ES2252645T3 - Dispositivo de seccionamiento. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para seccionar un conductor eléctrico portador de corriente, que comprende una carcasa (3), dos tomas de corriente (1, 2) sacadas fuera de la carcasa (3), un tramo de conductor (7) que une las dos tomas de corriente (1, 2) una con otra de manera eléctricamente conductora en el interior (4) de la carcasa, y un agente propulsor dispuesto en el interior (4) de la carcasa para generar gas comprimido en una cantidad suficiente para seccionar el tramo de conductor (7) al presentarse una corriente de defecto, caracterizado porque el agente propulsor se mantiene libre de materias inflamables y ha sido elegido de tal manera que la cantidad de gas comprimido necesaria para el seccionamiento puede ser liberada térmicamente del agente propulsor por el trabajo de la corriente de defecto.
Description
Dispositivo de seccionamiento.
En la invención se parte de un dispositivo para
seccionar un conductor eléctrico portador de corriente según el
preámbulo de la reivindicación 1. Este dispositivo contiene una
carcasa y dos tomas de corriente sacadas fuera de la carcasa. En el
interior de la carcasa está previsto un tramo de conductor que une
de manera eléctricamente conductora las dos tomas de corriente una
con otra, así como un agente propulsor que produce el seccionamiento
del conductor eléctrico por encima de un valor límite prefijable
dependiente de la corriente. El seccionamiento se efectúa en
general en función de la forma, la magnitud y la duración de una
corriente llevada en el conductor eléctrico. Como medio de
seccionamiento del conductor eléctrico se utilizan típicamente
alambres de fusible, mecanismos de muelle o cápsulas de encendido
llenas de material explosivo. El conductor eléctrico establece en
general una unión entre un descargador de sobretensión y un
potencial de tierra o de alta tensión. Por consiguiente, el
descargador de sobretensión es separado del potencial de tierra o de
alta tensión por el seccionamiento del conductor.
Con el preámbulo la invención hace referencia a
un estado de la técnica de dispositivos de seccionamiento como el
que se ha descrito, por ejemplo, en el documento US 5,434,550 A. Uno
de los dispositivos de seccionamiento descritos sirve para separar
un descargador de sobretensión respecto de un potencial de tierra y
presenta una carcasa de material aislante de la que se han sacado
dos tomas de corriente. En el interior de la carcasa están
previstos un cartucho lleno de material explosivo y dos vías de
corriente conectadas en paralelo entre las dos tomas de corriente.
Una vía de corriente de bajo valor óhmico de entre las dos vías de
corriente contiene un alambre de fusible arrollado en forma de
bobina, mientras que una vía de corriente de alto valor óhmico de
entre ambas vías de corriente contiene una distancia disruptiva
dispuesta entre dos anillos. En el funcionamiento normal del
descargador circula por el alambre de fusible solamente una
corriente de fuga muy pequeña que provoca únicamente un
calentamiento admisible del dispositivo de seccionamiento. En el
caso de una sobretensión que se presente durante corto tiempo en
una red que contiene el descargador de sobretensión, por ejemplo a
consecuencia de una manipulación de conexión o a consecuencia de la
descarga de un rayo, circula por breve tiempo una corriente de alta
intensidad por el dispositivo de seccionamiento. Esta corriente
conmuta, formando un arco voltaico, a la vía de corriente que
contiene la distancia disruptiva. Sin embargo, cuando la
sobretensión es de duración relativamente larga a consecuencia de
un estado deficiente de la red, se funde el alambre de fusible y se
forma en el interior de la carcasa un arco voltaico que activa el
cartucho. De este modo, se hace que estalle la carcasa y se separa
el descargador de sobretensión respecto del potencial de tierra. Se
consigue el mismo efecto cuando, debido a un estado deficiente del
descargador de sobretensión, se conduce una corriente de fuga
demasiado alta en el alambre de fusible. Esta corriente calienta
paulatinamente el dispositivo de seccionamiento hasta el punto de
que se active el cartucho por encima de una temperatura límite y se
seccione la unión a consecuencia de un explosión. En la explosión
se hace visible un elemento indicador y se conmuta la corriente a
un conductor de puesta a tierra que contiene el elemento indicador.
Sin embargo, el material explosivo existente en el cartucho del
dispositivo de seccionamiento representa un potencial de peligro no
deseado.
