ES2243974T3 - Limitador de sobretension. - Google Patents
Limitador de sobretension.Info
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- ES2243974T3 ES2243974T3 ES97810853T ES97810853T ES2243974T3 ES 2243974 T3 ES2243974 T3 ES 2243974T3 ES 97810853 T ES97810853 T ES 97810853T ES 97810853 T ES97810853 T ES 97810853T ES 2243974 T3 ES2243974 T3 ES 2243974T3
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Abstract
EL DESCARGADOR DE SOBREINTENSIDAD PRESENTA UNA PARTE ACTIVA (8) CILINDRICA, QUE CONTIENE COMO MINIMO UN VARISTOR A BASE DE OXIDO METALICO, SITUADO ENTRE DOS ACCESORIOS DE VALVULA (5, 6) CONDUCTORES CILINDRICOS, Y UNA CAJA DE MATERIAL AISLANTE (1) QUE RODEA LA PARTE ACTIVA A MODO DE CAMISA Y ESTA CERRADA EN LOS EXTREMOS POR LOS ACCESORIOS DE VALVULA (5, 6). LA CAJA DE MATERIAL AISLANTE (1) ESTA RELLENA DE UN MATERIAL AISLANTE QUE RODEA LA PARTE ACTIVA (8) EN EL LADO DE LA CAMISA Y SE COMPONE DE UN TUBO DE MATERIAL AISLANTE (2) DE FUNDICION INYECTADA O EXTRUIDO Y DE UNA PROTECCION DE INTEMPERIE (3) CON PANTALLA FIJADA EN LA SUPERFICIE DE LA CAMISA DEL TUBO (2). EL PRIMERO (5) DE LOS DOS ACCESORIOS DE VALVULA (5, 6) ESTA CONFORMADO EN UNO DE LOS DOS EXTREMOS DEL TUBO (2). EL SEGUNDO ACCESORIO (6), CON UNA ROSCA EXTERIOR (15), ESTA ENROSCADO CON FUERZA DE CONTACTO EN UNA ROSCA INTERIOR DEL TUBO (2). UN DESCARGADOR DE SOBRETENSION DE ESTE TIPO PUEDE FABRICARSE DE FORMA SENCILLA Y ECONOMICA MEDIANTE ETAPAS DE PROCEDIMIENTO FACILMENTE AUTOMATIZABLES, CARACTERIZANDOSE, NO OBSTANTE, POR UNA ELEVADA RESISTENCIA MECANICA Y BUENAS PROPIEDADES ELECTRICAS.
Description
Limitador de sobretensión.
En la invención se toma como punto de partida un
descargador de sobretensión según el preámbulo de la reivindicación
1.
Un descargador de sobretensión de este tipo se
utiliza en instalaciones de media o de alta tensión para funciones
de medición, protección o control, y presenta un una parte activa
dispuesta en una carcasa de material aislante, que contiene al menos
un varistor a base de un óxido de zinc impurificado
intencionadamente con elementos escogidos, como Bi, Sb, Co y Mn. La
parte activa está sujeta en el interior de la carcasa por medio de
una capa de material aislante.
Un descargador de sobretensión del tipo
mencionado al principio se detalla en la patente EP 0 595 376 A2.
Este descargador de sobretensión contiene un tubo de material
aislante fabricado en una materia prima compuesta, como por ejemplo
poliéster reforzado con fibra de vidrio, en el que van dispuestos
una serie de elementos de varistor orientados a lo largo del eje del
tubo. En los extremos del tubo de material aislante están
configuradas roscas interiores, cada una de las cuales sirve para el
alojamiento de una rosca exterior de un accesorio de conexión
metálico. El tubo de material aislante presenta orificios de paso a
través de los cuales una sustancia aislante, como por ejemplo aceite
o hexafluoruro de azufre, puede penetrar hacia el interior del tubo
o, en caso de un estado de funcionamiento no deseado, pueden salir
gases ionizados desde el interior del tubo. Una carcasa de
protección contra la intemperie que recubre el tubo, fabricada en un
material elastómero, protege el descargador de sobretensión contra
influjos nocivos del entorno.
