ES2252645T3 - Dispositivo de seccionamiento. - Google Patents

Dispositivo de seccionamiento.

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ES2252645T3 ES03405217T ES03405217T ES2252645T3 ES 2252645 T3 ES2252645 T3 ES 2252645T3 ES 03405217 T ES03405217 T ES 03405217T ES 03405217 T ES03405217 T ES 03405217T ES 2252645 T3 ES2252645 T3 ES 2252645T3
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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.
Campo técnico
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.
Estado de la técnica
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.
Exposición de la invención
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.
Descripción de los dibujos
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.
Modos de ejecución de la invención
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.
Lista de símbolos de referencia
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).
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