ES2284603T3 - Polo para un disyuntor electrico limitador de baja tension de potencia y disyuntor provisto de un polo de ese tipo. - Google Patents
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Abstract
Polo para un disyuntor eléctrico limitador de baja tensión de potencia que comporta un mecanismo de abertura (18), comportando el polo: ¿ una base (26) ¿ un primer órgano de contacto (30), que comporta una zona de contacto (42) ¿ un segundo órgano de contacto (34), que comporta ¿ un soporte móvil (66) preparado para ser unido al mecanismo de abertura (18) y móvil con respecto a la base (26) entre una posición de cierre y una posición de abertura, ¿ al menos un dedo de contacto (70) móvil en paralelo con un plano longitudinal medio (II-II) del polo, y preparado para tomar, con respecto al soporte móvil (66) en posición de cierre, una posición de contacto en la que el dedo de contacto (70) está en contacto con la zona de contacto (42) del primer órgano de contacto (30), y una posición de separación en la que el dedo de contacto (70) está separado del primer órgano de contacto (30), y ¿ un medio de retorno elástico (81) preparado para devolver el dedo de contacto móvil (70) a su posición de contacto, cuando el dedo de contacto móvil (70) se encuentra cerca de su posición de contacto; ¿ una cámara de extinción de arco (38), que comporta una abertura de salida (60) que constituye la vía de escape del conjunto de los gases emitidos en el momento de un corte, una abertura de entrada (58) situada entre la zona de contacto (42) y la abertura de salida (60), unos medios de absorción de energía de arco (54) situados en el interior de la cámara de extinción de arco (38), y unas paredes laterales (59) que delimitan lateralmente la cámara de extinción de arco (38), definiendo la distancia medida perpendicularmente al plano longitudinal medio (II-II) entre las paredes laterales (59) una anchura de la cámara; ¿ un circuito magnético (82), preparado para ser excitado por una corriente que atraviesa los órganos de contacto (30, 34), comportando el circuito magnético dos brazos laterales (86) que se extienden paralelamente al plano longitudinal medio (II-II) a ambas partes de éste y que encuadran la zona de contacto (42), estando el circuito magnético (82) preparado para producir un campo magnético que tiende a arrastrar el dedo de contacto (70) atravesado por una corriente hacia la posición de separación, ¿ una pantalla aislante (94) que comporta dos paredes aislantes laterales (96) que se interponen entre los brazos laterales (86) del circuito magnético y los órganos de contacto (30, 70), formando las paredes aislantes laterales (96) de la pantalla un pasillo entre la zona de contacto (42) y la abertura de entrada (58) de la cámara.
Description
Polo para un disyuntor eléctrico limitador de
baja tensión de potencia y disyuntor provisto de un polo de ese
tipo.
La invención se refiere a un disyuntor eléctrico
limitador de baja tensión de potencia.
El documento US5694098 describe un disyuntor
limitador cuyos polos comportan un contacto fijo y un contacto
móvil situado en la entrada de una cámara de extinción de arco. Los
contactos están encuadrados lateralmente por los brazos de un
circuito magnético en U, destinado a producir un campo magnético que
tiende a arrastrar al contacto móvil atravesado por una corriente
hacia una posición de separación. Una pantalla aislante se
interpone entre el circuito magnético en U y los contactos, formando
las paredes laterales de la pantalla aislante un pasillo entre la
zona de contacto y la abertura de entrada de la cámara.
En este tipo de aparato aparecen dificultades en
el momento de los ensayos de corte de corrientes de cortocircuito a
una tensión relativamente elevada, por ejemplo a 100 kA bajo una
tensión del orden de 600 voltios. Ello se debe a que, en el caso de
aparatos limitadores de calibre elevado de este tipo, es difícil
obtener una tensión de arco elevado, del orden de 600 a 700 voltios
de cresta, en un volumen reducido. De hecho, el número de dedos de
contacto y la anchura de los dedos están condicionados por el
calibre del aparato, es decir, por el valor nominal de la
intensidad de la corriente que acepta el aparato. De ello se deduce
que cuando el calibre del aparato es elevado, las paredes laterales
del polo están bastante alejadas entre sí y no permiten un
intercambio térmico óptimo con el arco eléctrico. Se compensa en
ese caso ese déficit aumentando la anchura del arco, y por lo tanto
la distancia entre los contactos fijo y móvil en la posición de
separación, y aumentando las dimensiones de la cámara de extinción,
con lo que aumentan las dimensiones del aparato.
La patente US2555993 describe un interruptor
destinado a cortar la alimentación de una inductancia de un circuito
de control de un disyuntor, siendo dicha inductancia atravesada por
una corriente continua del orden de 200 A. El interruptor comprende
un contacto fijo, un contacto móvil, una cámara de expansión que
contiene un orificio de entrada y ningún orificio de salida, y una
chimenea de evacuación situada entre los contactos y la entrada de
la cámara. Los contactos están dispuestos en un pasillo cuya anchura
va disminuyendo de la zona de contacto hacia la entrada de la
cámara. Las paredes de dicho pasillo son de un material aislante
constituido por amianto fosforado, en un sustrato del 90% de
zirconio. Las paredes laterales del pasillo están encuadradas
lateralmente por dos placas metálicas que forman parte de un
circuito magnético en U excitado por un devanado de forma que se
produce un campo magnético que tiende a desplazar el arco hacia la
cámara de expansión. En el momento de la abertura de los contactos,
el arco eléctrico es propulsado rápidamente en dirección a la cámara
de expansión, debido al campo magnético. Al pasar por el
estrechamiento del pasillo, el arco sufre una constricción y un
enfriamiento, debidos a la interacción con las paredes del pasillo.
