ES2496668T3 - Dispositivo de protección contra las sobretensiones que comprende medios de desconexión selectivos - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de protección (1) contra las sobretensiones que incluye - un dispositivo de desconexión (3) de contactos eléctricos (30, 31) que incluye: * un primer electrodo de conexión (40) en conexión eléctrica con una primera regleta de conexión (41) * un segundo electrodo de conexión (50) en conexión eléctrica con una segunda regleta de conexión (51), * un tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión (51), * un mecanismo de accionamiento (7) destinado a desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos (30, 31). - Un limitador de sobretensión (2) conectado en serie entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) y la segunda regleta de conexión (51), caracterizado porque incluye al menos un primer desconector térmico (9) contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuitos conectado en serie con el limitador de sobretensión (2) entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) y la segunda regleta de conexión (51), incluyendo dicho desconector térmico al menos un elemento fusible (91) que se extiende a través de un intersticio de paso, entre una primera y una segunda paredes radiales (90) conductoras, en el interior de una pared lateral aislante (92) de una cámara de extinción de arco, (99) comprendiendo dicha cámara de extinción de arco (99) al menos un separador conductor (95) mantenido en el interior de la pared lateral aislante (92) para definir dos volúmenes de reducción de presión (97), - estando dicho desconector térmico (9) fuera de circuito cuando un arco eléctrico (100) es conmutado entre el primer electrodo de conexión (40) y el segundo electrodo de conexión (50), - siendo la desconexión de dicho desconector (9) realizada cuando es atravesado por corrientes eléctricas alternas o continuas de cortocircuito con una energía inferior a un umbral energético de disparo, correspondiendo dicho umbral energético de disparo el umbral más allá del cual unas corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 provocan la apertura permanente de los contactos eléctricos (30, 31).
Description
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DESCRIPCIÓN
Dispositivo de protección contra las sobretensiones que comprende medios de desconexión selectivos
Ámbito técnico de la invención
La invención se refiere a un dispositivo de protección contra las sobretensiones que incluye un dispositivo de desconexión con contactos eléctricos. Dicho dispositivo de desconexión incluye un primer electrodo de conexión en conexión eléctrica con una primera regleta de conexión, un segundo electrodo de conexión en conexión eléctrica con una segunda regleta de conexión, un tercer electrodo de conmutación de arco móvil conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión y un limitador de sobretensión conectado en serie entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil y la segunda regleta de conexión. Un mecanismo de accionamiento está destinado a desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos.
Estado de la técnica anterior
Se conocen dispositivos de protección contra las sobretensiones que incluyen un limitador de sobretensión con elementos no lineales variables con la tensión y un dispositivo de desconexión de contactos accionados por un mecanismo de accionamiento. El limitador de sobretensión y el dispositivo de desconexión están montados en serie.
Tal como se describe en el documento EP0441722B1; el dispositivo de desconexión de contactos puede adoptar el enclavamiento correspondiente respectivamente en estado abierto y en estado cerrado de los contactos. Un mecanismo de accionamiento provoca el desplazamiento de los contactos del dispositivo de desconexión hacia el estado abierto especialmente en caso de destrucción del limitador de sobretensión cuando algunos de dichos elementos no lineales están al final de su vida útil.
El dispositivo de desconexión de contactos está calibrado:
− por una parte para que fluyan corrientes eléctricos de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 sin que el mecanismo de accionamiento sea accionado, y − por otra parte para accionar el mecanismo de accionamiento y provocar automáticamente la apertura permanente de los contactos para corrientes alternas o continuas de cortocircuito.
Los contactos pueden generalmente abrirse (repelerse) y cerrarse bajo un choque de rayo sin que el mecanismo de accionamiento se desbloquee. Esta repulsión (apertura) de los contactos durante el funcionamiento del dispositivo de protección, va seguida de un re-cierre automático de dicho contactos.
Por “apertura permanente” de los contactos, se entiende una apertura provocada por el mecanismo de accionamiento. Esta apertura puede ser provocada manualmente o ser debida a un fallo eléctrico. En el caso de una apertura manual, el re-cierre de los contactos solo es posible entonces mediante una acción voluntaria exterior de un usuario. En el caso de una apertura debida a un fallo eléctrico, la apertura es entonces definitiva.
El calibrado de los dispositivos de protección conocidos se realiza de manera que el mecanismo de accionamiento del dispositivo de desconexión permanezca bloqueado en presencia de corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20. Generalmente no es deseable que el mecanismo de accionamiento del dispositivo de desconexión se desbloquee y provoque la apertura permanente de los contactos cada vez que es atravesado por una corriente eléctrica de onda de rayo.
El umbral energético de disparo depende directamente de las corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 para las cuales la apertura de los contactos del dispositivo de desconexión no es deseada. Dicho de otro modo, dicho umbral energético de disparo corresponde al umbral por encima del cual unas corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 0 8/20 provocarían la apertura permanente de los contactos eléctricos.
Además, corrientes alternas o continuas de cortocircuito que tienen una energía eléctrica superior al umbral energético de disparo provocan la apertura de los contactos del dispositivo de desconexión.
Para corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 que tienen una energía inferior a la energía de umbral de disparo, el dispositivo de protección es eficaz y permite la circulación de dichas corrientes eléctricas de ondas de rayo sin que su energía sea responsable de daños materiales. Asimismo, las corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 con una energía inferior al umbral energético de disparo no desbloquean el mecanismo de accionamiento del dispositivo de desconexión para provocar la apertura de los contactos.
Sin embargo, en algunas circunstancias particulares, los dispositivos de protección conocidos no presentan el nivel suficiente de protección
En efecto, cuando la energía de las corrientes alternas o continuas de cortocircuito se vuelve inferior a la de la energía de umbral de disparo, el mecanismo de accionamiento ya no es accionado y no provoca el desplazamiento
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permanente de los contactos del dispositivo de desconexión del estado cerrado hacia el estado abierto. El riesgo de deterioro de los componentes es entonces importante.
