ES2613669T3

ES2613669T3 - Disyuntor de conmutación

Info

Publication number: ES2613669T3
Application number: ES12834648.3T
Authority: ES
Inventors: Roger W. Faulkner
Original assignee: Alevo Int S A; Alevo International Sa
Current assignee: Alevo Int S A; Alevo International Sa
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: CA2850601A1; AU2012315502B2; EP2761637B1; PL2761637T3; AU2012315502A1; WO2013049790A1; EP2761637A4; EP2761637A1; HK1200240A1; CA2850601C; CN104115250A; CN104115250B

Abstract

Un disyuntor de conmutacion (100) para uso en un circuito electrico que define una linea electrica, en donde la corriente fluye a traves del disyuntor de conmutacion (100) cuando esta en un estado encendido, comprendiendo el disyuntor de conmutacion (100): un estator (107) que tiene uno o mas electrodos de estator (105, 115); una lanzadera (109) que tiene uno o mas electrodos de lanzadera, pudiendo moverse la lanzadera (109) con respecto al estator (107) y estando configurada de tal manera que durante tal movimiento los electrodos de lanzadera se deslizan contra los electrodos de estator (105, 115); y un sistema de lanzamiento (119, 121) dispuesto para mover la lanzadera (109) con respecto al estator (107) entre una posicion de estado encendido donde el disyuntor de conmutacion (100) presenta una resistencia electrica relativamente baja en el circuito electrico, y una posicion abierta donde el disyuntor de conmutacion (100) presenta una resistencia electrica muy alta en el circuito electrico; caracterizado por que al menos uno de los electrodos de estator (105, 115) y de los electrodos de lanzadera tiene una resistividad creciente a lo largo de su longitud, con una resistividad mayor en un borde trasero que comprende una parte de un electrodo que toca a otro electrodo cuando la lanzadera (109) se mueve en relacion al estator (107); y hay un numero de resistencias (111, 112, 113) acopladas electricamente a uno o ambos de entre el estator (107) y la lanzadera (109); en donde, cuando la lanzadera (109) se mueve entre la posicion de estado encendido y la posicion abierta, la corriente que fluye a traves del disyuntor de conmutacion (100) se deriva en lineas de resistencia creciente, incluyendo las lineas las resistencias (111, 112, 113).

Description

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la resistencia en sí se acelera para alcanzar la apertura del circuito y los electrodos de estátor se mueven sobre la superficie de la resistencia. La cápsula de la figura 2 está compuesta por una parte inferior conductora 129, una parte superior aislante 133 y una parte de manguito aislante 135. Dicha cápsula proporciona un sitio de anidamiento para una resistencia en forma de disco 127 (o 137, 138, 139, 140, o 141, como se muestra en la figura 3) que está 5 unido por un adhesivo conductor 131 a la parte inferior de la cápsula 129. El adhesivo conductor 131 es deseablemente un compuesto de soldadura fuerte de metal, una soldadura o un adhesivo conductor que es menor en resistividad de volumen que el material resistivo que comprende una resistencia de disco 127. Dicha parte inferior de la cápsula 129 es metálica y tiene un reborde de metal que se extiende parcialmente hacia arriba a lo largo, pero a cierta distancia de los lados de la resistencia de disco 127, 137, 138, 139, 140 o 141. Por encima y adyacente a la parte de metal de la cápsula 129 y extendiéndose hasta casi el mismo radio exterior que la parte de metal de la cápsula 129 está una sección eléctricamente aislante 133. Entre el radio interior común del reborde superior de la parte de metal de la cápsula 129 y la parte superior aislante de la cápsula 133 y el radio exterior de la resistencia de disco 127, 137, 138, 139, 140 o 141, se inserta un manguito aislante 135; este manguito garantiza que la corriente fluya verticalmente desde la parte superior a la parte inferior de cada resistencia, de tal manera que la generación de

15 calor resistivo I2R se distribuye a lo largo de todo el volumen de la resistencia de disco tal como 127. Las resistencias (127, 137, 138, 139, 140 o 141) se encapsulan en seis cápsulas conteniendo cada una unos componentes 129, 131, 133 y 135 con un sistema polimérico aislante libre de huecos (como se practica comúnmente, por ejemplo, en los transformadores encapsulados) para formar la celda de resistencia final encapsulada, como en la figura 2.