Los gases calientes ionizados producidos se escapan por la chimenea
de evacuación y no traban la progresión del arco hacia la cámara de
expansión, de forma que las llamas quedan confinadas en esa cámara
y no son evacuadas a la atmósfera. La expansión en la cámara de
expansión contribuye a enfriar el arco y a provocar su extinción.
Una vez el arco se apaga, los gases residuales acumulados en la
cámara de expansión vuelven a salir por la chimenea de evacuación.
El objetivo es en este caso aumentar la tensión del arco hasta que
supera la tensión en los bornes de inductancia en el transcurso de
la descarga. Los rendimientos de corte del aparato son muy
reducidos, y están dictados por la aplicación, ya que la intensidad
de la corriente de arco no sobrepasa nunca el valor inicial de 200 A
y la energía máxima disipada corresponde a la energía almacenada en
la inductancia. Además, la arquitectura del aparato no es
extrapolable a un disyuntor limitador de baja tensión de potencia,
debido sobre todo a unos escapes de gases calientes por la
chimenea. En consecuencia, la enseñanza de este documento no parece
extrapolable a los disyuntores limitadores de baja tensión de
potencia del tipo antes
descrito.
descrito.
En la patente DE728612 se describe un
interruptor de potencia. Dicho interruptor comporta un contacto fijo
y un contacto móvil, dispuestos en una cámara de arco constituida
por un volumen que contiene los contactos, que se prolongan por una
hendidura estrecha que desemboca, al contrario que el volumen que
contiene los contactos, en un espacio exterior abierto. La cámara
de arco está delimitada lateralmente por unas paredes de cerámica
que están relativamente alejadas entre sí al nivel del volumen que
contiene los contactos, que se acercan progresivamente entre sí
para formar un estrechamiento a la entrada en la hendidura y que se
prolongan paralelamente entre sí a lo largo de la hendidura. Dos
extinguidores de arco se extienden desde el volumen que contiene
los contactos hacia el extremo opuesto de la hendidura, alejándose
entre sí. Unas chapas de soplado laterales encuadran las paredes
laterales de cerámica y constituyen un circuito magnético de soplado
del arco. En la abertura de los contactos, el arco eléctrico se
sopla magnéticamente en la hendidura. La disposición divergente de
los extinguidores de arco es esencial para compensar, e incluso para
sobrecompensar, la disminución de la sección de paso hacia el
exterior para los gases de corte. Así, el desplazamiento del arco al
interior de la cámara no se ve trabado por un aumento de presión. A
medida que progresa en la hendidura, el arco encuentra nuevas
superficies de cerámica que permiten un intercambio térmico
importante. El desplazamiento rápido del arco hasta su extinción
permite evitar una exposición local demasiado importante de la
cámara. Las dimensiones de este aparato son muy importantes. De
hecho, la longitud de la hendidura desde los contactos hasta la
abertura al espacio exterior debe ser suficiente para permitir que
el arco se apague antes de alcanzar el extremo de la cámara.
Igualmente, la distancia entre los extinguidores de arco cerca de la
abertura al exterior también es muy importante, ya que resulta de
la divergencia continua entre los extinguidores de arco, necesaria
para contrarrestar el aumento de presión debido al estrechamiento
de sección de la hendidura. En la práctica, estas limitaciones
imponen por otra parte un ángulo de abertura de unos 120º entre los
extinguidores de arco. En consecuencia, esta tecnología parece
incompatible con una búsqueda simultánea de compacidad y de unos
altos rendimientos de corte.
La patente US2970197 describe un interruptor que
comporta un órgano de contacto fijo que comporta un contacto
principal fijo, un contacto secundario fijo y un contacto de arco
fijo, que cooperan con un órgano de contacto móvil que lleva, en un
mismo brazo giratorio, un contacto principal móvil, un contacto
secundario móvil y un contacto de arco móvil. Hay una cámara de
extinción de arco provista de separadores situada entre los brazos
laterales de un circuito magnético en U. Los contactos están
situados en un pasillo que se estrecha progresivamente hacia la
entrada de la cámara. El circuito magnético es alimentado por una
bobina, conectada en serie entre el contacto principal fijo y un
extinguidor de arco inferior. La abertura tiene lugar en varias
etapas: en un primer momento, los contactos principales,
relativamente alejados de la cámara de extinción, se separan,
obligando a la corriente a pasar a los contactos secundarios más
cercanos a la cámara. En un segundo momento, los contactos
secundarios también se separan, obligando a la corriente a pasar a
los contactos de arco situados cerca de la cámara. Un arco
eléctrico primario nace en el momento de la separación de los
contactos de arco, entre los contactos de arco. El arco se aleja y
alcanza el extinguidor de arco inferior, dividiéndose en dos arcos
secundarios en serie: un primer arco secundario entre el contacto
fijo y el extinguidor de arco inferior y un segundo arco secundario
entre el extinguidor de arco inferior y el contacto de arco móvil.
Desde que se tira del primer arco secundario entre el contacto de
arco fijo y el extinguidor de arco inferior, se alimenta la bobina
de excitación del circuito magnético. Al ser la impedancia del
bobinado inferior a la del primer arco secundario, éste último se
apaga, de forma que toda la corriente atraviesa el bobinado,
generando un flujo magnético entre los brazos laterales de la U
magnética. El campo magnético arrastra al segundo arco secundario
hacia la cámara. El arco se encuentra en la cámara con unos
separadores que lo enfrían hasta su extinción. El proceso de
migración progresiva del arco hacia la cámara en este dispositivo es
excesivamente largo e incompatible con los rendimientos esperados
de un disyuntor limitador. Además, el mecanismo es muy complicado,
debido a la presencia de una multiplicidad de contactos.