Esta situación puede especialmente presentarse cuando:
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- la impedancia del limitador de sobretensión se vuelve baja después de haber recibido numerosos choques
- de rayo. Una corriente alterna de cortocircuito con una energía inferior a la de la energía de umbral de
- disparo circula entonces por el dispositivo de protección
- -
- se realiza un mal montaje de dispositivo de protección. Especialmente, cuando un dispositivo de protección,
- habitualmente conectado entre una fase y el neutro, se conecta por ejemplo entre dos fases. La tensión
- aplicada entre las fases es generalmente superior a la que puede soportar de manera permanente el
- limitador de sobretensión. El limitador de sobretensión se vuelve entonces pasante y una corriente alterna
- de cortocircuito circula entonces por el dispositivo de protección. Esta baja corriente alterna de cortocircuito
- puede ser reducida si la potencia del transformador de alimentación es baja y/o cuando las longitudes de
- cables son grandes.
En las dos situaciones descritas anteriormente, la corriente de cortocircuito con una energía inferior a la del umbral energético de disparo, puede provocar daños materiales.
El documento “FR-A-2 846 478” describe un dispositivo de protección según el preámbulo de la reivindicación 1.
Exposición de la invención
La invención se dirige por lo tanto a poner remedio a los inconvenientes del estado de la técnica, para de este modo proponer un dispositivo de protección contra las sobretensiones que comprende medios de desconexión eficaces contra cortocircuitos.
El dispositivo de protección contra las sobretensiones según la invención incluye al menos en primer lugar un desconector térmico contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuitos conectado en serie con el limitador de sobretensión entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil y la segunda regleta de conexión. Dicho desconector térmico incluye al menos un elemento fusible que se extiende a través de un intersticio de paso, entre una primera y una segunda paredes radiales conductoras, en el interior de una pared lateral aislante que se extiende de una cámara de extinción de arco, comprendiendo dicha cámara de extinción de arco al menos un separador conductor mantenido en el interior de la pared lateral aislante para definir dos volúmenes de reducción de presión. Dicho desconector térmico está fuera de servicio cuando un arco eléctrico es conmutado entre el primer electrodo de conexión y el segundo electrodo de conexión. La desconexión de dicho desconector se realiza cuando es atravesado por corrientes eléctricas alternas o continuas de cortocircuito con una energía inferior a un umbral energético de disparo, correspondiendo dicho umbral energético de disparo al umbral más allá del cual unas corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 provocan la apertura permanente de los contactos eléctricos.
De preferencia, el elemento fusible incluye una sección de forma sensiblemente idéntica a la sección del intersticio de paso.
De preferencia, la sección de dicho al menos elemento fusible en un plano perpendicular a un eje longitudinal mediano es de forma alargada de manera que la longitud de dicha sección sea tres veces mayor que la anchura.
Ventajosamente, el desconector térmico incluye dos cámaras de extinción de arco atravesadas respectivamente por un elemento fusible.
Ventajosamente, dicho al menos un elemento fusible conductor se compone de una hoja metálica conductora.
Ventajosamente, la hoja metálica está mantenida por medios de mantenimiento sobre un soporte aislante que constituye un elemento de la pared lateral aislante.
De preferencia, dicho al menos un elemento fusible conductor está colocado en los bordes de dicho al menos un separador.
Ventajosamente, la pared lateral incluye agujeros de evacuación de los gases contenidos en los volúmenes de reducción de presión.
Ventajosamente, incluye una caja que tiene al menos dos bridas de material aislante, constituyendo dichas bridas una parte de la pared lateral del desconector térmico.
Ventajosamente, la pared lateral aislante se compone de un material gasógeno.
Según una primera realización de la invención, el limitador de sobretensión está conectado eléctricamente en serie con el dispositivo de desconexión por al menos una conexión fusible, unos medios de arrastre ejercen una fuerza de
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desplazamiento que desplaza el limitador de sobretensión en caso de fusión de dicha al menos una conexión fusible, actuando el desplazamiento de dicho limitador directamente sobre el mecanismo de accionamiento para desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil y provocar la apertura permanente de los contactos.
De preferencia, el limitador de sobretensión está conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión por una 5 primera conexión fusible que experimenta una fusión en caso de recalentamiento de dicho limitador.
De preferencia, el limitador de sobretensión está conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión por una segunda conexión fusible que hace las veces de desconector térmico.
Según una segunda realización de la invención, un segundo desconector electromagnético contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuitos está conectado en serie con el desconector térmico y el limitador de
10 sobretensión entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil y la segunda regleta de conexión.
De preferencia, el desconector electromagnético incluye medios electromagnéticos de disparo destinados a actuar sobre el mecanismo de accionamiento para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos.
Según un modo de desarrollo, un desconector de alta energía está conectado en serie entre el primer electrodo de conexión y la primera regleta de conexión, estando el desconector de alta energía calibrado para desconectarse
15 cuando es atravesado por corrientes eléctricas con una energía superior al umbral energético de disparo.
Ventajosamente, el desconector de alta energía incluye una cámara de extinción de arco que está delimitada por una pared lateral aislante, que se extiende entre una primera y una segunda paredes radiales conductoras, comprendiendo la cámara de extinción de arco al menos un separador conductor mantenido en el interior de dicha cámara para definir dos volúmenes de reducción de presión y al menos un elemento fusible conductor conectado
20 eléctricamente entre un primer y un segundo electrodos, extendiéndose dicho al menos un elemento fusible de la primera a la segunda paredes radiales a través de un intersticio y encontrándose mantenido de manera rígida en la cámara de extinción de arco por medios de mantenimiento, siendo la sección de dicho al menos elemento fusible de forma alargada de manera que la longitud de dicha sección sea al menos tres veces mayor que la anchura.