A continuación, se apilan seis celdas de resistencia similar a la mostrada en la figura 2 como en la figura 3 para formar la base de un estátor; la totalidad de la pared radial exterior de cada cápsula y todo el estátor formado apilando las cápsulas más una celda superior especial es una superficie deslizante concéntrica que es lisa. La celda de resistencia inferior contiene la resistencia de disco 127; la celda siguiente hacia arriba contiene la resistencia de

25 disco 137; la celda siguiente contiene la resistencia de disco 138; la celda siguiente contiene la resistencia de disco 139; la celda siguiente contiene la resistencia de disco 140; la celda siguiente contiene la resistencia de disco 141; los niveles de resistividad de cada resistencia de disco aumentan en el orden 127 < 137 < 138 < 139 < 140 < 141. En la parte superior de la pila de celdas de resistencia hay una celda de resistencia de resistividad variable especial que difiere de las otras celdas en que está compuesta por una placa base de metal 145 y encima de la misma hay un elemento cermet (metalocerámico) de resistividad graduada 143 que tiene una resistividad en la parte inferior que es aproximadamente igual a la resistividad de la resistencia de disco 141, con una resistividad que aumenta hasta que es un aislante excelente en la parte superior, con una resistividad > 1012 ohmios-metro (ohmios-m). Todas estas celdas están unidas mecánica y eléctricamente entre sí, de tal manera que la base de metal de cada celda está unida a toda la superficie superior de la resistencia de disco por debajo de la misma en la pila.

35 La figura 4 muestra cómo la pila de segmentos de resistencia de la figura 3 se combina con una lanzadera de conmutación 147, que en este caso toma la forma de un manguito metálico que encaja a lo largo de la columna de segmentos de resistencia, un anillo deslizante conductor 149 que está conectado al Polo A y a la lanzadera de conmutación 147, y una placa base conductora 151 que está conectada al Polo B para formar un disyuntor de conmutación. La figura 4 muestra un estado intermedio que se produce durante la apertura del disyuntor de conmutación de las figuras 2, 3, 4; en este estado intermedio tres celdas de resistencia que contienen las resistencias de disco 127, 137 y 138 están en un estado conectado en serie entre la lanzadera de conmutación móvil 147 y la base de la pila de resistencias 151. Obsérvese que la lanzadera de conmutación de manguito metálico 147 es menor en masa que la columna de segmentos de resistencia, y por lo tanto necesita menos fuerza 150 para

45 acelerar de lo que sería necesario para acelerar la pila de resistencias a la misma velocidad. La corriente fluye desde el Polo A hasta la lanzadera de conmutación móvil 147 a través del anillo deslizante 149 (en este caso toda la longitud de 147 es el electrodo de lanzadera). La conexión de la lanzadera de conmutación al Polo A también podría ser, en principio, a través de un cable. Cuando el disyuntor de conmutación de la figura 4 está cerrado, la corriente fluye con baja resistencia desde el Polo A a través del anillo deslizante 149, a continuación a través de la lanzadera de conmutación 147 a la parte de metal 129 en la parte inferior de la celda de resistencia más baja (que contiene el disco de resistencia 127), en el caso de estado encendido (no mostrado), la corriente fluye en su mayoría directamente en la placa base de metal 151 y en el Polo B, sorteando la resistencia de disco 127 (alguna pequeña corriente fluye todavía a través de la resistencia de disco 127).

55 Cuando se dispara el disyuntor de la figura 4, la lanzadera de conmutación 147 se acelera rápidamente hacia arriba, haciendo que la corriente pase primero a través de la resistencia 127, a continuación 127 + 137, a continuación 127

+ 137 + 138 (este es el estado ilustrado en figura 4), y así sucesivamente. La lanzadera de conmutación continúa moviéndose hacia arriba hasta que se ha movido más allá de la última parte de metal de la columna de la pila de resistencias 145 de la figura 3, después de lo cual la última corriente restante pequeña final se apaga mediante la celda de resistividad graduada 143. En la parte inferior de la lanzadera de conmutación 147 está un manguito semiconductor o aislante 153 que encaja estrechamente alrededor de la columna de resistencias para suprimir la formación del arco cuando la parte conductora de la lanzadera de conmutación 147 se separa de una de las partes de metal 129 encontradas en la parte inferior de cada cubierta de resistencia. Dicho manguito 153 es deseablemente semiconductor cuando toca la lanzadera de conmutación 147, pero tiene un gradiente de resistividad de tal manera

65 que se convierte en un material de alta resistencia dieléctrica y alta resistividad (superior a 1012 ohmios) en el extremo opuesto (extremo inferior de la figura 4). Dicho manguito 153 puede fabricarse de varios materiales; una

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Las figuras 8 y 9 representan un disyuntor de conmutación simplificado con solo una zona de conmutación; estas representaciones simplificadas de una sola zona de conmutación con solo tres inserciones de resistencia antes de la apertura del circuito hacen que sean más fáciles de describir y tratar ciertos aspectos del disyuntor de conmutación. El disyuntor de conmutación de las figuras 8 y 9 tiene solo 5 niveles de resistencia primarios. La alimentación está

5 enlazada desde el Polo B a través de unos anillos rozantes 345 al electrodo de lanzadera 335, y desde allí a través de una serie de diferentes electrodos de estátor conectados a unas resistencias crecientes dadas aproximadamente por:

1.: nivel de resistencia uno se muestra en la figura 8: la corriente fluye con una resistencia mínima a través del disyuntor.

