ES2257882T3 - Dispositivo de conmutacion estanco para gas. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que comprende una cámara de desconexión (67) y un polo de interrupción (54), que tiene un volumen libre que aloja una cámara de interrupción (63), que contiene un contacto móvil (59) y un contacto fijo (64), conteniendo dicho polo de interrupción (54) y dicha cámara de desconexión (67) fluidos de aislamiento dieléctrico, caracterizado porque dicha cámara de interrupción (63) está sellada con respecto a las partes restantes de dicho polo de interrupción (54).

Description

Dispositivo de conmutación estanco para gas.

La presente invención se refiere a un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que contiene medios de aislamiento eléctrico y tiene una estructura particular, para permitir la reducción del impacto medio ambiental de dichos medios de aislamiento.

Se conoce que los dispositivos de interrupción y desconexión de la técnica comprenden, en general, al menos una cámara de interrupción y una cámara de desconexión que están conectadas a casquillos de aislamiento. Estos elementos están dispuestos dentro de una estructura que está sellada con respecto al entorno circundante y que está llena con un medio fluido de aislamiento.

Con referencia a la figura 1, se presenta un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de una estructura típica de un dispositivo de interrupción y de desconexión conocido utilizado en una subestación de alta tensión.

Un conductor de una línea de potencia principal, indicada por la flecha 2, está conectado a una barra colectora principal 3 por medio del dispositivo de interrupción y de desconexión 1. Dicho dispositivo de interrupción y de desconexión 1 comprende un casquillo de aislamiento 4 para conexión a la línea 2, una cámara de desconexión 5, una cámara de interrupción 6, dispositivos de medición de la corriente eléctrica 7 y 8 dispuestos en los extremos de la cámara de interrupción 6, y un casquillo de aislamiento 9 para conexión a la barra 3 por medio de un conductor 10. Existen también dos dispositivos 11 y 12 utilizados para poner el sistema a tierra.

La cámara de desconexión 5 puede estar dispuesta tanto aguas arriba como también aguas debajo de la cámara de interrupción 6.

El dispositivo 1 está completamente lleno con un medio de aislamiento con el fin de prevenir las descargas eléctricas entre las varias partes que están con altas diferencias de potencial.

Una forma de realización conocida de un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con el diagrama de bloques de la figura 1 se presenta con referencia a la figura 2. Los casquillos de aislamiento 4 y 9 están dispuestos, respectivamente, en entrada y en salida con respecto al dispositivo de interrupción y de desconexión 1. El casquillo de aislamiento 4 contiene el conductor 2 de la línea de potencia principal, mientras que el casquillo aislante 9 contiene el conductor 10 conectado a la barra colectora principal (no se muestra en la figura 2).

El casquillo de aislamiento 4 está conectado a la cámara de desconexión 5 por medio de un acoplamiento 13. La cámara de desconexión 5 contiene un contacto fijo 14 y un contacto móvil 15 para realizar la desconexión. Un dispositivo de toma de tierra 11 está conectado también a la cámara 5 y conecta, si se requiere, el conductor principal 2 a la carcasa exterior 16 del dispositivo 1, que está en potencial de puesta a tierra por medio de los soportes 17, 18 y 19. Unos elementos de actuación 20 para mover el contacto móvil 15 están colocados también dentro de la cámara de desconexión 5. La cámara de desconexión 5 está separada, además, desde el casquillo de aislamiento 4 y desde la cámara de desconexión 6 por medio de las divisiones de aislamiento 21 y 22.

La cámara de interrupción 6 contiene un contacto móvil 23 y un contacto fijo 24. El contacto móvil 23 es accionado por elementos de movimiento 25. Además, el dispositivo de puesta a tierra 12 está conectado a la cámara de interrupción 6 y coloca el conductor 26 en salida desde la cámara de desconexión en potencial de puesta a tierra. El contacto móvil 23 está conectado al conductor 10 en salida desde el dispositivo de interrupción y de desconexión 1. La cámara de interrupción 6 está separada desde el casquillo de aislamiento 9 por medio de la división de aislamiento 28. Los casquillos de aislamiento 4 y 9, la cámara de interrupción 6 y la cámara de desconexión 5 están completamente llenos con un fluido de aislamiento, generalmente hexafluoruro de azufre (SF_{6}), que tiene una presión que es más alta que la presión atmosférica. Con el fin de mantener dicha presión interna, requerida con el fin de conseguir distancias de aislamiento reducidas y, por lo tanto, para reducir las dimensiones de la estructura, el dispositivo 1 está completamente sellado con respecto al entorno exterior.

