ES2341212B1 - POWER SUPPRESSOR - Google Patents
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Abstract
Supresor de energía.Energy suppressor
Facilita la absorción de energía en una línea eléctrica ante picos de tensión, mediante generación de un arco voltaico controlado. Cuenta con dos electrodos (2) en un mismo plano, dotados de superficies enfrentadas biseladas con inclinaciones opuestas, para facilitar mediante un determinado distanciamiento entre dichos electrodos (2) una tensión de cebado constante y mediante las referidas superficies biseladas la generación y propagación del arco voltaico hacia una tapa conductora (7) encargada de extinguir ese arco; existiendo entre los electrodos (2) y la tapa (7) un espacio de aire libre (6) que facilita la expansión de los gases generados por el arco, así como medios de evacuación (10) de dichos gases hacia el exterior.Facilitates the absorption of energy in a line electrical before voltage spikes, by generating an arc controlled voltaic. It has two electrodes (2) in the same flat, equipped with beveled facing surfaces with opposite inclinations, to facilitate by a certain distance between said electrodes (2) a priming voltage constant and by means of the mentioned beveled surfaces the generation and propagation of the arc towards a conductive cover (7) responsible for extinguishing that arc; existing between the electrodes (2) and the cover (7) an open air space (6) that facilitates the expansion of the gases generated by the arc, as well as means of evacuation (10) of said gases outwards.
Description
Supresor de energía.Energy suppressor
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un supresor de energía cuya finalidad consiste en facilitar unas características técnicas y constructivas que proporcionen una mejor absorción de energía y una mayor disipación de la temperatura generada al producirse el cebado y la extinción del correspondiente arco eléctrico previsto en impulsos de sobretensión, respecto de los supresores de energía convencionales. Para ello, la invención proporciona unos electrodos con superficies enfrentadas biseladas de inclinaciones opuestas que facilitan la determinación de una tensión de cebado, así como la generación y propagación del arco voltaico hacia una tapa encargada de extinguir dicho arco, facilitándose además un espacio para la expansión de los gases generados por el arco y unos medios de evacuación de dichos gases.The present invention, as expressed in the statement of this specification refers to a suppressor of energy whose purpose is to facilitate characteristics techniques and constructives that provide better absorption of energy and a greater dissipation of the temperature generated by priming and extinction of the corresponding arc occur electrical expected in overvoltage pulses, with respect to the conventional power suppressors. For this, the invention provides electrodes with beveled facing surfaces of opposite inclinations that facilitate the determination of a tension priming, as well as the generation and propagation of the arc towards a lid responsible for extinguishing said arch, facilitating also a space for the expansion of the gases generated by the arc and means of evacuation of said gases.
Los circuitos eléctricos, especialmente los electrónicos, de medición, control, regulación y conmutación, y principalmente los equipos de instalaciones de telecomunicaciones, son sensibles frente a las sobretensiones transitorias que pueden originarse como consecuencia de descargas atmosféricas o de cortocircuitos y operaciones de conmutación en redes de suministro energético.The electrical circuits, especially the electronic, measurement, control, regulation and switching, and mainly telecommunications equipment facilities, are sensitive to transient surges that may originate as a result of atmospheric discharges or short circuits and switching operations in supply networks energetic.
Para hacer frente a esas sobretensiones se conocen los denominados supresores de energía, que son elementos de protección frente a impulsos de sobretensión.To cope with these surges is they know the so-called energy suppressors, which are elements of protection against overvoltage pulses.
Dichos supresores de energía convencionales están formados por dos electrodos que poseen un espacio de aire para la disrupción del arco eléctrico, y por unos electrodos auxiliares de absorción de la energía del arco eléctrico; requiriendo algunos de estos supresores elementos auxiliares para generación del correspondiente arco eléctrico en el que se absorbe la energía del correspondiente impulso de sobretensión en un momento dado.Such conventional energy suppressors they are formed by two electrodes that have an air space for disruption of the electric arc, and by auxiliary electrodes energy absorption of the electric arc; requiring some of these suppressors auxiliary elements for the generation of corresponding electric arc in which the energy of the corresponding overvoltage pulse at a given time.