Según un modo de desarrollo, un tope de cierre está destinado a mantener directa o indirectamente el tercer
25 electrodo de conmutación de arco móvil a una distancia de separación del primer electrodo de conexión cuando los contactos eléctricos están cerrados.
De preferencia, el tope de cierre incluye dos partes, una primera parte de material aislante se coloca en contacto con el contacto fijo y una segunda parte de material conductor colocada de manera adyacente a la primera parte está en contacto con el contacto móvil cuando los dos contactos están cerrados.
30 Ventajosamente, el grosor de la primera parte aislante es igual a la distancia de separación.
Breve descripción de las figuras
Otras ventajas y características se desprenderán más claramente de la siguiente descripción de realizaciones particulares de la invención ofrecidas a modo de ejemplos no limitativos, y representados en los dibujos anexos en los que:
35 -las figuras 1 a 3 representan vistas esquemáticas de un dispositivo de protección contra las sobretensiones según una realización preferida de la invención;
-las figuras 4A y 4B representan vistas esquemáticas de un desconector térmico según una primera realización de la invención;
-las figuras 5A y 5B representan vistas esquemáticas de un desconector térmico según una segunda 40 realización de la invención;
-la figura 6A representa una vista esquemática en corte de un arco eléctrico en una cámara de extinción conocida;
-las figuras 6B y 6C representan vistas esquemáticas en corte de un arco eléctrico en una cámara de extinción de un desconector térmico según las realizaciones representadas en las figuras 1 a 3;
45 -las figuras 7 a 9 representan, en diferentes posiciones de funcionamiento, vistas esquemáticas de un dispositivo de protección contra las sobretensiones según una primera realización de la invención según la figura 1;
-la figura 10 representa una variante de realización del dispositivo de protección según las figuras 7 a 9;
-la figura 11 representa una vista esquemática de una segunda realización particular del dispositivo de 50 protección según la figura 1;
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- las figuras 12A y 12B representan vistas esquemáticas de variantes de realización del dispositivo de protección según las diferentes realizaciones de la invención;
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- la figura 13 representa una vista esquemática de otra variante de realización del dispositivo de protección contra las sobretensiones.
Descripción detallada de una realización
Como se ha representado en las figuras 1 a 3, el dispositivo de protección 1 contra las sobretensiones incluye un limitador de sobretensión 2 con elementos no lineales variables con la tensión y un dispositivo de desconexión 3 de contactos eléctricos 30, 31. El limitador de sobretensión 2 y el dispositivo de desconexión 3 están dispuestos eléctricamente en serie.
El limitador de sobretensión 2 incluye de preferencia un varistor 21. En algunas realizaciones de la invención no representados, un descargador también puede ser colocado en serie con el varistor 21.
El dispositivo de desconexión 3 incluye un primer electrodo de conexión 40 en conexión eléctrica con una primera regleta de conexión 41 y un segundo electrodo de conexión 50 en conexión eléctrica con una segunda regleta de conexión 51.
Si el dispositivo de protección 1 está conectado entre fase y tierra, las regletas de conexión 41, 51, están destinadas a estar conectadas respectivamente a una fase y a tierra o a la inversa.
El dispositivo de desconexión 3 incluye un tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión 51.
Un primer contacto eléctrico 30 se coloca en el primer electrodo de conexión 40 y un segundo contacto eléctrico 31 se posiciona en el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60.
Como se ha representado en las figuras 1 a 3, según una realización preferida, el limitador de sobretensión 2 está conectado en serie entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y la segunda regleta de conexión 51.
El tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 está en contacto con el primer electrodo de conexión 40 cuando los contactos eléctricos 30, 31 están cerrados.
El dispositivo de desconexión 3 incluye además un mecanismo de accionamiento 7. Dicho mecanismo está destinado a ser accionado para desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y provocar mecánicamente la apertura permanente de los contactos eléctricos 30, 31.
El dispositivo de desconexión 3 de contactos 30, 31 se calibra por una parte para que circulen las corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 sin que el mecanismo de accionamiento 7 sea accionado, y por otra parte para accionar el mecanismo de accionamiento 7 y provocar la apertura permanente de los contactos 30, 31 para corrientes alternas o continuas de cortocircuito.
El calibrado de los dispositivos de protección 1 se realiza de manera que el mecanismo de accionamiento 7 del dispositivo de desconexión 3 permanezca bloqueado en presencia de corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20. En efecto, el mecanismo de accionamiento 7 no provoca la apertura permanente de los contactos cada vez que es atravesado por una corriente eléctrica de onda de rayo.
El umbral energético de disparo es directamente dependiente de las corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 para las cuales la apertura de los contactos 30, 31 del dispositivo de desconexión 3 no se realiza. Dicho de otro modo, dicho umbral energético de disparo corresponde al umbral más allá del cual unas corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 provocarían la apertura permanente de los contactos eléctricos 30, 31.
Cuando el dispositivo de protección es atravesado por corrientes eléctricas con una energía superior a un umbral energético de disparo, el mecanismo de accionamiento 7 se acciona y desplaza el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y provoca mecánicamente la apertura permanente de los contactos 30, 31. Las corrientes eléctricas responsables del accionamiento del mecanismo de accionamiento 7 son generalmente corrientes alternas o continuas de cortocircuito.
Cuando el dispositivo de protección es atravesado por corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 con una energía inferior a la energía de umbral de disparo, el dispositivo de protección es eficaz y permite la circulación de las corrientes eléctricas de ondas de rayo sin que su energía sea responsable de daños materiales. Asimismo, dichas corrientes eléctricas de ondas de rayo no desbloquean el mecanismo de accionamiento 7 del dispositivo de desconexión para provocar la apertura de los contactos 30, 31.