Son posibles configuraciones alternativas con respecto a la descrita en las figuras 1 y 2. En particular, es posible utilizar cámaras de desconexión múltiples y casquillos de aislamiento múltiples, si es necesario conectar barras colectoras múltiples a la línea de potencia principal.

En los dispositivos de interrupción y de desconexión de la técnica, el fluido de aislamiento que se utiliza generalmente es hexafluoruro de azufre (SF_{6}). Otros fluidos conocidos son fluorocarburos (FC), perfluorocarburos (PFC), perfluoropoliéteres (PFPE) o mezclas de los mismos.

Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la técnica anterior se conoce a partir del documento DE-A-19612565.

El uso de estos medios de aislamiento, particularmente SF_{6}, que tiene la máxima capacidad de aislamiento dieléctrico, permite reducir en una medida considerable las distancias de aislamiento y, por lo tanto, reducir considerablemente las dimensiones de cada dispositivo individual y, por lo tanto, de la subestación en la que se utiliza, con respecto al uso de medios de aislamiento, tales como aceites minerales. Este hecho conduce a una reducción considerable en costes de instalación y de funcionamiento.

Se conoce a partir de la literatura técnica que los medios de aislamiento gaseosos fluorados conocidos, en particular SF_{6}, pueden provocar problemas en términos de impacto ambiental; además, son considerablemente costosos.

La reducción del contenido de estos medios de aislamiento utilizando fluidos dieléctricos alternativos, tales como por ejemplo mezclas de SF_{6} y nitrógeno (N_{2}), nitrógeno puro o gases nobles, conduce a un incremento de las distancias de aislamiento requeridas, puesto que dichos fluidos alternativos tienen, para una presión igual, una resistencia dieléctrica y una potencia de enfriamiento del arco mucho menor, por ejemplo, que el SF_{6} utilizado en su estado puro.

La simple sustitución de SF_{6} con otros fluidos de aislamiento alternativos sin realizar ninguna modificación estructural en el dispositivo de interrupción y de desconexión provocaría funciones erróneas.

Por otra parte, si la presión de dichos fluidos de aislamiento alternativos se incrementa para asegurar una resistencia dieléctrica y una potencia de enfriamiento del arco satisfactorios, es necesario recurrir a estructuras complicadas que apenas son competitivas económicamente y son poco fiables.

El objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, cuya estructura tiene una complejidad reducida y es capaz de optimizar el uso de los medios de aislamiento utilizados, para reducir considerablemente su impacto medio ambiental.

Dentro del alcance de este objetivo, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que tiene una estructura modular que permite la división del volumen de los fluidos de aislamiento utilizados dentro del polo de interrupción.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, en las que es posible utilizar diferentes medios de aislamiento dentro del polo de interrupción.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que permite un mantenimiento y/o sustitución sencillos de los elementos de actuación eléctrica, particularmente de las partes que están más expuestas al desgaste, tales como el contacto fijo y el contacto móvil de la cámara de interrupción.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que es altamente fiable y relativamente fácil de mantener y de costes competitivos.

Este y otros objetos, que serán más evidentes a continuación, se consiguen por un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que comprende una cámara de desconexión y un polo de interrupción, que tiene un volumen libre que aloja una cámara de interrupción, que contiene un contacto móvil y un contacto fijo, conteniendo dicho polo de interrupción y dicha cámara de desconexión fluidos de aislamiento dieléctrico. El dispositivo de acuerdo con la invención se caracteriza porque dicha cámara de interrupción está sellada con respecto a las partes restantes de dicho polo de interrupción.