En el documento DE 100 30 669 A1 se ha descrito
también un dispositivo de seccionamiento de la clase citada al
principio para un descargador de sobretensión. En este dispositivo
está dispuesto un generador de gas a base de un airbag en un
taladro ciego de un tramo de conductor de una vía de corriente de
descarga. Al presentarse una corriente de defecto de larga duración
se enciende el airbag por medio de una señal eléctrica generada en
un convertidor inductivo recorrido por la corriente de defecto. Un
dispositivo de esta clase es relativamente complicado.
En Patents Abstracts of Japan vol. 013, No. 429
(E-823) &
JP-A-01 159984 se describe un
descargador de sobretensión delante del cual está conectado un
dispositivo para seccionar un conductor eléctrico portador de
corriente. Este dispositivo presenta dos respectivas tomas de
corriente construidas como bridas metálicas, de las que una está
unida de manera eléctricamente conductora con un conductor portador
de tensión a través de un conductor de unión y la otra está
retenida de forma eléctricamente conductora sobre una brida del
descargador de sobretensión. Este dispositivo presenta una carcasa
llena de gas aislante en cuyo interior está dispuesto el conductor
eléctrico que se ha de seccionar. La carcasa está formada por un
tubo aislante y las dos bridas metálicas que actúan como sendas
tomas de corriente, las cuales se aplican a las dos superficies
frontales del tubo aislante y cierran su interior hacia fuera. El
conductor de corriente dispuesto en el interior de la carcasa
contiene dos tramos, de los que uno está realizado en forma de un
alambre fusible. El otro tramo es de construcción flexible y está
dispuesto en el interior de un fuelle cerrado por una placa de
alivio de presión y lleno de un gas aislante comprimido.
En el funcionamiento normal, el descargador no
conduce prácticamente ninguna corriente. Ambas bridas se encuentran
al mismo potencial, ya que se provoca una compensación de potencial
a través del conductor de corriente dispuesto en el interior de la
carcasa. Cuando el descargador conduce una corriente de defecto, se
funde el alambre fusible. Un arco voltaico entonces formado perfora
una abertura en una placa de compensación de presión que cierra el
fuelle en forma hermética al gas. El gas comprimido encerrado por el
fuelle puede escapar ahora al interior de la carcasa. El fuelle se
contrae y con su extremo portador de un electrodo anular se separa
de un electrodo estacionario. El arco voltaico, que se apoya
mientras tanto en los dos electrodos, es prolongado y extinguido.
El conductor de corriente está entonces seccionado y la corriente de
defecto está desconectada.
Este dispositivo necesita medios mecánicos para
almacenar una energía necesaria para seccionar el conductor de
corriente. Por tanto, es también relativamente costoso.
La invención, tal como se define en las
reivindicaciones, resuelve el problema de indicar un dispositivo de
seccionamiento de la clase citada al principio que se distingue por
una característica de reacción suficiente para resolver la mayoría
de los problemas de protección y que, no obstante, puede fabricarse,
transportarse y montarse de manera completamente exenta de
riesgos.
En el dispositivo de seccionamiento según la
invención el agente propulsor se mantiene libre de materias
inflamables y se ha seleccionado de tal manera que la cantidad de
gas comprimido necesaria para el seccionamiento pueda ser liberada
térmicamente del agente propulsor por el trabajo de la corriente de
defecto. Debido al trabajo de la corriente, se calienta el agente
propulsor y se descompone térmicamente por aportación de calor hasta
que se presente la cantidad de gas comprimido deseada en la
carcasa. El gas comprimido es generado por un proceso endotérmico
y, por tanto, fácil de controlar. Por consiguiente, el dispositivo
de seccionamiento según la invención puede ser fabricado,
comercializado, montado y mantenido sin que tengan que observarse
para ello las medidas de precaución prescritas para el manejo de
materias inflamables, especialmente materias explosivas. De este
modo, no sólo se evita un potencial de riesgo existente en otros
casos durante la fabricación, transporte, instalación y
mantenimiento, sino que se ahorran a la vez costes y tiempo que se
producen con el empleo de materiales explosivos por motivos de una
reducción del riesgo para seguridad y la observancia de las
prescripciones de seguridad.