Los inconvenientes principales de los supresores de energía convencionales son relativos a que los referidos electrodos auxiliares utilizados para absorber la energía del arco voltaico no permiten realizar la labor para la que han sido concebidos tan óptimamente como sería deseable, principalmente debido a las limitaciones que requiere su dimensionado. Así, en estos supresores de energía convencionales se produce un aumento excesivo de la temperatura de los gases del arco eléctrico que conlleva un aumento de la presión en el interior del supresor, determinando su facilidad de deterioro y su falta de fiabilidad. Además, en los supresores de energía convencionales cuando se producen impulsos de sobretensión repetitivos y por tanto se generan arcos eléctricos de manera muy frecuente, los electrodos sufren un gran desgaste, con lo que se hace necesario aumentar la correspondiente tensión de cebado necesaria para generan el arco.The main drawbacks of suppressors Conventional energy are relative to those referred auxiliary electrodes used to absorb arc energy voltaic do not allow the work for which they have been conceived as optimally as would be desirable, mainly due to the limitations that its sizing requires. So in these conventional power suppressors there is an increase excessive temperature of the electric arc gases that entails an increase in pressure inside the suppressor, determining its ease of deterioration and lack of reliability. In addition, in conventional power suppressors when they produce repetitive overvoltage pulses and therefore they are generated electric arcs very frequently, the electrodes suffer a great wear, which makes it necessary to increase the corresponding priming voltage necessary to generate the arc.
Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un supresor de energía que permite una absorción de energía en una línea eléctrica ante picos de tensión en su tensión de funcionamiento, mediante generación de un arco voltaico controlado.To achieve the objectives and avoid drawbacks indicated in previous sections, the invention It consists of an energy suppressor that allows absorption of energy in a power line before voltage spikes in its voltage of operation, by generating a voltaic arc checked.
Novedosamente, según la invención, el supresor de energía de la misma cuenta con dos electrodos interconectables en la referida línea, dispuestos en un mismo plano y dotados de superficies enfrentadas biseladas con inclinaciones opuestas, al objeto de facilitar mediante un determinado distanciamiento entre dichos electrodos una tensión de cebado constante, y mediante las referidas superficies biseladas la generación y propagación del arco voltaico hacia una tapa conductora de elevada capacidad térmica encargada de extinguir ese arco; existiendo entre los electrodos y la tapa un espacio de aire libre que facilita la expansión de los gases generados por el arco, así como medios de evacuación de dichos gases hacia el exterior.Novelly, according to the invention, the suppressor of energy of the same account with two interconnectable electrodes in the aforementioned line, arranged in the same plane and equipped with beveled facing surfaces with opposite inclinations, at in order to facilitate by a certain distance between said electrodes a constant priming voltage, and by means of the referred beveled surfaces arc generation and propagation voltaic towards a high thermal capacity conductive cover responsible for extinguishing that arc; existing between the electrodes and the lid an open air space that facilitates the expansion of gases generated by the arc, as well as means of evacuation of said outward gases.
Los referidos electrodos pueden ser de un material conductor, refractario y de elevada capacidad térmica al objeto de enfriar el arco voltaico a medida que se propaga sobre dichos electrodos.The referred electrodes can be of a conductive, refractory and high thermal capacity material object to cool the arc as it spreads over said electrodes.
Según la realización preferente de la invención, los mencionados electrodos se encuentran entre una base aislante y un cuerpo aislante sobre el que hay un soporte metálico que conecta con la tapa conductora y que presenta unas ranuras determinantes de los aludidos medios de evacuación de gases; estando conectados eléctricamente los electrodos con unos terminales que se unen a la correspondiente línea eléctrica; mientras que la base aislante queda unida a una base de fijación mediante un sistema de fijación mecánica que también solidariza esa base aislante con el conjunto formado por terminales, electrodos, cuerpo aislante, soporte metálico y tapa conductora.According to the preferred embodiment of the invention, said electrodes are between an insulating base and an insulating body on which there is a metal support that connects with the conductive cover and which has determining grooves of the aforementioned means of gas evacuation; being connected electrically the electrodes with terminals that join the corresponding power line; while the insulating base is attached to a fixing base by means of a fixing system mechanics that also supports this insulating base with the whole formed by terminals, electrodes, insulating body, support metallic and conductive cover.
