo.

Claims (9)

1. Disyuntor (10) que comporta al menos dos compartimentos polares contiguos, separados por una barrera (24) y yuxtapuestos en el interior de una caja aislante, en el interior de cada uno de los cuales están dispuestos una cámara de extinción de arco (26) y un par de órganos de contacto (28, 32) separables, estando conectado cada órgano de contacto de uno de los compartimentos eléctricamente en paralelo con un órgano de contacto correspondiente de otro compartimento, caracterizado porque comporta medios de reparto de la energía de arco en los dos compartimentos, que comprenden al menos una luz (68) de comunicación entre los dos compartimentos contiguos, dispuesta en la barrera (24).

2. Disyuntor (10) que comporta al menos dos compartimentos polares contiguos, separados por una barrera (24) y yuxtapuestos en el interior de una caja aislante, en el interior de cada uno de los cuales están dispuestos una cámara de extinción de arco (26) y un par de órganos de contacto (28, 32) separables comportando también el disyuntor un mecanismo de control ligado a los órganos de contacto separables de los dos compartimentos de tal forma que su separación sea simultánea o casi simultánea, estando los órganos de contacto correspondientes del interior de cada compartimento conectados eléctricamente en paralelo de forma que constituyen un polo único de poder de corte último l_{cu} para una tensión asignada v_{cu} y un factor de potencia k_{cu} correspondientes determinados, caracterizado porque dicha barrera (24) comporta al menos una luz (68) de comunicación entre los dos compartimentos contiguos, de dimensiones y de emplazamiento tales que cuando el polo es globalmente atravesado por una corriente de intensidad igual al 50% de su poder de corte último l_{cu}, para la tensión v_{cu} y el factor de potencia k_{cu}, la relación entre la energía de arco en el compartimento menos solicitado y la energía de arco en el otro compartimento es superior a 1/6, calculándose la energía de arco de cada compartimento por la integral

W=\int^{t_{4}}_{t_{0}}V(t) \cdot i(t)

en la que v(t) es el valor instantáneo de la tensión en los bornes de los órganos de contacto, i(t) es el valor instantáneo de la intensidad de la corriente que atraviesa los órganos de contacto, t_{0} es el instante en el que empieza la separación de los órganos de contacto, y t_{4} es el instante en que se anula definitivamente la intensidad de la corriente que atraviesa los órganos de contacto.

3. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la luz (68) está situada cerca de la zona en la que se estira el arco en la fase de separación de los órganos de contacto (28, 32).

4. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, en el interior de cada uno de los compartimentos contiguos, la cámara de extinción de arco (26) tiene una boquilla que se abre por el lado de los órganos de contacto, estando delimitada esa boquilla sobre uno de sus bordes por un cuerno de arco inferior (62) destinado a recibir el pie del arco eléctrico en su entrada al interior de la cámara (26), estando la luz (68) dispuesta y dimensionada de tal forma que los cuernos de arco inferiores (62) del interior de los compartimentos contiguos se encuentran directamente uno enfrente del otro a ambos lados de la luz (68).

5. Disyuntor según la reivindicación 4, caracterizado porque, en cada uno de los compartimentos contiguos, la boquilla de la cámara de extinción de arco (26) que se abre por el lado de los órganos de contacto está delimitada sobre un borde opuesto al cuerno de arco inferior por un cuerno de arco superior (54), estando dispuesta y dimensionada la luz (68) de tal forma que las zonas situadas entre el cuerno de arco inferior (62) y el cuerno de arco superior (54) de cada compartimento se encuentran directamente enfrente uno de otro a ambos lados de la luz (68).

6. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la luz (68) desemboca en cada compartimento cerca de la zona de contacto de los pares de órganos de contacto (28, 32) separables.

7. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las dimensiones de la luz (68) son tales que la parte de los órganos de contacto móviles (32) de cada compartimento sobre la que está localizada la cabeza del arco eléctrico en el momento de la separación de los órganos de contacto (28, 32) está enfrente de la parte correspondiente del órgano de contacto móvil (32) en el otro compartimento, a la vez en posición carrada y en posición abierta.

8. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pares de órganos de contacto (28, 32) separables comportan un órgano de contacto fijo (28), desembocando la luz (68) en cada compartimento cerca del órgano de contacto fijo (28).

9. Disyuntor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las paredes de la luz (68) tienen un contenido dieléctrico alto.