El dispositivo de protección contra las sobretensiones incluye al menos un primer desconector contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuito 9, 10. Dicho al menos primer desconector es un desconector térmico 9.
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Como se ha representado en las figuras 1 a 3, según las realizaciones, el desconector térmico 9 está conectado eléctricamente en serie con el limitador de sobretensión 2 entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y la segunda regleta de conexión 51.
Cuando el dispositivo de protección es atravesado por corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/359 u 8/20, un arco eléctrico 10 se conmuta muy rápidamente entre el primer electrodo de conexión 40 y el segundo electrodo de conexión 50. El limitador de sobretensión 2 y el desconector térmico 9 se colocan entonces simultáneamente fuera de servicio y son atravesados de manera reducida por la onda de rayo. Dicho limitador y dicho desconector térmico están así protegidos y no son dañados por los choques de rayo. El dispositivo de protección incluye una cámara de extinción 101 del arco eléctrico 100. El primer electrodo de conexión 40 y el segundo electrodo de conexión 50 están dispersados enfrente de la cámara de extinción de arco 101 y delimitan la boca de dicha cámara de extinción de arco 101. Dicha cámara de extinción de arco 101 incluye aletas de desionización 102 destinadas al enfriamiento de un arco eléctrico 100 y a su extinción.
Como se ha representado en las figuras 5A a 6B, según una primera realización preferida, el desconector térmico 9 incluye al menos un elemento fusible 91 que se extiende a través de un intersticio de paso al interior de una pared lateral aislante 92 de una cámara de extinción de arco 99. La cámara de extinción de arco 99 incluye un eje longitudinal mediano Z. La pared lateral aislante 92 de la cámara de extinción de arco 99 se extiende entre una primera y una segunda paredes radiales 90 conductoras. La cámara de extinción de arco 99 que incluye al menos un separador conductor 95 mantenido en el interior de la pared lateral aislante 92 para definir dos volúmenes de reducción de presión 97. Dicho al menos separador está posicionado entre las dos paredes radiales conductoras 90. De preferencia, la primera y segunda paredes radiales 90 se extienden perpendicularmente al eje geométrico longitudinal mediano Z de dicha cámara de extinción.
La sección de dicho al menos un elemento fusible 91 según un plano perpendicular al eje longitudinal mediano Z es de forma alargada. Además, dicha sección es sensiblemente idéntica a la del intersticio de paso. De preferencia, la longitud de dicha sección es al menos tres veces mayor que la anchura.
El elemento fusible 91 se extiende de la primera a la segunda pared radial 90 a través del intersticio de paso y se mantiene rígidamente en la cámara de extinción de arco 99 por medios de mantenimiento. Dichos medios de mantenimiento garantizan el mantenimiento rígido de dicho al menos un elemento fusible 91 en caso de choque de rayo. Permiten resistir a los esfuerzos electrodinámicos debidos a los choques de rayo.
Ventajosamente, como se ha representado en las figuras 5A, 5B, el elemento fusible 91 se coloca en la periferia de dicho al menos un separador 95. El elemento fusible 91 se mantiene rígidamente entre dicho al menos separador 95 y dicha al menos una pared lateral aislante 92. El huelgo entre el elemento fusible 91 y cada uno de los separadores 95 es mínimo para especialmente garantizar el mantenimiento rígido del elemento fusible en caso de choque de rayo. Los medios de mantenimiento son asegurados entonces directamente por separadores 95 y la pared aislante
92.
De preferencia, el elemento fusible conductor 91 se compone de una hoja conductora de metal. La hoja conductora está de preferencia mantenida por medios de mantenimiento sobre un soporte aislante que puede constituir un elemento de la pared lateral aislante 92.
Cuando el elemento fusible 91 se funde, un arco eléctrico nace al nivel del intersticio de paso. Gracias a la forma alargada de dicho intersticio de paso, dicho arco eléctrico que tiene naturalmente una sección de forma sensiblemente circular, es obligado a deformarse y salir de dicha zona de intersticio. De este modo, el desarrollo del arco en los volúmenes de reducción de presión 97 se ve favorecido de este modo, lo cual permite alcanzar una tensión de arco suficiente para una limitación satisfactoria de las corrientes de cortocircuito Además, dicho arco tiene tendencia a ser laminado en el interior de dicho intersticio de paso. Esta laminación del arco eléctrico en el intersticio de paso tiende a elevar rápidamente su tensión para una imitación satisfactoria de las corrientes de cortocircuito.
Como se ilustra en las figuras 6B a 6C, el intersticio de paso de dicho al menos un elemento fusible está representado por una primera zona sombreada en línea de puntos 73. La superficie sombreada en línea de puntos 74 representa el arco eléctrico presente en los espacios de reducción de presión 97 cuando dicho al menos un fusible se ha fundido. La corriente eléctrica ha alcanzado entonces un valor significativo, superior a 1000A. La zona donde las líneas de puntos 74 y la primera zona sombreada 73 se superponen, corresponde al espacio donde una fracción del arco eléctrico no está dividida por los separadores. Cuanto mayor es esta zona de superposición, menor será la tensión de arco y menor será la limitación de la corriente de cortocircuito. De este modo, una tensión de arco elevada se alcanzará más rápidamente con dispositivos de corte según la invención que con dispositivos de corte conocidos. En efecto, la zona de interacción entre la zona de línea de puntos 74 y la zona sombreada 73 es menor para la figura 6B que para la figura 6A.
Tal como se ha representado en las figuras 4A a 5B, la cámara de extinción 99 comprende varios separadores conductores 95 que se extienden de preferencia en perpendicular al eje longitudinal mediano Z.
Dicha al menos una pared lateral 92 se compone de preferencia de cuatro fachadas laterales que se extienden
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según un eje longitudinal mediano Z. Las cuatro superficies laterales son conjuntas. La cámara de extinción 99 tiene una forma paralelepipédica y los separadores 95 tienen una forma cuadrada o rectangular. El dispositivo de protección 1 contra las sobretensiones incluye una caja realizada en material plástico moldeada y constituida por dos bridas laterales paralelas de material aislante colocadas por una y otra parte de un plano longitudinal mediano. Dichas bridas puede constituir una parte de dos fachadas de la pared lateral 92. Una parte de las bridas laterales constituye entonces una parte de la pared lateral 92 de la cámara de extinción 99 del desconector térmico 9. Los separadores 95 están mantenidos por dos fachadas laterales.
Según una variante de realización, la pared lateral 92 se compone de preferencia de un material plástico gasógeno. Como se ha representado en la figura 6C, la presencia de material gasógeno permite repeler el arco eléctrico hacia el centro de la cámara de extinción alejándolo del intersticio de paso. Como se ha descrito anteriormente, esto permite aumentar también la eficacia de la cámara de extinción del dispositivo de corte fusible.
Asimismo, en algunas aplicaciones no representadas, la pared lateral aislante puede estar realizada en vidrio o cerámica.
Según una variante de realización, dicha al menos una pared lateral 92 incluye agujeros de evacuación de los gases contenidos en los volúmenes de reducción de presión 97.
Según otra variante de realización, se posicionan unos filtros al nivel de los agujeros de evacuación, de preferencia en el exterior de las cámaras de extinción de arco. Estos filtros permiten limitar en gran medida las manifestaciones exteriores del dispositivo de protección. En efecto, los gases de corte calientes presentes en la cámara de extinción de arco son enfriados fuertemente en el momento de su paso a través de los filtros. El interior del dispositivo de protección contra las sobretensiones está de este modo menos contaminado.
Según un primer modo particular de desarrollo de la realización preferida, el limitador de sobretensión 2 está conectado eléctricamente en serie con el dispositivo de desconexión 3 por al menos una conexión fusible 8, 91. Como se ha representado en las figuras 7 a 9, unos medios de arrastre 22 ejercen de manera permanente la fuerza de desplazamiento Fd sobre dicho limitador de sobretensión. Si al menos una de las conexiones fusibles 8, 91 es destruida, el limitador de sobretensión 2 se desplaza entonces bajo la acción de la fuerza de desplazamiento Fd. El desplazamiento de dicho limitador actúa directamente sobre el mecanismo de accionamiento 7. Dicho mecanismo se desbloquea y desplaza el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y provoca la apertura permanente y definitiva de los contactos eléctricos 30, 31.
De preferencia, los medios de arrastre 22 incluyen un resorte. Según la realización particular tal como se ha representado en las figuras 7 a 9, este resorte de tipo helicoidal está estirado para ejercer la fuerza de desplazamiento Fd directamente sobre el varistor 21 del limitador de sobretensión 2. Según otra realización particular no representada, este resorte de tipo helicoidal está comprimido.
El limitador de sobretensión 2 puede estar conectado eléctricamente a la segunda regleta 51 por dos conexiones fusibles 8, 91. A modo de ejemplo, una primera conexión fusible 8 experimenta una fusión en caso de recalentamiento de dicho limitador de sobretensión. Una segunda conexión fusible 91, hace las veces de desconector térmico 9. Cuando al menos una de las conexiones fusibles se funde 8, 91, el varistor 21, se desplaza bajo la acción de la fuerza de desplazamiento Fd para actuar directamente sobre el mecanismo de accionamiento 7. Como se ha representado en las figuras 7 a 9, el varistor 21 está conectado en serie con el dispositivo de desconexión 3 a través de dos bornes. Un primer borne está conectado al dispositivo de desconexión 3 por una trenza metálica flexible 15, y un segundo borne está conectado a la segunda regleta de conexión 51.
La hoja conductora de metal constituye el elemento fusible 91 del desconector térmico 9. La hoja conductora de metal mantiene entonces el varistor en una primera posición. La hoja conductora de metal que conecta el varistor 21 a la segunda regleta de conexión 51 incluye entonces una sección calibrada para fundirse cuando dicha hoja es atravesada durante un tiempo dado por corrientes eléctricas de cortocircuito cuya energía es inferior al umbral de disparo. Además, la hoja conductora de metal que conecta el varistor 21 a la segunda regleta de conexión 51 está soldada al segundo borne del varistor por una soldadura de baja temperatura que forma la primera conexión fusible
8.
El funcionamiento permanece sin cambios si el varistor 21 está colocado en un carro o en una caja móvil, formando un bloque único con el varistor 21. La fuerza de desplazamiento Fd podría entonces aplicarse directamente sobre el carro o sobre la caja móvil en lugar de aplicarse directamente sobre el varistor. Además, el carro o la caja móvil podrían actuar directamente sobre la barra de disparo 71 del mecanismo de accionamiento 7.
Según una variante de realización tal como se ha representado en la figura 10, el desconector térmico 9 incluye dos cámaras de extinción de arco 99 colocadas una al lado de la otra. Cada cámara de extinción de arco 99 está atravesada por un elemento fusible 91. Esta disposición particular de las dos cámaras de extinción de arco 99 está optimizada para un volumen interno de un dispositivo de protección contra las sobretensiones tales como se ha representado en la figura 10. Asimismo, el hecho de disponer de dos cámaras de extinción de arco 99 conectadas en serie permite duplicar la tensión de arco y de este modo limitar mejor las corrientes de cortocircuito. Los
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elementos fusibles 91 que atraviesan respectivamente las dos cámaras de extinción de arco 99 no están calibrados de manera idéntica. En efecto, el primer elemento fusible 91 que está directamente conectado al varistor 21 por la hoja metálica está calibrado para fundirse antes que el segundo elemento fusible. Esta configuración permite asegurar que en presencia de corriente de cortocircuito, la fusión del primer elemento fusible liberará de manera sistemática dicho varistor. El varistor se desplazará bajo el efecto de la fuerza de desplazamiento Fd para accionar el mecanismo de accionamiento 7 y provocar una apertura permanente y definitiva de los contactos eléctricos 30,
31.
Como se ha representado en la figura 11, según un segundo modo particular de desarrollo de la realización preferida, un segundo desconector contra las corrientes alterna o continuas de cortocircuito 10 se conecta en serie con el limitador de sobretensión 2 entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y la segunda regleta de conexión 51. El segundo desconector es un desconector electromagnético 10. El desconector electromagnético 10 incluye medios electromagnéticos de disparo 12 para actuar sobre el mecanismo de accionamiento 7 y provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos 30, 31. Según un primer ejemplo de realización, los medios electromagnéticos de disparo 12 comprenden un núcleo móvil. La circulación de corrientes de cortocircuito a través del desconector electromagnético 10 implica el desplazamiento del núcleo móvil para actuar sobre el mecanismo de accionamiento 7. En efecto, este núcleo móvil comprende un percutor que libera el enganche del mecanismo de accionamiento 7. La masa del núcleo móvil es calibrada de manera que el núcleo no se desplace al paso de las corrientes de choque de rayo en el dispositivo de protección. De preferencia, este desconector electromagnético 10 de núcleo móvil comprende asimismo su propio sistema de enganche para impedir el reajuste del mecanismo de accionamiento 7 cuando el mismo está desbloqueado. Según un segundo ejemplo de realización, los medios electromagnéticos de disparo 12 comprenden una paleta. Como anteriormente, la masa de la paleta está calibrada de manera que la misma no se desplace al paso de las corrientes de choque de rayo en el dispositivo de protección. De preferencia, esta paleta posee asimismo un sistema de enganche que impide el reajuste del mecanismo de accionamiento 7 mientras que la paleta ha sido accionada por una corriente de falta. El desconector electromagnético 10 también está calibrado para accionar el mecanismo de accionamiento 7 cuando es atravesado por corrientes eléctricas alternas o continuas de cortocircuito cuya energía es superior al umbral de desconexión. Los medios electromagnéticos de disparo 12 actúan sobre el mecanismo de accionamiento 7 para provocar la apertura permanente y definitiva de los contactos eléctricos 30, 31.
El funcionamiento del dispositivo de protección 1 contra las sobretensiones que comprenden al menos un primer desconector térmico 9 es el siguiente:
Cuando el dispositivo de protección es atravesado por corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 0 8/20, un arco eléctrico 100 es conmutado muy rápidamente entre el primer electrodo de conexión 40 y el segundo electrodo de conexión 50. El desconector térmico 9 se coloca fuera de servicio y ya no es atravesado por la onda de rayo. El desconector térmico 9 queda entonces protegido y es dañado por los choques de rayo.
Teniendo en cuenta que dicho desconector está poco sometido a los choques de rayo, su calibrado es esencialmente dependiente de la energía de las corrientes de cortocircuito para las que está destinado a desconectarse.
Cuando el dispositivo de protección 1 contra las sobretensiones es recorrido por corrientes alternas o continuas de cortocircuito con una energía inferior al umbral energético de disparo, dichas corrientes atraviesan el primer electrodo de conexión 40, el tercer electrodo de conexión 60 y el desconector térmico contra las corriente alternas o continuas de cortocircuito 9, 10. La repulsión del contacto móvil 31 es entonces limitada. La tensión de arco entre los contactos 30, 31 permanece baja y la conmutación de arco 100 no es posible o es muy tardía. Se entiende por tensión de arco baja una tensión inferior a la tensión de la red, por ejemplo inferior a 100 voltios.
El desconector térmico 9 sin embargo está calibrado para desconectarse cuando es atravesado por corrientes eléctricas alternas o continuas de cortocircuito cuya energía es superior a un umbral de desconexión. A modo de ejemplo, las corrientes eléctricas responsables de la desconexión de dicho desconector tienen una intensidad superior a 100 A.
El elemento fusible 91 del desconector térmico 91 está calibrado para pasar entonces de un estado eléctrico cerrado a un estado eléctrico abierto bajo el efecto de la tensión térmica generada por el paso de las corrientes de cortocircuito. La tensión generada por la cámara de extinción 99 del desconector térmico 9 es importante debido al fraccionamiento en los separadores 95 y/o el laminado del arco. De este modo, para estos valores de corriente de cortocircuito, la limitación estará esencialmente asegurada por el desconector térmico 9. Además, la fusión del elemento fusible 91 conlleva el desplazamiento del limitador de sobretensión 2 y el accionamiento del mecanismo de accionamiento 7 para provocar la apertura permanente y definitiva de los contactos eléctricos 30, 31.
Cuando el dispositivo de protección 1 contra las sobretensiones es recorrido por fuertes corrientes alternas o continuas de cortocircuito cuya intensidad es superior a la de las descritas anteriormente, especialmente cuya intensidad es superior a 6000 A, la repulsión del tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 es importante. La tensión del arco 100 sube rápidamente y su conmutación en el segundo electrodo de conexión 50 se realiza rápidamente. Esta velocidad de conmutación depende del nivel de corriente de cortocircuito. Después de la
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conmutación, el aumento de tensión de arco está asegurado por la cámara de corte 101. A pesar de esta apertura rápida de los contactos eléctricos, 30, 31, una corriente residual puede circular en el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y provocar a la larga la fusión del elemento fusible 91 del desconector térmico 9 o el accionamiento del desconector electromagnético 10. Dicha fusión o dicho accionamiento implica entonces el desplazamiento del limitador de sobretensión 2 y el accionamiento del mecanismo de accionamiento 7 para provocar la apertura permanente y definitiva de los contactos eléctricos 30, 31.