De esta manera, el dispositivo de acuerdo con la invención tiene una estructura modular que permite optimizar el uso de fluidos dieléctricos y reducir el impacto medio ambiental; de hecho, los fluidos dieléctricos, que tienen un impacto medio ambiental alto, se utilizan solamente en la cámara de interrupción sellada, en la que se requiere un poder alto de enfriamiento del arco.

Otra ventaja del dispositivo de acuerdo con la invención consiste en el hecho de que se puede extraer la cámara de interrupción desde el cuerpo principal del polo de interrupción eléctrico. Esto permite un mantenimiento y/o sustitución sencillos de las partes más sujetas a desgaste durante las actuaciones de interrupción y desconexión en virtud de la posibilidad de extraer la cámara de interrupción sellada desde el cuerpo del polo eléctrico. Además, el dispositivo de acuerdo con la invención está constituido por un número relativamente pequeño de partes y asegura alta fiabilidad y ejecución sencilla.

Otras ventajas de la invención se deducirán más evidentemente a partir de la descripción de algunas formas de realización preferidas, pero no exclusivas de un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la invención, ilustrado a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un dispositivo de interrupción y de desconexión conocido para aplicaciones de alta tensión.

La figura 2 es un ejemplo esquemático de una forma de realización de un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión.

La figura 3 es una forma de realización preferida, pero no exclusiva de un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la presente invención; y

La figura 4 ilustra esquemáticamente una forma de realización alternativa de un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la presente invención.

Como se ilustra en la figura 3, el dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la invención comprende un casquillo de aislamiento de entrada 51, que está conectado eléctricamente a una línea de potencia principal 50. Un transformador 53 está colocado generalmente en la base del casquillo de aislamiento 51 con el fin de medir la corriente en entrada al dispositivo. El casquillo de aislamiento 51 está conectado a una cámara intermedia 55 y está aislado de la misma por medio de la división 56.

La cámara intermedia 55 y el casquillo de aislamiento 51 están llenos con un fluido dieléctrico que tiene un impacto medio ambiental muy bajo o incluso ningún impacto en absoluto, por ejemplo una mezcla gaseosa de exafluoruro de azufre y nitrógeno (SF_{6} + N_{2}), o gas nitrógeno puro (N_{2}) o aire.

La cámara intermedia 55 está conectada un polo de interrupción 54 y está aislada del mismo por medio de la división 57; a su vez, el polo de interrupción 54 está conectado estructuralmente a una cámara de desconexión 67 por medio de la división 73. El polo de interrupción 54 tiene un volumen libre, delimitado por su carcasa 200 y las divisiones 73 y 57, que aloja una cámara de interrupción 63.

Dicha cámara de interrupción 63 contiene mecanismos de interrupción que comprenden al menos un contacto fijo 64 y al menos un contacto móvil 59. El contacto móvil 59 está acoplado rígidamente a una varilla de guía 61, que se mueve por un sistema de actuación 62, por ejemplo del tipo de cigüeñal - varilla de enlace; el contacto fijo 64 está conectado a la cámara de desconexión 67 por medio de una conexión sellada 66.

Como se ilustra, el sistema de actuación 62, la varilla de guía 61 del contacto móvil, el contacto móvil 59 y el contacto fijo 64 están dispuestos dentro de la carcasa de la cámara de interrupción 63; dicha carcasa de la cámara 63 se puede fabricar de material de aislamiento, por ejemplo de plástico reforzado con fibra de vidrio, al menos en la parte que rodea el contacto móvil 59, el contacto fijo 64 y la varilla 62. Las protecciones de los campos 68 y 69 están colocadas alrededor de la carcasa de la cámara de interrupción 63; alternativamente, la carcasa de la cámara de interrupción 63 se puede utilizar en su parte extrema como protección de campo, sin tener que utilizar la protección de campo 69 y la pestaña de
cierre 72.