En una forma de ejecución preferida de la
invención el agente propulsor presenta un aditivo que desarrolla
gas a consecuencia de la evaporación y que es ventajosamente un
líquido, como especialmente agua, pero eventualmente también un
alcohol. Este líquido puede ser recogido muy cómodamente y en
cantidades relativamente grandes por un adsorbedor. Por motivos de
rentabilidad y para poder hacer que el dispositivo de seccionamiento
funcione de manera fiable y segura, es recomendable prever agua en
calidad de líquido. El adsorbedor presenta entonces ventajosamente
una estructura capilar y/o cristalina y puede acumular así grandes
cantidades de agua de una manera dieléctricamente inocua. Como
adsorbedor se han acreditado muchas sustancias que presentan una
estructura de silicato, aluminato y/o aluminosilicato y que, como,
por ejemplo, talco (esteatita), zeolita y/o tierra húmeda (arcilla,
arena), contienen grandes cantidades de agua en forma físicamente
fijada en cavidades, tales como capilares o capas intermedias. De
manera correspondiente, el agua puede estar incorporada químicamente
en forma de agua de cristalización en el agente propulsor. Ejemplos
especialmente preferidos de esto son hidróxidos cristalizados, tal
como, por ejemplo, hidrargilita.
En otra forma de ejecución ventajosa de la
invención se emplea un agente propulsor que contiene un material
formador de gas que se descompone predominantemente por vía
endotérmica por encima de una temperatura límite. Se han acreditado
especialmente materiales que, al igual que determinados plásticos,
grasas y/o aceites, se gasifican fuertemente bajo la acción de un
arco voltaico. Entre éstos se cuentan especialmente
polimetilmetracrilatos (PMMA), poliuretanos (PUR), siliconas, geles
de silicona, aceites de silicona, aceites minerales o aceites o
grasas orgánicos.
Para lograr un buen funcionamiento del
dispositivo de seccionamiento y un comportamiento de reacción de
efecto rápido el agente propulsor deberá estar dispuesto
convenientemente en el interior de la carcasa. Cuando el
dispositivo de seccionamiento deba reaccionar con un tiempo de
retardo que, dado el caso, sea relativamente grande, el dispositivo
de seccionamiento deberá presentar una distancia disruptiva
conectada en paralelo con el tramo de conductor, dispuesta en el
interior de la carcasa y destinada a recoger un arco voltaico
formado al seccionar el conductor eléctrico, uno de los dos
electrodos de la distancia disruptiva deberá estar construido como
un electrodo hueco y el interior del electrodo hueco deberá dar
entonces alojamiento al agente propulsor. Se consigue una
característica de reacción bien reproducible cuando el electrodo
hueco presenta en un tramo que da alojamiento a un punto de base
del arco voltaico un espesor de pared que, por encima de un valor
prefijado del trabajo del arco voltaico, hace posible la acción
formadora de gas del arco voltaico sobre el agente propulsor.
Se consigue una disposición especialmente eficaz
del agente propulsor cuando el tramo de conductor configurado a
manera de una bobina está integrado en la pared de la carcasa, ya
que entonces el espacio interior descubierto de la carcasa puede
rellenarse de agente propulsor y únicamente tiene que acoger todavía
a la distancia disruptiva conectada en paralelo.
Se explica seguidamente la invención con más
detalle haciendo referencia a ejemplos de ejecución. Las figuras 1
a 4 muestran sendas vistas en planta de uno de cuatro dispositivos
de seccionamiento según las invención, en cada uno de los cuales se
ha retirado el lado delantero de una carcasa de construcción
axialmente simétrica después de la respectiva ejecución de una
sección axial.
En las figuras las partes iguales se han
identificado con los mismos símbolos de referencia. Los dispositivos
de seccionamiento representados a título de ejemplo en las figuras
1 a 4 presentan sustancialmente cada uno de ellos en disposición
axialmente simétrica dos tomas de corriente 1, 2 distanciadas
axialmente una de otra y una carcasa 3 que fija las dos tomas de
corriente, hecha de un material aislante, tal como, por ejemplo,
porcelana o un polímero durómero o termoplástico. La carcasa puede
haberse construido en una sola pieza, por ejemplo por moldeo del
material aislante, pero puede fabricarse también en dos o más
partes. La carcasa 3 presenta un espacio interior 4 de forma
cilíndrica cuyos dos lados frontales están formados por una
respectiva superficie 5 ó 6 de cada una de las dos tomas de
corriente 1 ó 2, respectivamente, y cuya superficie envolvente está
formada por la carcasa 3.