En la patente EP 0 103 454 B1 se describe un
descargador de sobretensiones que presenta una carcasa de porcelana,
provista de barreras contra la intemperie, con un orificio
cilíndrico en el que se inserta una pieza activa a base de varios
varistores apilados en forma de columna a base de óxido de zinc
impurificado. La parte activa se sujeta con la ayuda de una capa
adherente prevista entre la pared del orificio y la superficie de
revestimiento de la pieza activa, a base de vidrio. Dos accesorios
metálicos dirigidos hacia las superficies frontales de la pieza
activa ocluyen el interior de la carcasa hacia fuera y sirven de
conexiones de corriente. En la fabricación de este descargador de
sobretensión la carcasa de porcelana está expuesta a temperaturas
elevadas, pues durante la formación de la capa adherente se vierte
cristal líquido en la carcasa de porcelana. Además hace falta
colocar los accesorios con un cemento en los extremos de la carcasa
de porcelana.
Otro descargador de sobretensión con un pieza
activa de forma cilíndrica a base de varistores de óxido metálico se
describe en la patente EP 0 335 479 B1. Este descargador de
sobretensión presenta como carcasa un tubo de material aislante
envuelto en hilo y hermetizado por dos accesorios metálicos, y una
protección elastómera contra la intemperie que va sujeta en la
superficie de revestimiento del tubo de material aislante. En la
fabricación de este descargador de sobretensión el tubo de material
aislante se forma por arrollamiento de la pieza activa, que contiene
los dos accesorios metálicos y los varistores.
La invención, como se detalla en la
reivindicación 1, se plantea como objetivo describir un descargador
de sobretensión del tipo mencionado al principio, que se caracteriza
por una estabilidad mecánica elevada y unas propiedades dieléctricas
buenas, y que no obstante se pueda fabricar de una forma sencilla y
con unos costes reducidos.
El descargador de sobretensión conforme a la
invención se caracteriza porque se puede fabricar de forma rápida y
extremadamente económica, y en unas pocas etapas de proceso, fáciles
de realizar, y porque no obstante está dotado de unas
características mecánicas y eléctricas extraordinarias. Las etapas
de proceso típicas son la fabricación de un tubo reforzado con
fibras, moldeado por inyección o extruido, y de un tubo elastómero,
así como el encaje y el atornillado mutuo de piezas adaptadas unas a
otras, con formación de la carcasa del descargador que aloja a la
pieza activa, así como el llenado de la carcasa del descargador con
un líquido que forma el material aislante y que preferiblemente
endurece a temperatura ambiente.
Con la elección apropiada del material de las
fibras de refuerzo y del material elastómero se pueden mejorar la
estabilidad mecánica y el comportamiento dieléctrico del descargador
de sobretensión. En la fabricación del tubo moldeado por inyección o
extruido se pueden configurar al mismo tiempo raíles de conducción
orientados en la dirección del eje del tubo, que distancian la pared
interior del tubo reforzado con fibras respecto de la superficie de
revestimiento de la pieza activa. El espacio del cilindro hueco
formado de este modo mejora además, una vez llenado con material
aislante, las propiedades dieléctricas del descargador de
sobretensión.
En los dibujos se representan, de forma
simplificada, ejemplos de realización de la invención, y en ellos se
puede ver:
Figura 1 una vista en planta de un primer ejemplo
de realización, seccionado en la dirección axial, del descargador de
sobretensión según la invención, con una pieza activa de forma
cilíndrica alojada en una carcasa de material aislante y dispuesta
entre dos accesorios de forma cilíndrica,
Figura 2 una vista en planta de la cara frontal
de uno de los dos accesorios, dirigida hacia la pieza activa del
descargador de sobretensión según la figura 1,
Figura 3 una vista lateral del accesorio según la
figura 2, y
Figura 4 una vista en planta de un segundo
ejemplo de realización del descargador de tensión según la
invención, seccionado en la dirección axial.