La cámara de interrupción 63 está cerrada herméticamente, en una porción extrema por la pestaña 72 y está conectada, en el extremo opuesto, a la carcasa del polo de interrupción 54 por medio de la pestaña de sellado 65; la carcasa del polo de interrupción 54 se puede fabricar, por ejemplo, de plástico conductor.

De esta manera, la cámara de interrupción 63 está sellada ventajosamente con respecto a las partes restantes del polo de interrupción 54. Como consecuencia, la cámara de interrupción 63 se puede llenar con un fluido fluorado altamente dieléctrico, con preferencia exafluoruro de azufre (SF_{6}) por medio de la válvula 71, mientras que el polo de interrupción 54 está lleno por medio de la válvula 74, en la parte del volumen libre que no está ocupada por la cámara 63, con un fluido dieléctrico diferente, tal como, por ejemplo, una mezcla gaseosa de exafluoruro de azufre y nitrógeno (SF_{6} + N_{2}) o gas nitrógeno puro (N_{2}), o aire. Alternativamente, la cámara de interrupción 63 se puede llenar con un fluido dieléctrico fluorado seleccionado entre el grupo constituido por perfluoropoliéteres (PFPE), o perfluorocarburos (PFC) o fluorocarburos (FC).

Esta solución es particularmente ventajosa porque permite segregar los medios de aislamiento que tienen una potencia alta de enfriamiento del arco, pero un impacto medio ambiental también alto, sólo donde es estrictamente necesario, es decir, dentro de la carcasa de la cámara de interrupción 63 en el contacto móvil y en el contacto fijo. De esta manera, se reduce al mínimo el volumen de medios potencialmente contaminantes utilizados en el dispositivo.

Además, su segregación dentro de la cámara sellada 63 permite el control adecuado y previene su dispersión dentro de la atmósfera. De hecho, la cámara intermedia 55 comprende una primera porción de un sistema de protección 58 accionado con pistón que interrumpe la conexión eléctrica a la línea de potencia principal si se produce una pérdida de presión del fluido dieléctrico utilizado en el polo de interrupción 54. Una segunda porción del sistema de protección 58 accionado con pistón está colocada dentro del polo de interrupción 54 y está conectada al contacto móvil 59 de la cámara de interrupción 63 por medio de una conexión sellada 60. De acuerdo con una forma de realización alternativa, el conductor 50 del casquillo aislante 51 se puede conectar directamente a la cámara de interrupción 63.

Otra ventaja reside en el hecho de que actuando sobre las conexiones 60 y 66 y sobre la pestaña 65, se puede extraer la cámara de interrupción 63 desde el polo de interrupción 54 actuando en la dirección de la flecha 70.

Esta solución es ventajosa porque permite sustituir la cámara 63 si se dañan las partes sujetas a desgaste más intenso, es decir, el contacto móvil 59 y el contacto fijo 64, facilitando considerablemente el mantenimiento del dispositivo.

La cámara de desconexión 67 contiene un contacto móvil 75 que se puede conectar por medio de un sistema de movimiento 76, por ejemplo del tipo de cremallera, a un primer contacto fijo 77 o a un segundo contacto fijo 78. El primer contacto fijo 77 conecta el contacto móvil 75 al casquillo de aislamiento de salida 80, mientras que el segundo contacto fijo 78 conecta el contacto móvil 75 a la carcasa exterior 79 de la cámara de desconexión 67, que está en potencial de toma de tierra. El sistema de actuación 76 es accionado por un actuador 81, por ejemplo un motor eléctrico. El casquillo de aislamiento 80 está separado de la cámara de desconexión 67 por medio de una división 82; un transformador 83 está colocado generalmente en la base del conductor continuo 80 y mide la corriente de entrada desde el dispositivo.

La cámara de desconexión 67 y el casquillo de aislamiento 80 están llenos con un fluido dieléctrico que tiene un impacto medio ambiental muy bajo -o incluso ningún impacto en absoluto, tal como por ejemplo una mezcla gaseosa de exafluoruro de azufre y nitrógeno (SF_{6} + N_{2}) o gas nitrógeno puro (N_{2}), o aire.

El dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la invención es particularmente adecuado para uso en subestaciones de alta tensión y/o de tensión media para distribuir y transmitir potencia eléctrica. De acuerdo con ello, la presente invención se refiere también a una subestación de alta tensión y/o de tensión media para distribuir y transmitir potencia eléctrica, caracterizada porque comprende un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la invención.

Con referencia a la figura 4 se ilustra de forma esquemática una forma de realización alternativa del dispositivo de acuerdo con la invención, indicando solamente la trayectoria de la corriente. En particular, la forma de realización de la figura 4 prevé el uso de un polo de interrupción 89, una cámara de interrupción sellada 90 y tres casquillos de aislamiento 91, 92 y 93.

La cámara de interrupción 90 está rellena con preferencia con exafluoruro de azufre SF6, mientras que el volumen restante del dispositivo de interrupción y de desconexión está lleno con un medio de aislamiento que tiene un impacto medio ambiental muy bajo, o incluso ningún impacto en absoluto, tal como por ejemplo una mezcla de exafluoruro de azufre y nitrógeno (SF_{6} + N_{2}) o gas nitrógeno puro (N_{2}), o aire. Con respecto a los detalles de la construcción, se puede hacer referencia, por ejemplo, a la figura 3. Esta forma de realización es ventajosa porque permite conectar el dispositivo a múltiples barras colectoras secundarias, por ejemplo en una subestación.

En la práctica, se ha encontrado que el dispositivo de acuerdo con la invención consigue completamente el objetivo pretendido, puesto que gracias a la modularidad de su estructura, es posible reducir al mínimo el potencial de contaminación del dispositivo de interrupción y de desconexión segregando los medios de aislamiento que tienen un alto impacto medio ambiental sólo en las partes que requieren un potencia alto de enfriamiento del arco.

El dispositivo concebido de esta manera es susceptible de modificaciones y variaciones, todas las cuales están dentro del alcance del concepto de la invención; por ejemplo, es posible utilizar cámaras de interrupción múltiples. No obstante, en cualquier caso se mantienen las ventajas encontradas en las formas de realización de la invención descritas
anteriormente.

Claims (12)

1. Un dispositivo de interrupción y de desconexión para aplicaciones de alta tensión y/o de tensión media, que comprende una cámara de desconexión (67) y un polo de interrupción (54), que tiene un volumen libre que aloja una cámara de interrupción (63), que contiene un contacto móvil (59) y un contacto fijo (64), conteniendo dicho polo de interrupción (54) y dicha cámara de desconexión (67) fluidos de aislamiento dieléctrico, caracterizado porque dicha cámara de interrupción (63) está sellada con respecto a las partes restantes de dicho polo de interrupción (54).

2. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cámara de interrupción sellada (63) y el volumen libre del polo de interrupción (54), que no está ocupado por la cámara de interrupción (63), contiene un primer fluido dieléctrico y un segundo fluido dieléctrico, respectivamente, siendo dichos primero y segundo fluidos dieléctricos diferentes entre sí.

3. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho primer fluido dieléctrico comprende un fluido dieléctrico fluorado.

4. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho fluido dieléctrico fluorado es hexafluoruro de azufre.

5. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho fluido dieléctrico fluorado está elegido entre el grupo que consta de perfluorocarburos, o fluorocarburos o perfluorocarburos.

6. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho fluido dieléctrico comprende una mezcla de hexafluoruro de azufre y nitrógeno.

7. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque dicho segundo fluido dieléctrico comprende gas nitrógeno puro.

8. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque dicho segundo fluido dieléctrico comprende aire.

9. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa de la cámara de interrupción (63) actúa también como una protección del campo eléctrico.

10. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa de dicha cámara de interrupción (63) está fabricada al menos parcialmente de un material aislante.

11. Un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha cámara de interrupción (63) puede ser extraída con respecto al cuerpo del polo de interrupción (54).

12. Una subestación de alta tensión y/o de tensión media para distribuir y transmitir potencia eléctrica, caracterizada porque comprende un dispositivo de interrupción y de desconexión de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores.