ES2302908T3 - Dispositivo de extincion de arco electrico para interruptores de proteccion con interrupcion doble. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de extinción de arco eléctrico para interruptores de protección con interrupción doble, que comprende - dos contactos fijos (21, 22) que se pueden unir con bornes de conexión del interruptor de protección y se pueden contactar por dos contactos de puente (31, 32) de un puente de contacto (3) móvil, - dos antecámaras (41, 42) separadas por una pared de separación con respectivamente dos carriles de avance de arco eléctrico (51, 61; 52, 62), de los que un carril de avance de arco eléctrico en el lado de conexión (51, 52) está unido con un contacto fijo (21, 22) y un carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente (61, 62) está configurado para la admisión de un arco eléctrico desde el puente de contacto (3) y - dos cámaras de extinción que se conectan a las antecámaras con respectivamente un paquete de chapas de extinción de arco eléctrico (71, 72), que está unido con los respectivos carriles de avance de arco eléctrico (51, 61; 52, 62), caracterizado por que se proporciona una cubierta magnética (91) para reforzar las fuerzas magnéticas que actúan sobre un primer arco eléctrico configurado entre el primer carril de guía de arco eléctrico en el lado del puente y el primero del lado de conexión (51, 61), y por que esta cubierta magnética (91) es una pieza preformada con una parte posterior (911) y dos superficies laterales paralelas (912), que forman un perfil con forma de U, donde la parte posterior (911) se sitúa al lado del primer carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente (61) y las superficies laterales (912) se orientan hacia el carril de avance de arco eléctrico en el lado de conexión (51).
Description
Dispositivo de extinción de arco eléctrico para
interruptores de protección con interrupción doble.
La presente invención se refiere al ámbito de
los interruptores de potencia para redes de distribución de baja
tensión. Se refiere a un dispositivo de extinción de arco eléctrico
para interruptores de protección con interrupción doble de acuerdo
con el preámbulo de la reivindicación 1.
En redes de distribución de baja tensión, los
interruptores empotrados sirven para la protección rápida y fiable
de conexiones, motores, aparatos e instalaciones sometidos a baja
tensión de las consecuencias de la sobrecarga y de las corrientes
de cortocircuitos. Comprenden generalmente un disparador térmico con
un resorte bimetálico y un disparador electromagnético con una
bobina y un ancla hembra así como una disposición de contacto con
interrupción doble.
En tales aparatos de conmutación es de
importancia decisiva para la vida útil y el rendimiento de
conmutación que el arco eléctrico que se produce durante la
abertura de los contactos no permanezca sobre las piezas de
contacto sino que se conduzca lo más rápidamente posible a una zona
de cámara de extinción donde se realiza un enfriamiento y una
extinción del arco eléctrico. Cada permanencia del arco eléctrico
sobre las piezas de contacto, incluso en el intervalo de
milisegundos, conduce a una mayor erosión eléctrica y un mayor
desgaste de las piezas de contacto.
Un interruptor de protección de potencia normal
tiene un sitio de contacto que está formado por una pieza de
contacto fija y una móvil. El sitio de contacto se encuentra en una
denominada antecámara a la que se conecta una cámara de extinción
con un paquete de chapas de extinción de arco eléctrico. Los pies
del arco eléctrico se conducen desde la pieza de contacto fija y la
pieza de contacto móvil por carriles de guía de arco eléctrico al
paquete de chapas de extinción de arco eléctrico. El arco eléctrico
se ensancha directamente después de la abertura del contacto y la
velocidad de entrada del arco eléctrico en el paquete de chapas de
extinción de arco eléctrico depende del denominado soplado propio,
es decir, el campo magnético de soplado generado por el propio arco
eléctrico, las condiciones de presión en el arco eléctrico, la
conformación de los carriles de guía y la selección del material de
contacto.