El documento
EP-A-0887832 describe un polo para
un disyuntor eléctrico según el preámbulo de la reivindicación
1.
La invención pretende aumentar la tensión de
arco de un disyuntor limitador de calibre elevado, en un volumen
reducido, mediante un dispositivo simple.
Según la invención, ese objetivo se alcanza
gracias a un polo para un disyuntor eléctrico limitador de baja
tensión de potencia que comporta un mecanismo de abertura,
comportando el polo
\bullet una base
\bullet un primer órgano de contacto, que
comporta una zona de contacto
\bullet un segundo órgano de contacto, que
comporta
- \bullet
- un soporte móvil preparado para ser unido al mecanismo de abertura y móvil con respecto a la base entre una posición de cierre y una posición de abertura
- \bullet
- al menos un dedo de contacto móvil en paralelo con un plano longitudinal medio del polo, y preparado para tomar, con respecto al soporte móvil en posición de cierre, una posición de contacto en la que el dedo de contacto está en contacto con la zona de contacto del primer órgano de contacto, y una posición de separación en la que el dedo de contacto está separado del primer órgano de contacto, y
- \bullet
- un medio de retorno elástico preparado para devolver el dedo de contacto móvil a su posición de contacto, cuando el dedo de contacto móvil se encuentra cerca de su posición de contacto;
\bullet una cámara de extinción de arco, que
comporta una abertura de salida que constituye la vía de escape del
conjunto de los gases emitidos en el momento de un corte, una
abertura de entrada situada entre la zona de contacto y la abertura
de salida, unos medios de absorción de energía de arco situados en
el interior de la cámara de extinción de arco, y unas paredes
laterales que delimitan lateralmente la cámara de extinción de
arco, definiendo la distancia medida perpendicularmente al plano
longitudinal medio entre las paredes laterales una anchura de la
cámara;
\bullet un circuito magnético, preparado para
ser excitado por una corriente que atraviesa los órganos de
contacto, comportando el circuito magnético dos brazos laterales
que se extienden paralelamente al plano longitudinal medio a ambas
partes de éste y que encuadran la zona de contacto, estando el
circuito magnético preparado para producir un campo magnético que
tiende a arrastrar el dedo de contacto atravesado por una corriente
hacia la posición de separación.
\bullet una pantalla aislante que comporta dos
paredes aislantes laterales que se interponen entre los brazos
laterales y los órganos de contacto, formando las paredes aislantes
laterales de la pantalla un pasillo entre la zona de contacto y la
abertura de entrada de la cámara,
caracterizado porque
\bullet las paredes aislantes laterales de la
pantalla aislante están a una distancia entre sí que es menor cerca
de la abertura de entrada de la cámara de extinción de arco que
cerca de la zona de contacto, y que es menor cerca de la abertura
de entrada de la cámara de extinción de arco que la anchura de la
cámara de extinción de arco, de tal forma que el pasillo forma un
estrechamiento entre la zona de contacto y el órgano de contacto
móvil, por una parte, y la cámara de extinción por otra parte,
estando dicho estrechamiento al menos parcialmente encuadrado
lateralmente por los brazos laterales del circuito magnético,
\bullet el polo comporta además una primera
superficie de recepción de una raíz de un arco eléctrico, situada
entre la zona de contacto y el estrechamiento y unida eléctricamente
al primer órgano de contacto.
Las paredes aislantes laterales de la pantalla
constituyen una protección del circuito magnético frente al arco
eléctrico, y forman, por otra parte, una superficie de intercambio
térmico importante que contribuye al enfriamiento del arco. El
estrechamiento del pasillo cerca de la cámara aumenta aún más este
intercambio térmico y favorece la constricción del arco. Los dos
fenómenos conjugados contribuyen al aumento de la tensión de arco y
a una fuerte limitación de la corriente.
El circuito magnético acumula, por su parte, dos
funciones: por una parte, una función de limitación de la corriente
asegurada conjuntamente con los medios de retorno elástico, en la
medida en que el campo magnético engendra sobre las cargas en
movimiento en el contacto móvil atravesado por una corriente unas
fuerzas que tienden a provocar la separación de los contactos
independientemente de cualquier orden de abertura, más allá de un
límite definido por los medios de retorno elástico; y, por otra
parte, una función de arrastre del arco hacia la cámara de
extinción de arco, a través del obstáculo constituido por el
estrechamiento. Esta segunda función está parcialmente asegurada
por la parte del circuito magnético cercana a la zona de contacto,
pero también más concretamente por la parte del circuito que
encuadra la zona del estrechamiento. Cuanto más importante es esta
parte situada lateralmente a ambos lados del estrechamiento, más
marcado será el efecto obtenido. Mediante este dispositivo, es
posible hacer penetrar rápidamente en la cámara de extinción una
parte de un arco eléctrico de sección importante como el que se
encuentra en el momento del corte de una corriente elevada por un
disyuntor limitador, provocando una constricción del arco y un
intercambio térmico con las paredes aislantes laterales al paso por
la restricción. La acción del circuito magnético se prolonga hasta
la extinción del arco, de forma que una parte del arco se mantiene
en la cámara durante el conjunto del corte, mientras que la raíz
del arco permanece al menos parcialmente en la primera superficie de
recepción. El arco se extiende pues en permanencia a ambos lados
del estrechamiento, manteniendo la tensión de arco a un nivel
elevado hasta la extinción del arco. Al contrario que la enseñanza
general del estado de la técnica, que incitaría a propulsar lo más
rápidamente posible el arco en la cámara de extinción, la presente
invención pretende imponer al arco hasta su extinción una posición
intermedia a través de un estrechamiento.