En todas las figuras los números de referencia se
refieren a piezas de idéntica función. El descargador de
sobretensión representado en la figura 1 presenta una carcasa de
material aislante 1, dividida en dos piezas y formada por un tubo 2
de material aislante y una protección contra la intemperie 3,
recubierta y montada por deslizamiento sobre la superficie de
revestimiento del tubo 2, en ejecución hermética al agua con ayuda
de una capa de grasa. El tubo 2 de material aislante contiene sobre
todo un polímero termoplástico, como -preferentemente- una
poliamida, y una sustancia de relleno alojada en el material
termoplástico, de preferencia fibras de vidrio con un porcentaje de
entre el 20 y el 60%, por ejemplo el 30 ó el 50% del peso del tubo
de material aislante. Un tubo de este tipo se puede fabricar de una
forma especialmente sencilla y económica mediante extrusión o moldeo
por inyección.
La protección contra la intemperie 3 está formada
por un polímero elastómero, preferentemente a base de un caucho de
etileno, de propileno, de silicona, de silicona fluorada o de un
caucho fluorado, y se fabrica ventajosamente mediante moldeo por
inyección. En este sentido resulta especialmente ventajoso que las
barreras 4 de la protección contra la intemperie 3 estén construidas
en sentido radial. El molde necesario para la fundición de la
protección contra la intemperie 3 puede estar configurado de modo
que la inevitable rebaba de junta forme el borde exterior de las
barreras 4 y discurra entre las barreras, pero no en las zonas
dieléctricamente más cargadas, por encima de la barrera 4 superior y
por debajo de la barrera 4 inferior.
La grasa prevista entre el tubo 2 de material
aislante y la protección contra la intemperie 3 es preferentemente
una grasa silicónica. Esta grasa impermeabiliza mutuamente el tubo 2
de material aislante y la protección contra la intemperie 3, con lo
cual se impide la penetración de humedad entre el tubo 2 de material
aislante y la protección contra la intemperie 3. Al mismo tiempo la
grasa facilita el desplazamiento de la protección contra la
intemperie 3 sobre el tubo 2 de material aislante durante el montaje
del descargador de sobretensión, mejorando además las propiedades
dieléctricas de la carcasa 1 de material aislante.
Durante la fabricación del tubo 2 de material
aislante, mediante moldeo por inyección o extrusión, se moldea en el
tubo 2 un accesorio 5 cilíndrico, que hermetiza el extremo inferior
del tubo 2 y que está fabricado en un material buen conductor de la
corriente eléctrica, como por ejemplo aluminio o cobre aleado o sin
alear. Un accesorio 6 configurado en forma correspondiente y con el
mismo material hermetiza hacia arriba el tubo 2 de material
aislante.
Durante la fabricación del tubo 2 de material
aislante se moldean al mismo tiempo, en la cara interior del tubo 2,
al menos tres raíles de conducción 7 orientados en la dirección del
eje del tubo. Los raíles de conducción 7 se disponen distribuidos
regularmente en la dirección del perímetro del tubo 2 de material
aislante, y crean así una distancia entre la pared interior del tubo
2 de material aislante y la superficie de revestimiento de una pieza
activa B, configurada en forma cilíndrica y situada en el interior
del tubo de material aislante. Esta pieza activa 8 contiene un
varistor configurado en forma de columna a base de un óxido
metálico, o bien varios varistores configurados en forma de disco y
dispuestos en forma de columna, con inserciones entre ellos de
discos de contacto, siempre a base de óxido metálico. El espacio en
forma de cilindro hueco entre la pieza activa 8 y el tubo 3 de
material aislante está relleno de material aislante para mejorar el
comportamiento dieléctrico del descargador de sobretensión. Este
material aislante está formado, de forma ventajosa, por una resina
endurecida a temperatura ambiente a base de una silicona, con la
cual se llena, primero en forma de un líquido, el interior de la
carcasa 1 de material aislante durante el montaje del descargador de
sobretensión.