Las dos tomas de corriente están unidas una con
otra de manera eléctricamente conductora en todas las formas de
ejecución, constituyendo una vía de corriente de bajo valor óhmico,
con ayuda de un tramo de conductor 7 conectado entre las dos
superficies 5, 6. Este tramo de conductor presenta una resistencia
óhmica 8 dispuesta en el espacio interior 4 en la forma de
ejecución según la figura 1, una inductividad 9 dispuesta en el
espacio interior 4 en la forma de ejecución según la figura 2, un
conductor fusible 10 dispuesto en el espacio interior en la forma
de ejecución según la figura 3 y una inductividad 11 integrada en la
carcasa 3 por moldeo en la forma de ejecución según la figura
4.
Las formas de ejecución según las figuras 1, 2 y
4 presentan al mismo tiempo una vía de corriente de alto valor
óhmico con una distancia disruptiva de construcción axialmente
simétrica que se ha puesto de relieve por medio de un arco voltaico
12. Un electrodo de la distancia disruptiva está formado por la
superficie 5 y otro electrodo 13 está formado por una punta de un
pasador embutido en la toma de corriente 2 junto a la superficie 6.
La vía de corriente de alto valor óhmico está dispuesta en paralelo
con la vía de corriente de bajo valor óhmico representada por el
tramo de conductor 7.
En la forma de ejecución según la figura 1 un
agente propulsor exento de material explosivo, típicamente tierra
húmeda, se encuentra en el electrodo 13 de construcción hueca.
Cuando una corriente que circula por la resistencia 8 en la vía de
corriente de bajo valor óhmico y que es alimentada típicamente por
un descargador que limita justamente una sobretensión sobrepasa un
valor límite, se conmuta entonces la corriente a la distancia
disruptiva formando el arco voltaico 12. Un tramo del electrodo 13
que da alojamiento a un punto de base del arco voltaico 12 presenta
un espesor de pared que hace posible, por encima de un valor
prefijado del trabajo del arco voltaico, la acción formadora de gas
del arco voltaico sobre el agente propulsor. En caso de
sobretensiones originadas por procesos transitorios, como,
especialmente, por manipulaciones de conexión o descargas de rayos,
en una red que contiene el descargador de sobretensión, el trabajo
del arco voltaico no es en general suficiente para activar el
agente propulsor. Por el contrario, en caso de una corriente de
defecto de larga duración, el trabajo del arco voltaico sobrepasa
un valor límite prefijado. Debido a un fuerte calentamiento se forma
entonces endotérmicamente en el agente propulsor un gas comprimido,
típicamente vapor de agua y/o gas detonante. Este gas comprimido
destruye la carcasa 3 y hace entonces que se separen ampliamente las
dos tomas de corriente 1, 2, seccionando el conductor eléctrico que
lleva corriente de defecto. Mediante un diseño adecuado de las
dimensiones del electrodo y de la composición del agente propulsor
se puede conseguir un retardo bien reproducible al activar el
dispositivo de seccionamiento.
Como alternativa, el agente propulsor puede
llenar el volumen remanente del espacio interior 4. El arco voltaico
12 es encendido entonces en el agente propulsor y forma gas
comprimido en el espacio interior 4 inmediatamente después de su
encendido. La formación de gas comprimido depende nuevamente del
trabajo del arco voltaico. Mediante un diseño adecuado de la clase
y la cantidad del agente propulsor y de la resistencia de la carcasa
se puede conseguir así que se destruya la carcasa únicamente cuando
el trabajo del arco voltaico ha sobrepasado el valor límite
prefijado. Los golpes de corriente de corta duración producidos por
sobretensiones transitorias pueden ser conducidos así en el
dispositivo de seccionamiento sin destrucción de la carcasa 3,
mientras que las corrientes de defecto de larga duración conducen
al seccionamiento del conductor eléctrico y a la separación del
descargador de sobretensión respecto de tierra o de la red.
Cuando el agente propulsor está encerrado en el
electrodo 12 o alojado en el espacio interior 4, las corrientes de
defecto de larga duración y de una amplitud relativamente pequeña no
conducen ciertamente a la formación de arcos voltaicos, pero tales
corrientes calientan el agente propulsor tan fuertemente que éste,
por encima de un valor límite de temperatura determinado por el
trabajo de la corriente, suministra gas comprimido con una presión
suficientemente alta para la destrucción de la carcasa 3.