2.: nivel de resistencia dos: la corriente fluye principalmente a través del electrodo de estátor 322 y a continuación a través de la resistencia 332 hasta el Polo A opuesto del disyuntor.

3.: nivel de resistencia tres: la corriente fluye principalmente a través de electrodo de estátor 323 y a continuación a través de las resistencias 332 + 333 hasta el Polo A opuesto del disyuntor.

15 4. nivel de resistencia cuatro: la corriente fluye principalmente a través de electrodo de estátor 324 y a continuación a través de las resistencias 332 + 333 + 334 hasta el Polo A opuesto del disyuntor.

5. nivel de resistencia cinco es la condición de circuito abierto mostrada en la figura 9 en la que la resistencia total > 108 ohmios (véase la figura 9).

El accionamiento del disyuntor comienza con la lanzadera de conmutación 310 (compuesta de los componentes 311, 312, 335, 337, y 347) en el estado de circuito cerrado de la figura 8; la resistencia a través del disyuntor de conmutación en el caso de circuito cerrado es también conocida como la “resistencia en estado encendido” del disyuntor. La resistencia en el estado encendido del disyuntor de la figura 8 está comprendida en realidad de dos resistencias de componente R1 y R2 a través de circuitos paralelos:

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•: R1 es la resistencia del anillo rozante 345 + las resistencias conductoras 346 + 337 + la resistencia de contacto entre el electrodo de lanzadera 335 y el electrodo de estátor 321 + resistencia de cable conductor 331

•: R2 es la resistencia del anillo rozante 345 + las resistencias conductoras 346 + 337 + la resistencia de contacto entre el electrodo de lanzadera 335 y el electrodo de estátor 322 + la resistencia 332;

el total de la resistencia en estado encendido viene dado a continuación por:

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35 Por lo tanto, en general, cuando el electrodo de lanzadera 335 está tocando los dos electrodos de estátor, la resistencia real debería calcularse como una resistencia de línea paralela. En la condición de circuito cerrado en estado encendido, R2 >> R1 (debido a que R2 incluye la resistencia 332, la primera de una serie de resistencias insertadas); así que la mayoría de la corriente pasa a través de la línea de baja resistencia R1 y la resistencia total Rtotal es solo un poco menor que la resistencia a través de únicamente esta línea. Para hacer esto concreto, considérese el caso de una tensión normal de 1200 voltios, con una plena carga normal de 1200 amperios, y una pérdida de calor máxima basada en el diseño en el estado encendido debido a las pérdidas óhmicas (I2R) de 100 vatios; esto requiere que Rtotal en el caso de circuito cerrado (estado encendido) no puede ser más de 69 microohmios. La primera resistencia insertada sería 0,40 ohmios (basado en la corriente máxima de diseño en un fallo = 6000 amperios, tensión máxima = 2400 voltios), por lo que la ecuación 2 implica que la resistencia del circuito

45 paralelo de la ecuación 2 solo sería un 0,017 % menor que la conexión sencilla a través de una sola línea resistiva (R1). Obsérvese, sin embargo que, en conmutaciones posteriores, por ejemplo, cuando hay líneas paralelas disponibles a través de los electrodos de estátor 323 y 324, la corriente se divide de manera más uniforme entre las líneas paralelas, aunque incluso en este caso la mayor parte de la corriente fluirá a través de la línea menos resistiva a través del electrodo 323.

Durante la conmutación, el área de contacto entre el electrodo de lanzadera 335 y el electrodo de estátor 331 tiende a cero, y la resistencia a través de R1 aumenta hasta que se supera R2, justo antes de la conmutación (debido a que la resistencia de contacto escala con 1/(área de contacto)). Graduando la resistividad de los bordes traseros del electrodo de lanzadera 335 y del electrodo de estátor 331, puede obligarse a la conmutación deseada a ocurrir

55 mucho antes de que los dos electrodos pierdan el contacto entre sí. En este caso, una parte de salida semiconductora del electrodo de lanzadera 335 se proporciona por el enchufe de transición 312.

A medida que la lanzadera de conmutación 310 se mueve hacia la derecha desde la posición inicial de la figura 8, también habrá una línea de corriente eléctrica a través del enchufe de transición 312 hasta una secuencia de electrodos de estátor (321, 322, 323, y 324). Esto significa que en algunos puntos durante la apertura del disyuntor habrá líneas eléctricas a través de tres electrodos de estátor diferentes, siendo las conexiones de más a la izquierda a través del enchufe de transición semiconductor 312. Cuando el electrodo de lanzadera 335 deja el contacto con el electrodo de estátor 321, hay un aumento repentino de la resistencia a través de 321 y 331 a medida que la corriente a través de esta línea pasa a continuación a través del enchufe de transición 312 después de que se separen los 65 electrodos de metal 335 y 321, lo que conmuta rápidamente la corriente a la línea a través de R2, pero mucho más

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