A partir del documento EP-A 649
155 se conoce un interruptor de protección genérico con interrupción
doble, en el que en el circuito de extinción de arco eléctrico se
proporciona un bucle de soplado electromagnético adicional para
acelerar el paso del arco eléctrico. Este bucle de soplado
atravesado por un flujo de corriente solamente durante el proceso
de desconexión es simétrico con respecto a una pared de separación
que separa dos cámaras de extinción y está configurado
geométricamente paralelo con respecto a los carriles de guía del
arco eléctrico. Por una conducción de corriente paralela en el bucle
de soplado y los carriles de guía adyacentes se aumenta la fuerza
electromagnética sobre el arco eléctrico y se acelera su movimiento,
a partir de esto se produce finalmente un mayor rendimiento de
conmutación.
En el documento EP-A 0 212 661
se describe un limitador de corriente para usos de media y alta
tensión, en el que un arco eléctrico se aleja de un sitio de
conmutación entre dos carriles de conducción de arco eléctrico. Por
la configuración especial de los carriles de guía de baja
inductividad se aumenta de forma significativa la resistencia en el
circuito de extinción, de forma que por un seccionador conectado en
serie se puede interrumpir sin problemas el circuito de extinción.
Para acelerar el movimiento del arco eléctrico se aumenta el campo
magnético generado por la propia corriente de desconexión aplicando
un núcleo magnético alrededor de uno de los carriles de guía.
En el documento EP-A 255 016 se
describe un dispositivo de extinción de arco eléctrico de acuerdo
con el preámbulo de la reivindicación 1.
Es objetivo de la presente invención optimizar
de forma dirigida en un interruptor de protección con interrupción
doble la aceleración de los dos arcos eléctricos generados por un
movimiento de desconexión de un contacto de conmutación. Este
objetivo se resuelve mediante un dispositivo de extinción de arco
eléctrico con las características de la reivindicación 1 y un
interruptor de protección con las características de la
reivindicación 10. A partir de las reivindicaciones dependientes se
obtienen realizaciones ventajosas.
El núcleo de la invención es aumentar mediante
una cubierta magnética adecuada los campos magnéticos en la zona
del arco eléctrico y, por tanto, la fuerza de Lorentz que actúa
sobre el arco eléctrico y que lo lleva en dirección de los paquetes
de chapas de extinción. De este modo el arco eléctrico se mueve más
rápidamente, disminuye la erosión eléctrica del contacto y
finalmente aumenta el rendimiento de desconexión. Por la cubierta
magnética separada de acuerdo con la invención, los propios carriles
de guía de arco eléctrico ya no tienen que presentar
características magnéticas y, por lo tanto, se pueden producir a
partir de cobre no magnético, que favorece el movimiento del arco
eléctrico.
Preferiblemente, la cubierta magnética
fabricada, a modo de ejemplo, de acero, se realiza aplicando una
pieza preformada de una pieza, abierta por un lado, con perfil en
U, sobre un carril de avance de arco eléctrico en el lado del
puente de tal forma que el espacio del arco eléctrico o la
antecámara quedan cerrados por tres lados por la pieza preformada.
El campo magnético que actúa sobre el arco eléctrico de la corriente
de desconexión que fluye por el carril de avance del arco
eléctrico, es decir, el denominado soplado propio, aumenta de este
modo. Además, una pieza preformada de este tipo se puede producir de
forma sencilla y se puede aplicar durante el proceso de montaje
sobre el carril de avance de arco eléctrico.
En una realización preferida de la invención, en
un circuito de extinción de arco eléctrico por el que fluye
corriente solamente durante el proceso de desconexión del
interruptor de protección y que comprende los dos arcos eléctricos,
se incluye un bucle de soplado. Este último se dispone por secciones
paralelo con respecto a un carril de avance de arco eléctrico y por
el mismo fluye una corriente que se dirige en la misma dirección
que la corriente de desconexión en el carril de guía de arco
eléctrico adyacente. De este modo se acumulan los efectos de los
efectos magnéticos de soplado de las dos corrientes sobre el arco
eléctrico. La cubierta magnética con forma de U comprende o rodea
preferiblemente también esta sección de bucle de soplado paralela
al carril de guía.