En la realización preferente de la invención, esa base de fijación dispone de unas acanaladuras de aislamiento que proporcionan unas distancias de seguridad para unos tornillos de fijación pertenecientes al referido sistema mecánico de fijación.In the preferred embodiment of the invention, that fixing base has some insulation grooves that provide safety distances for some screws fixing belonging to the referred mechanical system of fixation.
Además, en la realización preferente de la invención, el conjunto del supresor se encuentra alojado en una carcasa general de plástico aislante que permite la conexión de los conductores de la referida línea eléctrica a proteger y aísla convenientemente a las partes bajo tensión eléctrica.In addition, in the preferred embodiment of the invention, the suppressor assembly is housed in a general insulating plastic housing that allows the connection of conductors of the referred power line to protect and insulate conveniently to the parts under electrical tension.
Con la estructura que se ha descrito, el supresor de energía de la invención presenta las ventajas de que permite una mejor absorción de energía y una mayor disipación térmica que en los supresores de energía convencionales, evitándose además la necesidad de electrodos auxiliares para absorber la energía del arco eléctrico. Al presentar el supresor de energía de la invención unas menores temperaturas y por tanto menores presiones internas, se facilita una gran fiabilidad del supresor, una gran durabilidad en el tiempo y una elevada tolerancia ante impulsos de sobretensión repetitivos.With the structure described, the Energy suppressor of the invention has the advantages that allows better energy absorption and greater dissipation thermal than in conventional energy suppressors, avoiding also the need for auxiliary electrodes to absorb the electric arc energy Introducing the power suppressor of the invention lower temperatures and therefore lower pressures internal, a great reliability of the suppressor is facilitated, a great durability over time and high tolerance to impulses from repetitive overvoltage.
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.Then, to facilitate a better understanding of this descriptive report and being an integral part of the same, some figures are accompanied in which with character illustrative and not limiting the object of the invention.
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Figura 1.- Representa una vista de perfil y seccionada de un supresor de energía realizado según la presente invención, mostrando todos los componentes esenciales.Figure 1.- Represents a profile view and sectioning of an energy suppressor realized according to the present invention, showing all the essential components.
Figura 2.- Representa una vista en planta superior del supresor de energía de la anterior figura 1, habiendo retirado del mismo un soporte metálico (5) y una tapa conductora (7).Figure 2.- Represents a plan view upper of the energy suppressor of the previous figure 1, having removed from it a metal support (5) and a conductive cover (7).
Figura 3.- Representa dos vistas en planta, un perfil y una sección parcial de la tapa referida en la anterior figura 2.Figure 3.- Represents two plan views, a profile and a partial section of the cover referred to in the previous figure 2.
Figura 4.- Representa una vista en planta y otra de perfil seccionado del soporte referido en la anterior figura 2.Figure 4.- Represents a plan view and another sectioned profile of the support referred to in the previous figure 2.
Figura 5.- Representa vistas en planta y en perfil seccionado de un cuerpo aislante (3) del supresor de energía de la anterior figura 1.Figure 5.- Represents views in plan and in sectioned profile of an insulating body (3) of the energy suppressor of the previous figure 1.
Figura 6.- Representa vistas en planta y en perfil seccionado de una base aislante (4) perteneciente al supresor de energía de la anterior figura 1.Figure 6.- Represents views in plan and in sectioned profile of an insulating base (4) belonging to the suppressor of energy of the previous figure 1.
Figura 7.- Representa vistas en planta y perfil seccionado de una base de fijación (8) perteneciente al supresor de energía de la anterior figura 1.Figure 7.- Represents views in plan and profile sectioning of a fixing base (8) belonging to the suppressor of energy of the previous figure 1.