En la figura 1 se puede observar que cada uno de
los accesorios 5, 6 presenta una depresión de forma anular, moldeada
en una superficie frontal que mira hacia fuera, y orientada hacia el
lado de la superficie de revestimiento. Esta depresión está
designada en la figura 3 con el número de referencia 9. La depresión
del accesorio 5, que hermetiza el extremo inferior del tubo 2 de
material aislante, sirve para el alojamiento de un collarín 10 del
tubo, dirigido hacia dentro en dirección radial y configurado
durante la fabricación del tubo 2. El collarín 10 engancha por
detrás el accesorio 5 y ocluye así los orificios de paso 11
configurados en la depresión 9 y conducidos en la dirección del eje
del tubo.
La depresión del accesorio 6 sirve para el
alojamiento de material aislante, que después de llenar la carcasa 1
de material aislante con la sustancia aislante, en un primer momento
líquida, sale del tubo 2 y posteriormente se endurece a temperatura
ambiente quedando como material aislante. En sus dos superficies
frontales, que miran hacia dentro, cada uno de los dos accesorios 5,
6 presenta varias levas de contacto 12, mientras que en cada uno de
sus dos lados frontales, que miran hacia fuera, se ha practicado una
rosca interior 13, que sirve para el alojamiento de un perno roscado
14 para la creación de un contacto galvánico con un cable de
alimentación de corriente [Figura 1]. En las superficies de
revestimiento de los dos accesorios 5 y 6 se ha practicado una rosca
exterior 15. La rosca exterior 15 del accesorio 5 mantiene a dicho
accesorio, moldeado para su adaptación al tubo 2, fijo en el tubo 2
de material aislante durante la incidencia de una fuerza axial,
mientras que la rosca exterior 15 del accesorio 6 colabora con una
rosca interior moldeada en el extremo superior del tubo 2 durante la
formación de una fuerza de incidencia axial.
En el extremo inferior de la carcasa 1 van
dispuestas unas tapas de metal 16, 17 de material aislante que son
presionadas contra la carcasa 1 por medio de dos tuercas 18
conducidas en el perno roscado 14, impidiendo así que la humedad no
deseada llegue al interior del descargador de sobretensión. Este
descargador de sobretensión presenta, con la pieza activa 8, el tubo
2 de material aislante, la protección contra la intemperie 3, los
dos accesorios 5 y 6, el material aislante no representado
gráficamente, situado entre la pieza activa 8 y el tubo de material
aislante 2, y las dos tapas 16 y 17, ocho piezas de montaje
sencillo, dos de las cuales además dos están configuradas por
parejas, concretamente los accesorios 5, 6 y las tapas 16, 17. Por
ello el descargador de sobretensión se puede fabricar de forma
rápida y en un procedimiento particularmente apropiado para una
producción en serie.
Un procedimiento de este tipo se lleva a cabo de
forma ventajosa como sigue:
En el tubo 2 de material aislante, que ya
contiene el accesorio inferior 5, y que presenta por tanto una
configuración en forma de copa, se inserta la pieza activa 8 y a
continuación el extremo superior del tubo 2 se cierra atornillando
el accesorio 6. Para el atornillado, una herramienta puede agarrar
en los orificios de paso 11. El accesorio 6 se atornilla hacia el
interior del tubo hasta que las levas de contacto 12 de los dos
orificios 5 y 6 se apoyen, con una fuerza de contacto suficiente,
sobre las dos superficies frontales de la pieza activa 8. Dado que
el tubo 2 presenta una elasticidad relativamente grande, se
garantiza que esta fuerza de contacto se conserve durante la vida
útil del descargador de sobretensión.