Con un dispositivo de este tipo, se posibilita,
para un nivel de rendimiento dado, la disminución de la distancia
entre los dedos de contacto móviles en posición de separación y el
contacto fijo.
Preferentemente, el polo comporta un extinguidor
de arco inferior unido eléctricamente al primer órgano de contacto,
y que comporta dicha primera superficie de recepción de una raíz de
un arco eléctrico, así como una prolongación que se extiende en el
interior de la cámara de extinción, constituyendo dicha prolongación
una segunda superficie de recepción de una raíz de arco cuya
anchura, medida según un eje perpendicular al plano longitudinal
del polo, es menor que la de la primera superficie de recepción. La
segunda superficie de recepción acoge una parte de la raíz de arco
para las corrientes de cortocircuito de intensidad muy elevada.
Además, permite una evacuación del calor generado en la primera
superficie de recepción. Por otra parte, la segunda superficie de
recepción permite el corte de las pequeñas corrientes, favoreciendo
en este caso la entrada completa de la raíz del arco en la cámara
de extinción. Sin embargo, la anchura de la segunda superficie de
recepción debe ser inferior al diámetro de una raíz de un arco en
condiciones de cortocircuito, ya que se desea evitar en este caso
que el arco penetre totalmente en la cámara. En la práctica, la
mayor anchura de la segunda superficie de recepción será inferior o
igual a la distancia entre las paredes de la pantalla aislante al
nivel del estrechamiento.
Según un modo de realización, el polo comporta
además un extinguidor de arco superior que tiene un extremo libre
situado cerca del órgano de contacto móvil en posición de
separación, y que se extiende hacia el interior de la cámara. La
cabeza del arco eléctrico migra sobre el extinguidor de arco
superior, formándose un arco secundario en serie con el primero,
entre el extinguidor de arco superior y el órgano de contacto móvil.
La cabeza del arco principal migra rápidamente al interior de la
cámara siguiendo al extinguidor de arco superior, lo que permite
que desempeñe su papel de absorción de energía en la cámara.
Ventajosamente, los brazos laterales del
circuito magnético tienen un entrehierro que es menor al nivel del
estrechamiento que al nivel de la zona de contacto. Mientras que la
anchura del entrehierro del circuito magnético en su parte
anterior, al nivel en el que encuadra a los dedos de contacto, está
dictada por la anchura de los dedos de contacto, y por lo tanto por
el calibre del disyuntor, es posible aprovechar el estrechamiento
anterior del pasillo de entrada en la cámara para reducir el
entrehierro en la parte más cercana a la cámara, lo que permite
aumentar el campo en esta región en la que el desplazamiento del
arco se ve obstaculizado por el estrechamiento.
Según un modo de realización, el circuito
magnético forma una U magnética, cuya base está situada debajo de
la zona de contacto del órgano de contacto fijo. La forma de U
constituye un buen arreglo entre la cantidad de metal necesaria
para constituir el circuito magnético y la concentración del campo
obtenida. No obstante, pueden preverse otras configuraciones. Sobre
todo, el circuito magnético puede formar una O en sección, lo que
permite una concentración aún más importante del campo.
Preferentemente, la pantalla aislante comporta
un material gasógeno resistente al arco. La vaporización del
revestimiento es un fenómeno fuertemente endotérmico que contribuye
al enfriamiento del arco. La gradiente de presión engendrada por la
vaporización al nivel del estrechamiento, que podría resultar un
obstáculo para el desplazamiento del arco hacia la cámara, se
encuentra en realidad compensada por un dimensionamiento apropiado
del circuito magnético, sobre todo en su parte anterior. Por otra
parte, es necesario que el material escogido tenga una resistencia
suficiente al arco para cumplir su función de protección lateral del
circuito magnético. Según un modo de realización, la pantalla
aislante comporta una poliamida cargada de fibras de vidrio. En la
práctica, la carga de fibra de vidrio no superará el 30% para evitar
que las fibras de vidrio afloren a la superficie del material
después de varios cortes. Alternativamente o acumulativamente, la
pantalla aislante comporta una poliamida cargada con unas cargas
minerales, en proporciones que pueden alcanzar o superar el 30%.
Alternativamente, es posible prever la utilización de cerámicas,
pero estos materiales tienen el defecto de favorecer los depósitos
metálicos provinentes de los contactos, que deterioran rápidamente
sus rendimientos.
Preferentemente, los medios de absorción de
energía de arco situados en el interior de la cámara de extinción
de arco comportan unos separadores que se extienden
perpendicularmente al plano longitudinal medio.
Según otro aspecto de la invención, ésta se
refiere también a un disyuntor eléctrico limitador de baja tensión
de potencia, que comporta un mecanismo de abertura y al menos un
polo como el antes descrito, cuyo soporte móvil está unido al
mecanismo de abertura.