Preferiblemente, el bucle de soplado se equipa
geométricamente o con técnica de materiales con características
limitadoras de corriente. Ya que el bucle de soplado no conduce
corriente durante el funcionamiento nominal, es decir, con el
contacto de conmutación cerrado, esto no influye en la impedancia
propia del interruptor y tampoco impide como consecuencia de su
resistencia inicial o en frío reducida de algunos m\Omega la
conmutación del arco eléctrico a los carriles correspondientes de
avance de arco eléctrico. Después de la conmutación realizada de
ambos arcos eléctricos también fluye corriente por el bucle de
soplado, como consecuencia aumenta su impedancia y limita la
corriente de desconexión.
En interruptores con interrupción doble se
configura el bucle de soplado de tal forma que ambos arcos
eléctricos se favorecen en igual medida, a modo de ejemplo, por una
configuración simétrica con respecto a la pared de separación de la
cámara de extinción del bucle de soplado o por dos bucles de soplado
conectados en paralelo de forma eléctrica, asignados
respectivamente a un arco eléctrico. En cualquier caso, a cada arco
eléctrico o a las dos antecámaras se asigna una cubierta magnética
propia que sirve al mismo tiempo como blindaje magnético del
espacio de arco eléctrico con respecto a los campos magnéticos
predominantes en el otro espacio de arco eléctrico.
En una realización preferida, la cubierta
magnética con forma de U está separada por un aislamiento de
antecámara de, a modo de ejemplo, plexiglás, del propio espacio de
arco eléctrico. De este modo se evita que el arco eléctrico salte a
la cubierta posiblemente metálica. Además, el aislamiento puede
tener características de desgasificación, es decir, puede separar
gases de extinción de arco eléctrico.
Preferiblemente, el aislamiento de antecámara
dispone de un abombamiento que se introduce en la zona del arco
eléctrico para la disminución del volumen de la antecámara. Por el
volumen disminuido se contrarresta una pérdida de presión de los
gases en la zona del arco eléctrico y se evita que el arco eléctrico
se distribuya. Particularmente los pies del arco eléctrico
permanecen compactos y calientan de este modo los carriles de guía
de arco eléctrico, lo que favorece un movimiento del arco
eléctrico.
El abombamiento tiene preferiblemente un perfil
con forma de V que se abre en la dirección de la cámara de
extinción y que sigue aproximadamente el contorno de los carriles de
guía. De este modo se garantiza que los dos pies del arco eléctrico
se muevan con la misma velocidad y que el arco eléctrico, antes de
la entrada en la cámara de extinción, se extienda por su máxima
longitud predeterminada por la separación de los carriles de guía
de arco eléctrico. De este modo, todas las chapas de extinción
participan del mismo modo en la distribución y extinción del arco
eléctrico.
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A continuación se explica con más detalle la
invención mediante ejemplos de realización junto con los dibujos.
Los mismos muestran en una representación en perspectiva
\vskip1.000000\baselineskip
En la Fig. 1, un dispositivo de extinción de
arco eléctrico que comprende dos antecámaras con respectivamente
una cubierta magnética y respectivamente un bucle de soplado,
En la Fig. 2, una vista detallada de una primera
antecámara y
En la Fig. 3, un corte por una primera
antecámara con un aislamiento de antecámara.
Las referencias usadas en los dibujos se resumen
en la lista de referencias. Básicamente, las piezas iguales se
indican con las mismas referencias.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 muestra en una vista inferior oblicua
un recorte de un interruptor de protección de uno o varios polos
con dos contactos de conmutación conectados en serie por polo. Un
primer borne de conexión 10 llega por la bobina de un disparador de
cortocircuito 100 y una primera línea de conexión 11 hasta un primer
contacto fijo 21. El mismo está en posición cerrada del interruptor
(no mostrada) en contacto eléctrico con un primer contacto de
puente 31 de un puente de contacto 3 móvil con forma de horquilla.
Un segundo contacto de puente 32 del puente de contacto 3 está en
la posición cerrada del interruptor en contacto con un segundo
contacto fijo 22, que lleva por una segunda línea de unión 12 a su
vez hasta un disparador de sobrecorriente no representado y hasta
un segundo borne de conexión. A los dos sitios de conmutación
formados respectivamente por un contacto fijo y de puente se asigna
respectivamente una primera o segunda antecámara 41, 42.
Si, en el caso de cortocircuito o sobrecorriente
por el disparador de cortocircuito 10 o el disparador de
sobrecorriente se aleja el puente de contacto 3 de los contactos
fijos 21, 22, entre los contactos fijos 21, 22 y los contactos de
puente 31, 32 se forman dos arcos eléctricos por los que fluye
corriente de desconexión en sentido opuesto, cuyos pies en el lado
del puente como consecuencia de los contactos de puente 31, 32
conmutan o "saltan" a carriles de avance de arco eléctrico 61,
62 en el lado del puente. De manera favorecida por la forma de los
carriles de avance de arco eléctrico 61, 62 del lado del puente (en
la disposición de acuerdo con la Fig. 2, "inferiores") así
como de los carriles de avance de arco eléctrico 51, 52 en el lado
de conexión (en la disposición de acuerdo con la Fig. 1
"superiores") unidos con los contactos fijos 21, 22, un primer
arco eléctrico avanza entre el primer carril de avance de arco
eléctrico 51 en el lado de conexión y el primer carril de avance de
arco eléctrico en el lado del puente 61 en dirección de un primer
paquete de chapas de extinción de arco eléctrico 71, mientras que
un segundo arco eléctrico se mueve entre el segundo carril de
avance de arco eléctrico 52 en el lado de conexión y el segundo
carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente 62 hasta
un segundo paquete de chapas de extinción de arco eléctrico 72. De
este modo, durante la desconexión, los arcos eléctricos se fuerzan
por los campos magnéticos generados a lo largo de los carriles de
avance del arco eléctrico hacia cámaras de extinción, se enfrían en
las chapas de extinción, se dividen en arcos eléctricos parciales y
se eliminan.
En la Fig. 2 se representa en otra perspectiva
un detalle de la primera antecámara 41, donde la pila de chapas de
extinción entre los extremos ensanchados de los dos primeros
carriles de guía de arco eléctrico 51, 62 se ha omitido. La
cubierta magnética de acuerdo con la invención 91 con corte
transversal en forma de U, que se fabrica de un material
magnéticamente activo como, a modo de ejemplo, hierro o acero,
preferiblemente como chapa de blindaje de una pieza, está dispuesta
de tal forma que cierra lateralmente el espacio del arco eléctrico,
que está definido entre los primeros carriles de guía de arco
eléctrico 51, 61. Una parte posterior 911 de la cubierta se
encuentra a lo largo del primer carril de guía de arco eléctrico 61
en el lado del puente, mientras que las superficies laterales 912
de la cubierta se extienden en dirección del primer carril de guía
de arco eléctrico 51 en el lado de conexión. La cubierta magnética
91 concentra el campo magnético de arco eléctrico y fuerza el arco
eléctrico adicionalmente en dirección de las cámaras de
extinción.
Como se puede observar adicionalmente a partir
de la Fig. 1, a cada una de las dos antecámaras 41, 42 se asigna
una cubierta magnética separada 91, 92. De este modo, la zona de
arco eléctrico entre los dos carriles de guía de arco eléctrico 51,
61; 52, 61 se blindan de forma magnética con respecto al espacio
externo y particularmente con respecto a la otra antecámara 42; 41.