A continuación se introduce, por ejemplo, por
medio de una aguja de inyección, una sustancia aislante líquida a
través de los orificios de paso 11, dispuestos en el accesorio
superior 6, hacia el espacio en forma de cilindro hueco, apoyado por
los raíles de conducción 7 y situado entre la pieza activa 8 y el
tubo 2 de material aislante. Dado que los orificios de paso 11
previstos en el accesorio inferior 5 están ocluidos por el collarín
10 la sustancia aislante no puede escurrirse hacia abajo. Durante el
endurecimiento la sustancia aislante líquida que sale de los
orificios de paso 11 del accesorio superior 6 se recoge en la
depresión 9 del accesorio 6 y forma asimismo, una vez que ha
concluido el proceso de endurecimiento, un collarín que hermetiza el
interior de la carcasa. Con las tapas 16 y 17, que forman un
collarín por encima de los extremos de la protección contra la
intemperie 3, se hermetiza adicionalmente el interior de la
carcasa.
Por lo general las dos tapas 16, 17 están
fabricadas en metal, como por ejemplo acero o aluminio, o una
aleación de aluminio. No obstante, en una forma de realización
preferida de la invención al menos la tapa 17 está fabricada en un
material que, con la formación de un punto de unión 19, se puede
soldar directa o indirectamente, o encolar, en unión positiva con el
tubo 2 de material aislante.
Se consigue una unión mecánica especialmente
sólida si la tapa 17 está fabricada del mismo material que el tubo 2
de material aislante, y si la unión se consigue mediante soldadura
directa del borde superior del tubo 2 de material aislante y la tapa
17, en particular por ultrasonidos. Un descargador de sobretensión
fabricado de este modo se caracteriza por una elevada estabilidad
mecánica, pues las fuerzas de tracción generadas por la pieza activa
8, en particular durante una carga de impulsos de corriente, se
transmiten no sólo a través de la rosca exterior 15, sino también a
través del punto de unión 19 del accesorio 6 con el tubo 2 de
material aislante. Al mismo tiempo, con la unión de las dos piezas 2
y 17 se impide adicionalmente la entrada de agua en el interior de
la carcasa.
En la forma de realización según la figura 4 la
protección contra la intemperie 3 está configurada de tal modo que
queda cerrada en su extremo superior y presenta una pieza de
cubierta 20 que permite prescindir de la tapa 17. Por otra parte, en
esta forma de realización las clavijas 21, insertas en los
accesorios 5, 6 a través de la protección contra la intemperie 3 y
del tubo 2 de material aislante, incrementan muy considerablemente
la estabilidad mecánica de la envoltura de la pieza activa 8,
formada por el tubo 2 de material aislante, la protección contra la
intemperie 3 y los accesorios 5, 6, en particular bajo carga de
tracción. Para garantizar una transmisión regular de la fuerza, se
recomienda distribuir las clavijas regularmente en la dirección del
perímetro. Con sólo tres clavijas por accesorio se incrementa
sustancialmente la estabilidad mecánica. Sin embargo, en función del
diámetro del tubo 2 de material aislante se pueden utilizar también
más de tres clavijas.
Mediante las clavijas 21 se puede mejorar aún más
la estabilidad mecánica del descargador de sobretensión según el
ejemplo de realización descrito anteriormente.