Otras ventajas y características se desprenderán
con mayor claridad de la descripción siguiente de distintos modos
de realización de la invención, ofrecidos a modo de ejemplos no
limitativos y representados en los dibujos adjuntos, en los
que:
la fig. 1 representa en sección una vista en
perspectiva de un disyuntor limitador según un primer modo de
realización de la invención;
la fig. 2 representa una vista de un polo del
disyuntor de la figura 1 en posición de cierre, en sección
longitudinal según el plano II-II de la figura
3;
la fig. 3 representa una vista en sección según
un plano III-III de la figura 2;
la fig.4 representa una vista en sección
longitudinal del polo de la figura 2, en posición de separación;
la fig. 5 representa una vista en sección
longitudinal del polo de la figura 2, en posición de abertura;
la fig. 6 representa un segundo modo de
realización de la invención, en una vista que corresponde a la vista
de la figura 3 del primer modo de realización.
En referencia a las figuras 1 a 5, un disyuntor
limitador de baja tensión de potencia comporta cuatro polos 10, 12,
14, 16 y un mecanismo de control de abertura y de cierre 18,
montados en una caja aislante. El mecanismo de control 18, de
estructura conocida, comporta un mango de control 20, un resorte de
abertura 22 y un árbol de los polos 24 giratorio sobre unos
cojinetes dispuestos en unas paredes intermedias de la caja. Esta
última comporta una base 26 y una cubierta 28 que se ha quitado en
la figura 1, pero que puede verse en la figura 2.
Cada polo comporta un órgano de contacto fijo 30
unido a una primera placa de contacto 32, un órgano de contacto
móvil 34 unido a una segunda placa de contacto 36 y una cámara de
extinción de arco 38.
El órgano de contacto fijo 30 comporta una pieza
metálica 40 curva en semibucle, que soporta una pastilla de
contacto 42 que define una zona de contacto, y que se prolonga hacia
el interior de la cámara mediante un extinguidor de arco inferior
44 metálico, hasta el potencial del órgano de contacto fijo 30. El
extinguidor 44 comporta una superficie de recepción 45 (figura 3)
ancha cerca la zona de contacto y que se estrecha a la entrada de
la cámara 38. Ésta se prolonga al interior de la cámara mediante una
lengüeta que ofrece una superficie de recepción 47 (figura 3). El
extinguidor de arco 44 está fijado en el órgano de contacto fijo
por una parte por dos tornillos 46 (figura 3) cerca de la pastilla
de contacto 42, y por otra parte al interior de la cámara por un
tornillo 48 cuya cabeza está aislada del órgano de contacto por una
funda 50 de material plástico. Además de este extinguidor de arco
inferior 44, la cámara comprende un extinguidor de arco superior 52
y unos separadores planos 54 dispuestos entre el extinguidor de arco
inferior 44 y el extinguidor de arco superior 52,
perpendicularmente al plano de sección II-II de la
figura 2, que constituye un plano longitudinal medio del polo. El
extinguidor de arco superior 52 posee un extremo posterior 56 curvo
cuyo reborde delimita parcialmente una abertura de entrada en la
cámara 58. La cámara está delimitada lateralmente por unas paredes
laterales 59. Por otra parte, la cámara está provista de una
abertura de salida 60 provista de una rejilla 62, estando la
abertura de entrada 58 situada entre la zona de contacto constituida
por la pastilla de contacto fijo 42 y la abertura de salida 60.
\newpage
El órgano de contacto móvil 34 comporta un
soporte móvil 66 que gira alrededor de un primer eje geométrico
fijo 68 con respecto a la base 26, y tres dedos de contacto 70 que
giran alrededor de un segundo eje geométrico fijo 72, dispuesto
paralelamente y separado con respecto al primero. Una biela 74
asegura el acoplamiento del soporte 66 al árbol de los polos. Los
dedos 70 soportan en un extremo una pastilla de contacto 76
destinada a asegurar el contacto con la pastilla de contacto 42
soportada por el órgano de contacto fijo 30. Los dedos 70
constituyen en su otro extremo una leva 78 con dos rampas a ambos
lados de un punto muerto. Entre el soporte 66 y cada dedo 70 está
dispuesto un acumulador de energía elástica 80, que comporta un
resorte 81 guiado a una caja y reposando fuera de ella una varilla
que soporta un rodillo rotativo. El rodillo está de este modo en
contacto permanente con la leva 78, de forma que el acumulador de
energía elástica 80 constituye con la leva 78 un mecanismo
biestable.
El polo comporta además un circuito magnético 82
conformado en U constituido por un apilamiento de chapas de
transformador dispuestas perpendicularmente al plano medio
longitudinal II-II. El circuito magnético 82
comporta una base 84 que se extiende perpendicularmente al plano de
la figura 2 y dos brazos laterales 86 que se extienden de forma
sensiblemente paralela al plano de la figura 2. La parte curva de la
pieza 40 del órgano de contacto fijo 30 rodea la base 84 del
circuito magnético 82 de forma que le induce un flujo magnético en
función de la corriente que atraviesa el órgano de contacto fijo
30.
Una parte posterior 90 del circuito magnético
encuadra lateralmente la zona de contacto constituida por la
pastilla de contacto fijo 42. Entre la zona de contacto 42 y la
cámara 38, el circuito magnético 82 comporta una parte anterior 92
cuyo entrehierro es más estrecho que el de la parte posterior
90.