Además, en la Fig. 1, entre el primer carril de avance 61 en el
lado del puente y el segundo carril de avance en el lado del puente
62 se proporciona un primer bucle de soplado 81. En el caso de
disparo, la corriente de desconexión fluye desde el primer arco
eléctrico al segundo por este primer bucle de soplado 81. Comprende
al menos una sección de Lorentz situada en el interior de la
cubierta 91, que se dispone geométricamente paralela con respecto
al primer carril de avance de arco eléctrico 61 en el lado del
puente y en el que la dirección del flujo de la corriente es igual
que en el carril de avance de arco eléctrico adyacente 61. De este
modo se aumenta la fuerza de Lorentz magnética sobre el primer arco
eléctrico, que mueve el mismo en dirección del primer paquete de
chapas de extinción 71.
El bucle de soplado 81 está equipado
preferiblemente con características limitadoras de corriente de
desconexión. Se puede conseguir un compartimento limitador de
corriente, a modo de ejemplo, por la selección de material, a esto
se añaden todos los conductores con una resistencia eléctrica que
crece cuando aumenta la intensidad de la corriente y, entre estos,
particularmente las aleaciones metálicas conocidas como posistores o
resistencias PTC (positiv temperature coefficient) basadas en Ni,
Co, Fe, NiCr, MiMn, NiFe, NiCrMn, NiCo, NiCoFe, CoFe, CrAlFe o
materias primas cerámicas. Un posistor de este tipo adicional se
basa en un compuesto polimérico cuya matriz polimérica está llena
de una mezcla de carbono, un metal como, a modo de ejemplo Ni, así
como un boruro, siliciuro, óxido o carburo como, a modo de ejemplo,
TiC_{2}, TiB_{2}, MoSi_{2}, V_{2}O_{3}. Es importante que
la resistencia inicial o en frío no sea demasiado elevada y que no
se impida la conmutación de los arcos eléctricos a los carriles de
avance 61, 62 en el lado del puente y la configuración consecuente
del circuito de extinción de arco eléctrico.
En la Fig. 3 se muestra un corte por la primera
antecámara 41, por el que de la primera cubierta magnética 91
solamente es visible el plano del corte de su parte posterior 911.
Generalmente, las características de avance del arco eléctrico
dependen en gran medida del contorno de los carriles de guía de arco
eléctrico 51, 61. Por el visible estrechamiento entre el carril de
guía superior y el inferior a lo largo de una gran parte de la
antecámara se acelera de forma óptima el arco eléctrico. Ya que con
el ensanchamiento de los carriles de guía 51, 61, el efecto de
succión magnética por las chapas de extinción 71 de material
magnético ya es activo, se evita una permanencia del arco eléctrico
sobre los carriles de guía de arco eléctrico y una entrada
inmediata de los mismos.
Entre los carriles de guía 51, 61 y la cubierta
magnética 91 hay un aislamiento de antecámara 411 que presenta
esencialmente el mismo corte transversal que la cubierta 91 y aísla
la misma de la zona de arco eléctrico. Un aislamiento de antecámara
como pieza de moldeo por inyección se introduce de forma adecuada
antes del montaje de la cubierta en la misma o se aplica sobre los
carriles de guía. Un abombamiento 412 en el interior del
aislamiento de antecámara conduce los gases ionizados sobre los
carriles de guía que se calientan por los gases y, de este modo,
dejan avanzar el pie del arco eléctrico. El abombamiento 412
disminuye la separación verticalmente con respecto al plano de
corte de la Fig. 3 entre las superficies laterales del aislamiento,
es decir, la anchura libre del espacio del arco eléctrico, entre el
30 y el 50%. El abombamiento de acuerdo con la Fig. 3 tiene la
forma de una elevación alargada que se abre con forma de V en la
dirección del paquete de chapas de extinción 71.