Según primeras variantes de las realizaciones, un desconector de alta energía 11 está conectado en serie entre el primer electrodo de conexión 40 y la primera regleta de conexión 41. Dicho desconector de alta energía 11 está calibrado para desconectarse cuando es atravesado por corrientes eléctricas con una energía superior al umbral energético de disparo. De preferencia, dicho desconector de alta energía está destinado a actuar sobre el mecanismo de accionamiento 7 para desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos 30, 31. El desconector de alta energía 11 está entonces calibrado para desbloquear el mecanismo de accionamiento 7 cuando es atravesado por corrientes eléctricas con una energía superior al umbral energético de disparo. Dicho desconector de alta energía comprende entonces medios para actuar sobre el mecanismo de accionamiento 7 para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos 30,
31. A modo de ejemplo de realización, el desconector de alta energía 11 es un desconector electromagnético que comprende medios electromagnéticos de disparo. Tal como se ha representado en las figuras 12A y 12B, a modo de ejemplo de realización, el desconector de alta energía 11 es un desconector térmico. Dicho desconector incluye una cámara de extinción de arco 99 con un eje longitudinal mediano Z y que está delimitada por una pared lateral aislante 92. Dicha pared se extiende entre una pared lateral aislante 92. Dicha pared se extiende entre una primera y una segunda paredes radiales 90 conductoras. La cámara de extinción de arco 99 comprende al menos un separador conductor 95 mantenido en el interior de dicha cámara para definir dos volúmenes de reducción de presión 97. Al menos un elemento fusible 91 está conectado eléctricamente entre un primer y un segundo electrodos 96 y se extiende del la primera a la segunda pared radial 96 y se extiende de la primera a la segunda pared radial 90 a través de un intersticio de paso. Dicho al menos un elemento fusible 91 está mantenido rígidamente en la cámara de extinción de arco 99 por medios de mantenimiento. La sección de dicho al menos elemento fusible 91 en un plano perpendicular al eje longitudinal mediano Z es de forma alargada de manera que la longitud de dicha sección sea al menos tres veces mayor que la anchura. De este modo, aunque la limitación esté esencialmente asegurada por la cámara de corte 101, dicha cámara de corte 101 no permite alcanzar una tensión de arco suficiente para una limitación satisfactoria de las corrientes de cortocircuito. El complemento de tensión de arco es llevado entonces por la cámara de extinción 99 del desconector térmico de alta energía 11. El añadido de estas dos tensiones permite entonces limitar la corriente muy rápidamente.
Según una segunda variante de realización de las diferentes realizaciones preferidas de la invención, el dispositivo incluye un tope de cierre 80 destinado a mantener directa o indirectamente el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 que está a una distancia D del primer electrodo de conexión 40 cuando los contactos eléctricos 30, 31 están cerrados. Esta distancia D de separación de los contactos eléctricos en posición cerrada hace las veces de un descargador 22 posicionado eléctricamente en serie con el varistor 21 del limitador de sobretensión 2. Como se ha descrito en la solicitud de patente del solicitante WO 04/042762 a modo de ejemplo de realización, el tope de cierre 80 incluye una pastilla fija conductora que presenta una cara que constituye un electrodo fijo enfrente del primer electrodo de conexión 40 y una cara opuesta que constituye un electrodo de contacto sobre el cual descansa el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60. Según otro ejemplo de realización tal como se representa en la figura 13, el tope de cierre 80 incluye dos partes 81. 82. Una primera parte 80 de material aislante se coloca en contacto con el contacto fijo 30. Una segunda parte 82 de material conductor, se coloca de manera adyacente a la primera parte 81 y está en contacto con el contacto móvil cuando ambos contactos 30, 31 están cerrados. El grosor de la primera parte aislante determina la distancia D. En caso de choque de rayo, el desconector térmico 9 se encuentra fuera de servicio cuando un arco eléctrico 100 es conmutado entre el primer electrodo de conexión 40 y el segundo electrodo de conexión 50.
Según otra variante de realización, el dispositivo de desconexión incluye medios de reajuste 72. Los medios de reajuste 72 permiten el desplazamiento de dicho tercer electrodo de la posición denominada de conmutación a la posición denominada de servicio. Dicho de otro modo, gracias a los medios de reajuste 72, es posible provocar mecánicamente el cierre de los contactos 30, 31 después de una apertura permanente de dichos contactos. Asimismo, los medios de reajuste 72 permiten también actuar sobre el mecanismo de accionamiento 7 para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos 30, 31. Los medios de reajuste 72 dejan de ser operativos en cuanto un desconector contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuitos 9, 10 provoca la apertura definitiva de los contactos eléctricos 30, 31 tras un fallo de cortocircuito.