Una pantalla 94 que comporta dos paredes
aislantes laterales 96 se interpone entre los brazos laterales 86
de la zona de contacto 42. Las paredes aislantes laterales 96 están
constituidas por un material aislante resistente al arco,
preferentemente gasógeno, en este caso una poliamida con una fuerte
carga de fibra de vidrio (del orden del 30%). Al nivel posterior,
cerca de la zona de contacto 42, las paredes aislantes laterales 96
de la pantalla aislante 94 son paralelas al plano longitudinal medio
II-II del polo, a muy poca distancia de los dedos
de contacto. En el lado anterior, entre la zona de contacto 42 y la
entrada de la cámara 58, las paredes aislantes laterales 96 de la
pantalla 94 también son paralelas al plano longitudinal medio, pero
a menor distancia entre sí. Las paredes aislantes laterales 96 de la
pantalla 94 comportan además una parte intermedia plana y oblicua
con respecto al plano longitudinal medio, que constituyen la unión
entre la parte posterior y la parte anterior. El pasillo
constituido por las paredes aislantes laterales 96 de la pantalla
94 ve pues cómo su anchura se va estrechando progresivamente en un
tercio, incluso a la mitad, en dirección a la cámara 38, y
constituye un estrechamiento 98 que desemboca en la entrada de la
cámara. La pantalla 94 comporta además unas paredes anteriores y
posteriores perpendiculares al plano longitudinal medio y que
protegen los extremos de las caras anterior y posterior de los
brazos laterales del circuito magnético. La pantalla 94 comporta
también un revestimiento interno 97 de aislamiento y de protección
en contacto directo con el circuito magnético. El revestimiento 97
está constituido por un polímero de cristales líquidos.
El funcionamiento del dispositivo es el
siguiente.
En posición cerrada en la figura 2, el disyuntor
permite el paso de la corriente entre las dos placas de contacto
32, 36, a través de los órganos de contacto 30, 34 y de las
pastillas de contacto 42, 76. El mecanismo biestable 80 hace
retornar los dedos 70 hacia la pastilla de contacto fijo 42,
asegurando una presión de contacto suficiente.
En caso de cortocircuito, la intensidad de la
corriente es muy elevada en la parte curva 40 del órgano de
contacto fijo 30 e induce un flujo magnético importante en el
circuito magnético 82. El circuito magnético 82 concentra las
líneas de campo entre los brazos laterales 86, en la zona de
contacto y en la zona barrida por los dedos de contacto 70 en el
momento de la abertura. Los dedos de contacto 70, que también son
atravesados por la corriente de cortocircuito, son sometidos a unas
fuerzas de repulsión inducidas por el campo magnético. Dichas
fuerzas inducidas por el circuito magnético se suman a las fuerzas
de estricción en el contacto entre las pastillas 42, 76, de forma
que los dedos de contacto 70 giran contra la fuerza de retorno del
resorte 81, hasta alcanzar el punto muerto del mecanismo biestable
80. Más allá del punto muerto, los dedos de contacto 70 continúan
su curso en el sentido de las agujas del reloj hasta la posición de
separación de la figura 4, bajo la acción conjunta del resorte 81 y
de los esfuerzos electromagnéticos.
Un arco eléctrico nace entre las pastillas de
contacto 42, 76 desde su separación, provocando un brusco aumento
de la temperatura en el pasillo. Las paredes 96 de la pantalla
provocan una emisión de gases en la parte posterior y en la parte
anterior estrechada del pasillo, de forma que la presión aumenta en
el pasillo. El arco, sometido a los esfuerzos electromagnéticos, se
curva hacia la cámara 38 y la raíz del arco migra a la parte ancha
del extinguidor de arco inferior 44, y tiende a penetrar en la
cámara. No obstante, la raíz del arco tiene una sección importante,
en función de la intensidad de la corriente de cortocircuito. La
anchura de la superficie de recepción 47 del arco situada en la
parte del extinguidor de arco que se extiende en el interior de la
cámara 38 es insuficiente para permitir una migración de la raíz del
arco al interior de la cámara 38. En consecuencia, la raíz del arco
ocupa toda la superficie disponible entre la pastilla de contacto 42
y el extremo anterior del extinguidor de arco inferior 44, en el
interior de la cámara. En otros términos, una parte de la raíz de
arco permanece en la superficie de recepción ancha 44 del
extinguidor de arco inferior, en la parte anterior del
estrechamiento 98, mientras que otra parte de la raíz de arco se
encuentra en la parte más estrecha 47 del extinguidor de arco
inferior, directamente en la cámara, hasta que se produce la
extinción.
Debido a la importante curva del arco provocada
por el campo magnético, una parte intermedia del arco, entre su
raíz y su cabeza, penetra en la cámara desde la separación de las
pastillas de contacto 42, 76. Esta parte intermedia del arco
atraviesa el estrechamiento 98, en la que sufre a la vez una
estricción y un enfriamiento importantes, debidos a las
interacciones con las paredes aislantes laterales 96 de la pantalla
94. Esos dos fenómenos se conjugan para contribuir a elevar la
tensión del arco y a provocar una fuerte limitación de la corriente
que atraviesa el polo.
Cuando los dedos de contacto 70 alcanzan la
posición de separación de la figura 4, la cabeza del arco principal
migra al extinguidor de arco superior 52, mientras que un arco
secundario se forma en serie con el primero entre el extremo curvo
56 del extinguidor de arco superior y los dedos de contacto 70.
Desde que se produce esta conmutación, la cabeza del arco puede
entrar en la cámara, lo que evita una ablación demasiado fuerte de
las paredes de la caja cerca del extremo curvo 56 del extinguidor de
arco superior.
No obstante, como se ha indicado antes, la raíz
del arco permaneces al menos parcialmente en la parte ancha 45 del
extinguidor de arco 44 situada entre la pastilla de contacto 42 y el
estrechamiento 98. En consecuencia, los efectos de estricción y de
enfriamiento del arco provocados por la convergencia de las paredes
96 se prolongan mientras dura el corte, asegurando el mantenimiento
de una tensión de arco elevada hasta la extinción del arco.