| 1 | Carcasa de material aislante |
| 2 | Tubo de material aislante |
| 3 | Protección contra la intemperie |
| 4 | Barreras |
| 5, 6 | Accesorios |
| 7 | Raíles de conducción |
| 8 | Pieza activa |
| 9 | Depresión |
| 10 | Collarín |
| 11 | Orificios de paso |
| 12 | Levas de contacto |
| 13 | Rosca interior |
| 14 | Pernos roscados |
| 15 | Rosca exterior |
| 16, 17 | Tapas de metal |
| 18 | Tuercas |
| 19 | Punto de unión |
| 20 | Pieza de cubierta |
| 21 | Clavijas |
Claims (13)
1. Descargador de sobretensión con una pieza
activa (8) cilíndrica dispuesta entre dos accesorios (5, 6)
conductores de corriente de forma cilíndrica y que contiene al menos
un varistor a base de óxido metálico, y con una carcasa (1) de
material aislante que rodea a modo de revestimiento la pieza activa
(8), que está hermetizada en su lado frontal por los accesorios (5,
6), y que está formada por un tubo (2) de material aislante y por
una protección contra la intemperie (3) provista de barreras y
sujeta sobre la superficie de revestimiento del tubo (2), y que está
rellena de material aislante, donde un primer accesorio (5) de los
dos accesorios (5, 6) está moldeado en un primer extremo, de los
dos, del tubo (2), y el segundo accesorio (6) está atornillado con
una rosca exterior (15), con formación de fuerza de contacto, en una
rosca interior del tubo (2), caracterizado porque el tubo (2)
de material aislante está formado por un material termoplástico con
refuerzo de fibras de vidrio, moldeado por inyección o extruido, y
porque en la cara interior del tubo (2) están configurados al menos
tres raíles de conducción (7) orientados en la dirección del eje del
tubo, los cuales crean una distancia entre la cara interior del tubo
(2) y la superficie de revestimiento de la pieza activa (8), con
formación de un espacio que se rellena con el material aislante.
2. Descargador de sobretensión según la
reivindicación 1, caracterizado porque el material
termoplástico es una poliamida que contiene fibras de vidrio que
representan aprox. del 20 al 60% de su peso, preferiblemente entre
el 30 y el 50% de su peso.
3. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada uno de los
accesorios (5, 6) presenta una depresión (9) de forma anular,
moldeada en su superficie frontal que mira hacia fuera, y orientada
hacia el lado de la superficie de revestimiento.
4. Descargador de sobretensión según la
reivindicación 3, caracterizado porque la depresión (9) del
primer accesorio (5) aloja un collarín (10) del tubo (2) conducido
hacia dentro en dirección radial.
5. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque en la depresión
(9) está configurado al menos un orificio de paso (11) practicado en
la dirección del eje del tubo.
6. Descargador de sobretensión según la
reivindicación 5, caracterizado porque la depresión del
segundo accesorio (6) aloja el material aislante formado por el
endurecimiento de la sustancia aislante líquida, donde la sustancia
aislante líquida entra en la depresión, procedente del interior de
la carcasa, a través de los orificios de paso (11).
7. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada uno de los
dos accesorios (5, 6) presenta unas levas de contacto (12)
dispuestas en su superficie frontal que mira hacia dentro y
aplicadas sobre una superficie frontal de la pieza activa (8).
8. Descargador de tensión según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la protección
contra la intemperie (3) presenta al menos una barrera (4) conducida
en dirección radial.
9. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los lados
frontales de la carcasa (1) de material aislante están hermetizados
con dos tapas (16, 17) que forman un collarín por encima de los
extremos de la protección contra la intemperie (3).
10. Descargador de sobretensión según la
reivindicación 9, caracterizado porque una (17) de las dos
tapas está unida al segundo accesorio (6) a través de al menos un
punto de unión (19).
11. Descargador de sobretensión según la
reivindicación 10, caracterizado porque el punto de unión
(19) está formado mediante soldadura directa, en particular
soldadura por ultrasonidos, soldadura indirecta o encolado.
12. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque uno de los dos
lados frontales de la carcasa (1) de material aislante está
hermetizado con una pieza de cubierta (20) integrada en la
protección contra la intemperie.
13. Descargador de sobretensión según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque al menos uno de
los dos accesorios (5, 6) va sujeto adicionalmente con clavijas
(21), las cuales se insertan desde fuera en al menos un accesorio
(6) a través del tubo (2) de material aislante.
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