Figura 8.- Representa vistas en planta y perfil seccionado de un electrodo (2) perteneciente al supresor de energía de la anterior figura 1.Figure 8.- Represents views in plan and profile sectioning of an electrode (2) belonging to the energy suppressor of the previous figure 1.
Figura 9.- Representa el desarrollo y una sección de un terminal (1) empleado en el supresor de energía de la anterior figura 1.Figure 9.- Represents the development and a section of a terminal (1) used in the energy suppressor of the previous figure 1.
Figura 10.- Representa esquemáticamente, de arriba hacia abajo, la generación de un arco voltaico en los electrodos (2), su propagación por los mismos y su extinción en la tapa (7), en el supresor de energía de las anteriores figuras.Figure 10.- Represents schematically, of top down, the generation of a voltaic arc in the electrodes (2), their propagation through them and their extinction in the cover (7), in the energy suppressor of the previous figures.
Figura 11.- Representa una gráfica de una tensión de línea en el tiempo, mostrando un impulso de sobretensión que se puede producir por diversos factores y que se encarga de absorber el supresor de energía de las anteriores figuras.Figure 11.- Represents a graph of a line voltage over time, showing an impulse of overvoltage that can be produced by various factors and that is responsible for absorb the energy suppressor of the previous figures.
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Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras. Así, el supresor de energía de este ejemplo de la invención se interconecta en una línea eléctrica que presenta una tensión de funcionamiento 12, en la que pueden presentarse unos picos o impulsos de sobretensión 13, tal y como muestra la figura 11, encargándose el supresor de evitar que esos picos 13 pasen a la circuitería correspondiente.Following is a description of a example of the invention referring to the numbering adopted In the figures. Thus, the energy suppressor of this example of the invention is interconnected in a power line presenting a operating voltage 12, in which some may occur surge peaks or pulses 13, as shown in the figure 11, taking care of the suppressor to prevent these peaks 13 from entering the corresponding circuitry.
El supresor del presente ejemplo tiene una estructura general mostrada en la figura 1, incluyendo unos terminales de conexión 1 que conectan eléctricamente con unos electrodos 2, pudiendo apreciarse los terminales 1 en las figuras 1, 2 y 9, en tanto que la estructura y disposición de los electrodos 2 puede verse en las figuras 1, 2, 8 y 10.The suppressor of the present example has a general structure shown in figure 1, including some connection terminals 1 that electrically connect with electrodes 2, terminals 1 can be seen in figures 1, 2 and 9, while the structure and arrangement of electrodes 2 It can be seen in figures 1, 2, 8 and 10.
El conjunto de terminales 1 y electrodos 2 se alojan entre un cuerpo aislante 3 y una base aislante 4, tal y como se aprecia en la figura 1.The set of terminals 1 and electrodes 2 are they house between an insulating body 3 and an insulating base 4, as It can be seen in figure 1.
Sobre el cuerpo aislante 3 se ubica un soporte metálico 5 que aporta un refuerzo lateral al conjunto del supresor y que presenta dos ranuras 10 en su cara superior. Dichas ranuras 10 determinan un medio de evacuación de gases hacia el exterior que produce un arco voltaico 9 generado en los electrodos 2 para absorber el impulso de sobretensión 13.A support is located on the insulating body 3 metallic 5 that provides a lateral reinforcement to the suppressor assembly and which has two slots 10 on its upper face. These slots 10 determine a means of evacuation of gases to the outside that produces a voltage arc 9 generated at electrodes 2 to absorb the surge impulse 13.
Sobre el soporte metálico 5 hay una tapa conductora 7 que queda a una determinada distancia de los electrodos 2, proporcionando así un espacio de aire libre 6 que permite la expansión de los gases calientes del arco eléctrico o voltaico 9.On the metal support 5 there is a cover conductor 7 that is at a certain distance from the electrodes 2, thus providing an outdoor space 6 that allows the hot gas expansion of the electric or voltaic arc 9.