Hay que destacar que, en ausencia de campo
magnético, el arco tendería a abandonar la cámara 38 y a retroceder
hacia la zona de contacto 42, para minimizar la energía disipada y
disminuir la tensión de arco. Es el campo inducido por el circuito
magnético 82 y, sobre todo, por la parte del circuito situada al
nivel del estrechamiento 98, el que actúa de forma continua sobre
el arco hasta su extinción e impide que el arco retroceda hacia las
pastillas de contacto 42, 76. La reducción del entrehierro al nivel
del estrechamiento 98 y el aumento correlativo del campo magnético
favorecen aún más esta acción.
Mientras dura la abertura de los contactos, las
paredes aislantes laterales 96 de la pantalla 94 están sometidos al
arco, sobre todo al nivel del estrechamiento 98. Ésa es la razón por
la que el material constitutivo de la pantalla 94 debe tener una
gran firmeza. El revestimiento 97, por su parte, permite asegurar el
aislamiento del circuito magnético en caso de fallo de la pantalla,
sobre todo si algunas gotas de metal en fusión llegan a atravesar
una de las paredes 96. Su función es evitar en este caso cualquier
riesgo de cebado de un arco entre el circuito magnético 82 y uno de
los órganos de contacto.
La abertura se confirma por un orden de abertura
del mecanismo 18, que arrastra al soporte a la posición de la figura
5.
Cuando se produce la abertura en pequeñas
corrientes, ésta se inicia mediante el mecanismo 18. En ese caso,
se pasa directamente de la posición representada en la figura 2 a la
posición representada en la figura 5, sin paso intermedio por la
posición de la figura 4. El campo inducido por el circuito magnético
82 es no obstante suficientemente intenso para proyectar el arco
hacia la cámara. La sección de la raíz del arco es poco importante
de forma que la raíz del arco consigue pasar a través del
estrechamiento 98 y entrar completamente en la cámara 38, para
estabilizarse en la parte 47 del extinguidor de arco que se
encuentra en el interior de la cámara. El paso del estrechamiento
98 da lugar a un enfriamiento y a una constricción del arco. La
extinción del arco tiene lugar de forma convencional en la cámara
38.
Naturalmente, existen diversas modificaciones
posibles.
Según un segundo modo de realización
representado en la figura 6, el circuito magnético 82 tiene un
entrehierro constante de su parte posterior a su parte anterior.
Este modo de realización es más simple que el precedente, y podrá
resultar suficiente para rendimientos de corte menores.
La estructura del disyuntor limitador puede ser
distinta de la del ejemplo de realización. En particular, es
posible montar el dedo o los dedos de contacto de forma giratoria
alrededor de un eje soportado por el soporte móvil. También es
posible prever una estructura clásica, en la que el árbol de los
polos y los soportes se sustituyen por una barra de conmutación
única común a los polos. La invención se aplica también a un polo
cuyo soporte móvil del órgano de contacto móvil se desplaza en
traslación.
La pantalla 94 puede estar cargada de partículas
destinadas a conferirle una gran firmeza, sin perjudicar sus
cualidades dieléctricas. Se han obtenido buenos resultados por
ejemplo con borato de cinc en proporciones que llegan hasta el 30%
y más. Las partículas minerales pueden, llegado el caso, agregarse o
no a las fibras de vidrio.
La emisión de gases por las paredes 96 aumenta
la presión en el pasillo. Este aumento de presión contribuye a la
constricción del arco y al aumento de la tensión de arco. No
obstante, el aumento de presión no es necesariamente homogéneo, y
puede aparecer una gradiente de presión debido al estrechamiento,
que tiende a oponerse al paso del arco a través del estrechamiento.
Por ello se considera que no es absolutamente necesario utilizar un
material gasógeno. En cualquier circunstancia, conviene escoger un
material que no provoque una emisión de gases demasiado importante.
Además, el circuito magnético debe dimensionarse de forma que
contrarreste los efectos de la gradiente de presión sobre el
arco.
El revestimiento 97 puede omitirse si la firmeza
y la resistencia en el tiempo de la pantalla 94 son suficientes
para asegurar la ausencia de cebado al nivel del circuito
magnético.
La longitud del extinguidor de arco inferior en
el interior de la cámara no es necesariamente importante. Desde el
punto de vista del corte de las corrientes de cortocircuito bajo una
tensión elevada, siempre interesa que una parte importante de la
raíz de arco permanezca en la parte 45 del extinguidor de arco
inferior situada entre la pastilla de contacto y el estrechamiento,
ya que así se obliga al arco a atravesar el estrechamiento 98
mientras dura el corte. La prolongación del extinguidor de arco en
el interior de la cámara resulta de un arreglo que permite sobre
todo asegurar un enfriamiento del extinguidor de arco durante el
corte.
El extinguidor de arco superior pude omitirse,
si las paredes de la caja están reforzadas a ese nivel, o si se
desea un efecto gasógeno, por ejemplo para limpiar la pasilla de
contacto 76.
La altura del estrechamiento, es decir, su
dimensión según un eje perpendicular al plano de la figura 3, no es
necesariamente importante. La experiencia demuestra que es la parte
baja del estrechamiento, la más cercana al extinguidor de arco
inferior, la que resulta esencial.