- 10
- Primer borne de conexión
- 100
- Disparador de cortocircuito
- 11
- Primera línea de conexión
- 12
- Segunda línea de conexión
- 21
- Primer contacto fijo
- 22
- Segundo contacto fijo
- 3
- Puente de contacto
- 31
- Primer contacto de puente
- 32
- Segundo contacto de puente
- 41
- Primera antecámara
- 411
- Aislamiento de antecámara
- 412
- Abombamiento
- 42
- Segunda antecámara
- 51
- Primer carril de avance de arco eléctrico en el lado de conexión
- 52
- Segundo carril de avance de arco eléctrico en el lado de conexión
- 61
- Primer carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente
- 62
- Segundo carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente
- 71, 72
- Paquetes de chapas de extinción de arco eléctrico
- 81
- Primer bucle de soplado
- 82
- Segundo bucle de soplado
- 91
- Primera cubierta magnética
- 911
- Parte posterior
- 912
- Superficie lateral
- 92
- Segunda cubierta magnética
Claims (10)
1. Un dispositivo de extinción de arco eléctrico
para interruptores de protección con interrupción doble, que
comprende
- -
- dos contactos fijos (21, 22) que se pueden unir con bornes de conexión del interruptor de protección y se pueden contactar por dos contactos de puente (31, 32) de un puente de contacto (3) móvil,
- -
- dos antecámaras (41, 42) separadas por una pared de separación con respectivamente dos carriles de avance de arco eléctrico (51, 61; 52, 62), de los que un carril de avance de arco eléctrico en el lado de conexión (51, 52) está unido con un contacto fijo (21, 22) y un carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente (61, 62) está configurado para la admisión de un arco eléctrico desde el puente de contacto (3) y
- -
- dos cámaras de extinción que se conectan a las antecámaras con respectivamente un paquete de chapas de extinción de arco eléctrico (71, 72), que está unido con los respectivos carriles de avance de arco eléctrico (51, 61; 52, 62),
caracterizado porque se proporciona una
cubierta magnética (91) para reforzar las fuerzas magnéticas que
actúan sobre un primer arco eléctrico configurado entre el primer
carril de guía de arco eléctrico en el lado del puente y el primero
del lado de conexión (51, 61), y porque esta cubierta magnética (91)
es una pieza preformada con una parte posterior (911) y dos
superficies laterales paralelas (912), que forman un perfil con
forma de U, donde la parte posterior (911) se sitúa al lado del
primer carril de avance de arco eléctrico en el lado del puente
(61) y las superficies laterales (912) se orientan hacia el carril
de avance de arco eléctrico en el lado de conexión (51).
2. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la
pieza preformada es de una pieza.
3. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
se proporciona un primer bucle de soplado (81) unido con los dos
carriles de avance de arco eléctrico en el lado del puente (61, 62)
para la generación de una fuerza de Lorentz orientada en dirección
del primer paquete de chapas de extinción (71) sobre el primer arco
eléctrico.
4. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la
cubierta magnética (91) comprende el primer carril de avance de arco
eléctrico en el lado del puente (61) y una sección de Lorentz del
bucle de soplado (81) dispuesta geométricamente paralela con
respecto al mismo.
5. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque
el primer bucle de soplado (81) presenta características limitadoras
de corriente.
6. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque
las dos antecámaras (41, 42) están blindadas entre sí por
respectivamente una cubierta magnética asignada (91, 92).
7. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque un
aislamiento de antecámara (411) de un material eléctricamente no
conductor rodea la zona del arco eléctrico y aísla el arco
eléctrico con respecto a la cubierta magnética (91).
8. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque
sobre al menos una de las paredes internas orientadas hacia la zona
del arco eléctrico del aislamiento de antecámara (411) se
proporciona un abombamiento (412).
9. El dispositivo de extinción de arco eléctrico
de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el
abombamiento (412) del aislamiento de antecámara tiene una
estructura con forma de V que se abre hacia las cámaras de
extinción.
10. Un interruptor de protección con
interrupción doble que comprende dos bornes de conexión (11), un
disparador de cortocircuito (100) que actúa sobre un puente de
contacto (3) y un dispositivo de extinción de arco eléctrico de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
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