El conjunto formado por tapa 7, soporte 5, cuerpo aislante 3, base aislante 4, terminales 1 y electrodos 2 se unen mediante un sistema de fijación mecánica a una base de fijación 8.The assembly formed by cover 7, support 5, insulating body 3, insulating base 4, terminals 1 and electrodes 2 se they connect by means of a mechanical fixing system to a fixing base 8.
Esta base de fijación 8 puede apreciarse en las figuras 1 y 7; la referida base aislante 4 puede apreciarse en las figuras 6 y 1; el cuerpo aislante 3 puede verse en las figuras 5, 1 y 2; el soporte metálico 5 puede apreciarse en las figuras 4 y 1; en tanto que la tapa 7 se distingue en las figuras 1, 3 y 10.This fixing base 8 can be seen in the Figures 1 and 7; said insulating base 4 can be seen in the Figures 6 and 1; the insulating body 3 can be seen in figures 5, 1 and 2; the metal support 5 can be seen in figures 4 and 1; in so much so that the cover 7 is distinguished in figures 1, 3 and 10.
Los electrodos 2 se realizan con un material conductor, refractario y de elevada capacidad térmica para que así permitan enfriar el arco 9 a medida que se propaga sobre los mismos. Además, estos electrodos 2 presentan unas superficies enfrentadas biseladas que facilitan el cebado y la posterior extinción del arco 9 en la tapa 7 cuando se produce un impulso de sobretensión 13. Con esta estructura y disposición se consigue que en caso de producirse impulsos de sobre tensión 13 repetitivos, la tensión de cebado permanezca constante ya que el desgaste global que sufren los electrodos 2 a lo largo de su longitud de trabajo es muy pequeño. La distancia de separación entre los electrodos 2 es una característica que se determina para distintas realizaciones, según la tensión de cebado que se requiera. Dicha tensión de cebado es la tensión que se requiere para ionizar el aire comprendido entre la distancia mínima de separación entre los electrodos 2, es decir la distancia entre sus aristas inferiores para que se produzca el arco eléctrico 9.The electrodes 2 are made with a material conductor, refractory and high thermal capacity so that allow the arc 9 to cool as it spreads on them. In addition, these electrodes 2 have facing surfaces bevels that facilitate priming and subsequent arc extinction 9 on cover 7 when an overvoltage pulse occurs 13. With this structure and arrangement is achieved in case of occurrence 13 repetitive overvoltage pulses, priming voltage remain constant as the global wear suffered by 2 electrodes along its working length is very small. The separation distance between electrodes 2 is a characteristic which is determined for different embodiments, depending on the voltage of priming as required. Said priming voltage is the voltage that is requires to ionize the air between the minimum distance of separation between electrodes 2, ie the distance between its lower edges so that the electric arc is produced 9.
La tensión de cebado va a permanecer constante en condiciones de trabajo normales de presión y temperatura, no viéndose influenciada por el posible desgaste de los electrodos.The priming voltage will remain constant under normal working conditions of pressure and temperature, no being influenced by the possible wear of the electrodes.
La tapa 7 es de un material conductor que posee una capacidad térmica elevada para permitir evacuar rápidamente el calor, de manera que la tapa 7 determina una pérdida de energía calorífica y una desionización que facilita una rápida y eficaz extinción del arco 9.The cover 7 is made of a conductive material that has a high thermal capacity to quickly evacuate the heat, so that the lid 7 determines a loss of energy calorific and a deionization that facilitates a fast and efficient arc extinction 9.
Otra característica del presente ejemplo consiste en que la base de fijación 8 posee unas acanaladuras 11 para proporcionar una distancia de aislamiento, establecida por normativa, entre unos tornillos de fijación de los electrodos 2 (pertenecientes al referido sistema de fijación mecánica) y la base de fijación 8, al objeto de evitar que se produzcan arcos eléctricos en la base de fijación 8.Another feature of the present example is that the fixing base 8 has grooves 11 to provide an isolation distance, established by normative, between fixing screws of the electrodes 2 (belonging to the referred mechanical fixation system) and the base fixing 8, in order to prevent electric arcs from occurring in the fixing base 8.