Claims (10)
1. Polo para un disyuntor eléctrico limitador de
baja tensión de potencia que comporta un mecanismo de abertura
(18), comportando el polo:
\bullet una base (26)
\bullet un primer órgano de contacto (30), que
comporta una zona de contacto (42)
\bullet un segundo órgano de contacto (34),
que comporta
- \bullet
- un soporte móvil (66) preparado para ser unido al mecanismo de abertura (18) y móvil con respecto a la base (26) entre una posición de cierre y una posición de abertura,
- \bullet
- al menos un dedo de contacto (70) móvil en paralelo con un plano longitudinal medio (II-II) del polo, y preparado para tomar, con respecto al soporte móvil (66) en posición de cierre, una posición de contacto en la que el dedo de contacto (70) está en contacto con la zona de contacto (42) del primer órgano de contacto (30), y una posición de separación en la que el dedo de contacto (70) está separado del primer órgano de contacto (30), y
- \bullet
- un medio de retorno elástico (81) preparado para devolver el dedo de contacto móvil (70) a su posición de contacto, cuando el dedo de contacto móvil (70) se encuentra cerca de su posición de contacto;
\bullet una cámara de extinción de arco (38),
que comporta una abertura de salida (60) que constituye la vía de
escape del conjunto de los gases emitidos en el momento de un corte,
una abertura de entrada (58) situada entre la zona de contacto (42)
y la abertura de salida (60), unos medios de absorción de energía de
arco (54) situados en el interior de la cámara de extinción de arco
(38), y unas paredes laterales (59) que delimitan lateralmente la
cámara de extinción de arco (38), definiendo la distancia medida
perpendicularmente al plano longitudinal medio
(II-II) entre las paredes laterales (59) una anchura
de la cámara;
\bullet un circuito magnético (82), preparado
para ser excitado por una corriente que atraviesa los órganos de
contacto (30,34), comportando el circuito magnético dos brazos
laterales (86) que se extienden paralelamente al plano longitudinal
medio (II-II) a ambas partes de éste y que encuadran
la zona de contacto (42), estando el circuito magnético (82)
preparado para producir un campo magnético que tiende a arrastrar el
dedo de contacto (70) atravesado por una corriente hacia la
posición de separación,
\bullet una pantalla aislante (94) que
comporta dos paredes aislantes laterales (96) que se interponen
entre los brazos laterales (86) del circuito magnético y los
órganos de contacto (30, 70), formando las paredes aislantes
laterales (96) de la pantalla un pasillo entre la zona de contacto
(42) y la abertura de entrada (58) de la cámara,
caracterizado porque
\bullet las paredes aislantes laterales (96)
de la pantalla aislante (94) están a una distancia entre sí que es
menor cerca de la abertura de entrada (58) de la cámara de extinción
de arco (38) que cerca de la zona de contacto (42), y que es menor
cerca de la abertura de entrada (58) de la cámara de extinción de
arco (38) que la anchura de la cámara de extinción de arco (38), de
tal forma que el pasillo forma un estrechamiento (98) entre la zona
de contacto (42) y el órgano de contacto móvil (34), por una parte,
y la cámara de extinción (38) por otra parte, estando dicho
estrechamiento (98) al menos parcialmente encuadrado lateralmente
por los brazos laterales (86) del circuito magnético,
\bullet el polo comporta además una primera
superficie de recepción (45) de una raíz de un arco eléctrico,
situada entre la zona de contacto (42) y el estrechamiento y unida
eléctricamente al primer órgano de contacto (30).
2. Polo de disyuntor según la reivindicación 1,
caracterizado porque comporta un extinguidor de arco inferior
(44) unido eléctricamente al primer órgano de contacto (30), y que
comporta dicha primera superficie de recepción (45) de una raíz de
un arco eléctrico, así como una prolongación (47) que se extiende al
interior de la cámara de extinción (38), constituyendo dicha
prolongación (47) una segunda superficie de recepción de una raíz de
arco cuya anchura, medida según un eje perpendicular al plano
longitudinal (II-II) del polo, es menor que la de
la primera superficie de recepción (45).
3. Polo de disyuntor según la reivindicación 1,
caracterizado porque comporta además un extinguidor de arco
superior (52) que tiene un extremo libre (56) situado cerca del
órgano de contacto móvil (34) en posición de separación, y que se
extiende hacia el interior de la cámara (38).
4. Polo de disyuntor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los brazos laterales (86) del circuito
magnético (82) tienen un entrehierro que es menor al nivel del
estrechamiento (98) que al nivel de la zona de contacto.
\newpage
5. Polo de disyuntor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el circuito magnético (82) forma una U
magnética, que tiene una base (84) situada debajo de la zona de
contacto (42) del órgano de contacto fijo (30).
6. Polo de disyuntor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pantalla aislante (94) comporta un
material gasógeno resistente al arco.
7. Polo de disyuntor según la reivindicación 6,
caracterizado porque la pantalla aislante (94) comporta una
poliamida cargada de fibras de vidrio.
8. Polo de disyuntor según la reivindicación 6,
caracterizado porque la pantalla aislante (94) comporta una
poliamida cargada de cargas minerales.
9. Polo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de absorción de energía de
arco (54) situados en el interior de la cámara de extinción de arco
comportan unos separadores (54) que se extienden perpendicularmente
al plano longitudinal medio (II-II).
10. Disyuntor eléctrico limitador de baja
tensión de potencia, que comporta un mecanismo de abertura (18) y
al menos un polo (10, 12, 14, 16) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, cuyo soporte móvil (66) está unido al
mecanismo de abertura (18).
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| FR2807565A1 (fr) | 2001-10-12 |
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