Claims (18)
- E0935400327-08-2014REIVINDICACIONES1.-Dispositivo de protección (1) contra las sobretensiones que incluye- un dispositivo de desconexión (3) de contactos eléctricos (30, 31) que incluye:• un primer electrodo de conexión (40) en conexión eléctrica con una primera regleta de conexión 5 (41)
- •
- un segundo electrodo de conexión (50) en conexión eléctrica con una segunda regleta de conexión (51),
- •
- un tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión (51),
10 • un mecanismo de accionamiento (7) destinado a desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos (30, 31).-Un limitador de sobretensión (2) conectado en serie entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil(60) y la segunda regleta de conexión (51),caracterizado porque incluye al menos un primer desconector térmico (9) contra las corrientes alternas o continuas15 de cortocircuitos conectado en serie con el limitador de sobretensión (2) entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) y la segunda regleta de conexión (51), incluyendo dicho desconector térmico al menos un elemento fusible (91) que se extiende a través de un intersticio de paso, entre una primera y una segunda paredes radiales(90) conductoras, en el interior de una pared lateral aislante (92) de una cámara de extinción de arco, (99)comprendiendo dicha cámara de extinción de arco (99) al menos un separador conductor (95) mantenido en el 20 interior de la pared lateral aislante (92) para definir dos volúmenes de reducción de presión (97),-estando dicho desconector térmico (9) fuera de circuito cuando un arco eléctrico (100) es conmutado entre el primer electrodo de conexión (40) y el segundo electrodo de conexión (50), -siendo la desconexión de dicho desconector (9) realizada cuando es atravesado por corrientes eléctricas alternas o continuas de cortocircuito con una energía inferior a un umbral energético de disparo,25 correspondiendo dicho umbral energético de disparo el umbral más allá del cual unas corrientes eléctricas de ondas de rayo de tipo 10/350 u 8/20 provocan la apertura permanente de los contactos eléctricos (30, 31). - 2.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento fusible (91) incluye una sección de forma sensiblemente idéntica a la sección del intersticio de paso.30 3.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la sección de dicho al menos elemento fusible (91) en un plano perpendicular a un eje longitudinal mediano (Z) es de forma alargada, de manera que la longitud de dicha sección sea tres veces mayor que la anchura.
- 4.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desconector térmico (9) incluye dos cámaras de extinción de arco (99) atravesadas35 respectivamente por un elemento fusible (91).
- 5.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un elemento fusible conductor (91) se compone de una hoja metálica conductora.
- 6.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 5, caracterizado porque la hoja40 metálica está mantenida por medios de mantenimiento sobre un soporte aislante que constituye un elemento de la pared lateral aislante (92).
- 7.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un elemento fusible conductor (91) está colocado en los bordes de dicho al menos un separador (95).45 8.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared lateral (92) incluye agujeros de evacuación de los gases contenidos en los volúmenes de reducción de presión (97).
- 9.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye una caja que tiene al menos dos bridas de material aislante, constituyendo dichas50 bridas una parte de la pared lateral (92) del desconector térmico (9).
- 10.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared lateral aislante (92) se compone de un material gasógeno.10 51015202530354045E0935400327-08-2014
- 11.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el limitador de sobretensión (2) está conectado eléctricamente en serie con el dispositivo de desconexión (3) por al menos una conexión fusible (8, 91), unos medios de arrastre (22) ejercen una fuerza de desplazamiento (Fd) que desplaza el limitador de sobretensión (2) en caso de fusión de dicha al menos una conexión fusible, actuando el desplazamiento de dicho limitador directamente sobre el mecanismo de accionamiento(7) para desplazar el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) y provocar la apertura permanente de los contactos (30, 31).
- 12.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 11, caracterizado porque el limitador de sobretensión (2) está conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión (51) por una primera conexión fusible (8) que experimenta una fusión en caso de recalentamiento de dicho limitador.
- 13.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque el limitador de sobretensión (2) está conectado eléctricamente a la segunda regleta de conexión (51) por una segunda conexión fusible (91) que hace las veces de desconector térmico (9).
- 14.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque un segundo desconector electromagnético (10) contra las corrientes alternas o continuas de cortocircuitos está conectado en serie con el desconector térmico (9) y el limitador de sobretensión (2) entre el tercer electrodo de conmutación de arco móvil 60 y la segunda regleta de conexión 51.
- 15.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 14, caracterizado porque el desconector electromagnético (10) incluye medios electromagnéticos de disparo (12) destinados a actuar sobre el mecanismo de accionamiento (7) para provocar la apertura permanente de los contactos eléctricos (30, 31).
- 16.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un desconector de alta energía (11) está conectado en serie entre el primer electrodo de conexión (40) y la primera regleta de conexión (41), estando el desconector de alta energía (11) calibrado para desconectarse cuando es atravesado por corrientes eléctricas con una energía superior al umbral energético de disparo.
- 17.-Dispositivo de protección contra las sobretensiones según la reivindicación 16, caracterizado porque el desconector de alta energía (11) que comprende una cámara de extinción de arco (99) que está delimitada por una pared lateral aislante (92) que se extiende entre una primera y una segunda paredes radiales (90) conductoras, comprendiendo la cámara de extinción de arco (2) al menos un separador conductor (95) mantenido en el interior de dicha cámara para definir dos volúmenes de reducción de presión (97) y al menos un elemento fusible (91) conductor conectado eléctricamente entre un primer y un segundo electrodos, extendiéndose dicho al menos un elemento fusible (91) de la primera a la segunda paredes radiales (90) a través de un intersticio y encontrándose mantenido de manera rígida en la cámara de extinción de arco (99) por medios de mantenimiento, siendo la sección de dicho al menos elemento fusible (91) de forma alargada, de manera que la longitud de dicha sección sea al menos tres veces mayor que la anchura.
- 18.-Dispositivo de protección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un tope de cierre (80) destinado a mantener directa o indirectamente el tercer electrodo de conmutación de arco móvil (60) a una distancia de separación (D) del primer electrodo de conexión (40) cuando los contactos eléctricos (30, 31) están cerrados.
- 19.-Dispositivo de protección según la reivindicación 18, caracterizado porque el tope de cierre (80) incluye dos partes (81, 82), una primera parte (80) de material aislante colocada en contacto con el contacto fijo (30) y una segunda parte (82) de material conductor colocada de manera adyacente a la primera parte (81) está en contacto con el contacto móvil cuando los dos contactos (30, 31) están cerrados.
- 20.-Dispositivo de protección según la reivindicación 19, caracterizado porque el grosor de la primera parte aislante (81) es igual a la distancia de separación (D).11
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