Con la estructura que se ha descrito, el funcionamiento del supresor de energía del presente ejemplo es el siguiente:With the structure described, the operation of the energy suppressor of the present example is the next:
La línea eléctrica a proteger se conecta a los terminales 1 que a su vez están conectados a los electrodos 2. Si por la línea eléctrica circula la tensión de funcionamiento 12 no se produce el cebado del arco 9, dado que la tensión de funcionamiento es inferior a la tensión de cebado entre los electrodos 2, con lo que no se genera el arco 9. En cambio, si en la línea eléctrica que se encuentra instalado el supresor presenta un impulso de sobretensión 13 de modo que la tensión de ese pico 13 supera a la tensión de cebado del arco eléctrico, se genera el arco voltaico o eléctrico 9 entre las aristas inferiores de los electrodos 2 desplazándose posteriormente dicho arco 9 sobre las superficies biseladas de los electrodos 2 hasta entrar en contacto dicho arco 9 con la tapa 7, tal y como se ilustra en la figura 10. En esta tapa 7 chocan los gases ionizados del arco eléctrico 9 producido por el impulso de sobretensión 13, los cuales se enfrían y se convierten en una corriente eléctrica que circula a través de la tapa 7 logrando una rápida y eficaz extinción del arco 9 debido a la combinación de la pérdida de energía calorífica y la desionización que se produce.The power line to be protected is connected to the terminals 1 which in turn are connected to electrodes 2. Yes the operating voltage 12 does not run through the power line produces arc 9 priming, since the operating voltage is less than the priming voltage between electrodes 2, with that arc 9 is not generated. On the other hand, if in the power line that the suppressor is installed, it has an impulse of overvoltage 13 so that the voltage of that peak 13 exceeds the priming voltage of the electric arc, the arc is generated or electrical 9 between the lower edges of the electrodes 2 subsequently moving said arc 9 over the surfaces bevels of electrodes 2 until said arc 9 comes into contact with cover 7, as illustrated in figure 10. In this cover 7 the ionized gases of the electric arc 9 produced by the surge boost 13, which cools and becomes an electric current that circulates through the lid 7 achieving a fast and effective extinction of the arc 9 due to the combination of the loss of heat energy and the deionization that produces.
La mayor parte de energía del arco 9 se disipa al calentar los electrodos 2 y la tapa 7, los cuales tienen una elevada capacidad térmica, mientras que una pequeña parte de la energía se disipa en el calentamiento del aire del espacio 6 a través de los gases calientes del arco eléctrico 9. Dichos gases calientes se expulsan a través de las ranuras 10 que posee el soporte metálico 5, consiguiendo al atravesar dichas ranuras 10 un enfriamiento adicional de esos gases. Al ser muy pequeña la energía cedida a los gases, la temperatura de dichos gases se reduce, la sobrepresión que es generada por los gases es pequeña y por tanto, los requerimientos mecánicos sobre las partes constituyentes del supresor son menores que los existentes en supresores convencionales.Most of the energy in arc 9 dissipates when heating electrodes 2 and cover 7, which have a high thermal capacity, while a small part of the energy dissipates in the heating of air from space 6 to through the hot gases of the electric arc 9. Such gases hot are ejected through the slots 10 that the metal support 5, getting through said slots 10 a additional cooling of those gases. Being very small energy assigned to the gases, the temperature of said gases is reduced, the overpressure that is generated by the gases is small and therefore, the mechanical requirements on the constituent parts of the suppressor are smaller than those existing in suppressors conventional.
En el presente ejemplo de la invención, el conjunto de componentes del supresor que se han descrito se encuentran alojados en una carcasa general de plástico aislante que no se ha representado en las figuras y que es susceptible de diversas realizaciones, pero que en cualquier caso permite la conexión de los conductores de la referida línea eléctrica a proteger manteniendo un aislamiento adecuado de las zonas bajo tensión eléctrica.In the present example of the invention, the set of suppressor components that have been described are they are housed in a general insulating plastic housing that it has not been represented in the figures and it is susceptible to various embodiments, but that in any case allows the connection of the conductors of the referred power line to protect while maintaining adequate isolation of the areas under electric tension.
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