En la forma de ejecución según la figura 2 se
emplea en el tramo de conductor 7 una inductividad 9 en lugar de
una resistencia óhmica 8. De este modo, se facilita la conmutación
de la corriente de la vía de corriente de bajo valor óhmico a la
vía de corriente de mayor valor óhmico que contiene la distancia
disruptiva al presentarse un choque de corriente provocado por
sobretensiones transitorias y que actúa durante poco tiempo. La
inductividad está construida ventajosamente como un alambre
fusible. Se pueden interrumpir así pequeñas corrientes de defecto
por fusión del alambre de la inductividad 9. Se suprime un arco
voltaico entonces formado de manera especialmente eficaz con un
agente propulsor previsto directamente en el espacio interior 4 y
actuante como agente extintor.
En la forma de ejecución según la figura 3 se ha
previsto únicamente un tramo de conductor 7 de la vía de corriente
de bajo valor óhmico formado por un conductor fusible axialmente
tendido 10. No está presente una vía de corriente de mayor valor
óhmico que contenga una distancia disruptiva. Esta forma de
ejecución se caracteriza por una construcción especialmente
sencilla. El agente propulsor puede llenar la totalidad o solamente
una parte del espacio interior 4. Por ejemplo, puede estar aplicado
como envoltura sobre el conductor fusible 10. Mediante un diseño
adecuado del agente propulsor se puede conseguir también en este
dispositivo de seccionamiento que estalle la carcasa 3 únicamente
cuando un arco voltaico formado después de fundirse el alambre 10
presta un trabajo suficientemente grande.
En la forma de ejecución según la figura 4 se
tiene que, a diferencia de la forma de ejecución según la figura 2,
la vía de corriente de bajo valor óhmico construida como una
inductividad 11 está embutida en la pared de la carcasa 3. La
inductividad está protegida entonces contra la acción del arco
voltaico 12. En el espacio interior 4 puede alojarse al mismo
tiempo una cantidad especialmente grande de agente propulsor, lo que
puede ser especialmente ventajoso para determinadas aplicaciones
del dispositivo de seccionamiento.
1, 2 | Tomas de corriente |
3 | Carcasa |
4 | Espacio interior |
5, 6 | Superficies |
7 | Tramo de conductor |
8 | Resistencia |
9, 11 | Inductividades |
10 | Conductor fusible |
12 | Arco voltaico |
13 | Electrodo |
Claims (12)
1. Dispositivo para seccionar un conductor
eléctrico portador de corriente, que comprende una carcasa (3), dos
tomas de corriente (1, 2) sacadas fuera de la carcasa (3), un tramo
de conductor (7) que une las dos tomas de corriente (1, 2) una con
otra de manera eléctricamente conductora en el interior (4) de la
carcasa, y un agente propulsor dispuesto en el interior (4) de la
carcasa para generar gas comprimido en una cantidad suficiente para
seccionar el tramo de conductor (7) al presentarse una corriente de
defecto, caracterizado porque el agente propulsor se
mantiene libre de materias inflamables y ha sido elegido de tal
manera que la cantidad de gas comprimido necesaria para el
seccionamiento puede ser liberada térmicamente del agente propulsor
por el trabajo de la corriente de defecto.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente propulsor presenta un aditivo
que produce gas a consecuencia de su evaporación.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el aditivo es un líquido, especialmente
agua o un alcohol.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el agente propulsor presenta un
adsorbedor que succiona el líquido.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque como líquido está prevista agua y porque
el adsorbedor presenta una estructura capilar y/o cristalina.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque el adsorbedor presenta una estructura de
silicato, aluminato y/o aluminosilicato.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque el adsorbedor contiene talco, zeolita
y/o tierra.
8. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente propulsor presenta un material
formador de gas a consecuencia de su descomposición química.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el material contiene un plástico, grasa
y/o aceite, especialmente PMMA, PUR, silicona, gel de silicona,
aceite de silicona, aceite mineral o un aceite o grasa
orgánico.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 9, caracterizado porque el agente propulsor está
dispuesto en el interior (4) de la carcasa o en el espacio interior
de un electrodo (13) de construcción hueca de una distancia
disruptiva prevista en el interior (4) de la carcasa y conectada en
paralelo con el tramo de conductor (7).
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque, en caso de que el dispositivo esté
construido con un electrodo hueco (13), un tramo del electrodo
hueco (13) que da alojamiento a un punto de base de un arco
voltaico (12) presenta un espesor de pared que hace posible, por
encima de un valor límite prefijado del trabajo del arco voltaico,
la acción formadora de gas del arco voltaico (12) sobre el agente
propulsor.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque el tramo de conductor (7) configurado a
manera de una bobina está integrado en la pared de la carcasa
(3).
Applications Claiming Priority (2)
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