WO 03/096502 Al III lililí I III lilil í II III lili lili Eurasian palent (??, ??, BY. KG, KZ. MD, RU. TJ, TM ), or -letter codas and ol cr abbrevialions, refer lo Ihe "G id- European palent (AT, BE, BG, CU, CY. CZ, Dli, K. lili, ance Noles on Codes and Abbrevialions" appearing al Ihe begin- HS, FI, FR, GB, GR, I IU, 1E, IT, LU, MC, NL. PT, RO, ning of eac regular issue of Ihe PCT Gazell SE, SI, SK, TR), ???? patent (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, E, SN, TD, TG). Published: — with internaüonal search repon
DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA ACTIVAR UN DESCARGADOR DE CHISPAS" CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere, desde un primer aspecto, a un dispositivo para el cierre rápido de un circuito eléctrico de alto voltaje. El dispositivo comprende un descargador de chispas, provisto de un electrodo primero y segundo, y un dispositivo de activación. El dispositivo de activación comprende un descargador de chispas auxiliar provisto de un electrodo auxiliar primero y segundo y se adapta, cuando es necesario, para generar un arco en el descargador de chispas auxiliar para encender un arco en el descargador de chispas principal. Desde un segundo aspecto, la invención se refiere a un método para el cierre rápido de un circuito eléctrico al generar un arco entre un electrodo principal primero y segundo de un descargador de chispas principal con ayuda de un dispositivo de activación, en el que, cuando es necesario, se genera un arco entre un electrodo auxiliar primero y segundo en un descargador de chispas auxiliar asociado con el dispositivo de activación, por el que se enciende un arco en el descargador de chispas principal con ayuda del arco en el descargador de chispas principal. Desde un tercer aspecto, la invención se refiere a los usos del dispositivo inventado, y desde un cuarto aspecto la invención se refiere a un dispositivo de protección de sobrevoltaje para un capacitor en serie.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los descargadores de chispas adaptados para generar un arco entre los electrodos, y con una cuidadosa determinación de tiempo, se utilizan, entre otros, en laboratorios de alto voltaje para activar haces láser y como protección para capacitores en serie en lineas de energía eléctrica. La presente invención se encuentra destinada básicamente para las aplicaciones dentro de este último campo pero no se limita de ninguna manera a la misma. Los capacitores en serie se utilizan en líneas de energía eléctrica, básicamente para incrementar la capacidad de transmisión de una línea de energía. Tal equipo de capacitor en serie comprende un banco de capacitores que se conecta a la linea de energía y es recorrido por la corriente de la línea de energía. El voltaje en tal capacitor en serie se vuelve proporcional a la corriente en la línea de energía, y en caso de una sobrecorriente en la línea de energía, ocasionado por ejemplo por un corto circuito en la red de energía, surge un sobrevoltaje en el capacitor en serie. Se sabe con anterioridad, para propósitos de protección del capacitor ante tales sobrevolta j es , conectar el capacitor en paralelo con un descargador de chispas que se activa de manera adecuada en caso de un sobrevoltaje en el capacitor. De esta manera, la corriente en la línea se desvía después del capacitor, el cual se protege de esta manera. Los dispositivos de protección conocidos de esta clase se describen, por ejemplo, en US 4,625,254, US 4,625,963, US 4,703,385, US 4,860,156, US 5,325,259. US 4,625,254 describe un dispositivo que comprende un resistor lineal que se conecta en serie a un varistor de óxido metálico dependiente del voltaje (MOV) . Los elementos resistores conectados en serie se conectan en paralelo con el capacitor en serie en una red de alto voltaje para alcanzar un circuito protector de sobrevoltaje para el capacitor en serie. Además, se conecta un descargador de chispas en paralelo con los elementos resistores conectados en serie en caso de sobrecargar los mismos. El voltaje a través del resistor lineal activa un dispositivo para encender el descargador de chispas cuando el voltaje a través del resistor lineal excede un voltaje predeterminado. La resistencia del resistor lineal y del varistor se dimensiona de manera que el voltaje predeterminado constituye la parte más pequeña del voltaje a través del capacitor. US 4,652,963 describe un banco de capacitores en serie para su conexión a una red eléctrica, por lo que el banco de capacitores se proporciona con equipo para la protección de sobrevoltaje, la cual tiene dos ramas conectadas en paralelo con el banco de capacitores. La primera rama comprende un varistor de óxido de cinc en serie con un resistor lineal y la segunda rama comprende un varistor con una inflexión de voltaje superior al primer varistor de óxido de cinc. La resistencia del resistor lineal es preferentemente del mismo orden de magnitud que el valor absoluto de la impedancia del banco de capacitores a una frecuencia correspondiente a la de la red. US 4,703,385 describe un dispositivo de protección de sobrevoltaje para un capacitor en serie en una red de alto voltaje. Un resistor dependiente de voltaje compuesto de un cierto número de OVs se conecta en paralelo con el capacitor. En paralelo con el resistor se encuentra un miembro de descargador de chispas, el cual consiste de dos descargadores de chispas conectados en serie para desviar el resistor en caso de sobrecargar el mismo. La energía para activar el miembro de descargador de chispas se obtiene a partir de un capacitor extra que se, carga durante la operación y se suministra a uno de los descargadores de chispas mediante un miembro de conmutación. El miembro de conmutación se controla por un detector de sobrevoltaje y un transformador de impulsos. Un MOV se conecta en serie con el devanado de alto voltaje del transformador. El transformador se conecta de manera tal que el impulso de activador se dirige en dirección contraria a la del voltaje a través del capacitor en serie. US 4,860,156 describe un dispositivo de protección de sobrevoltaje para capacitores en serie con ayuda de descargadores de chispas. El dispositivo de protección comprende un circuito de activación para una cadena de descargador de chispas de al menos dos descargadores de chispas, uno de los cuales se proporciona con al menos un electrodo de activación. Una cadena de resistores se conecta en paralelo con la cadena de descargadores de chispas y comprende al menos dos grupos de resistores conectados en serie. El de los grupos resistores que se conecta en paralelo con el de los descargado es de chispas que tiene un electrodo de activación incluye un resistor dependiente de voltaje compuesto de varistores de óxido de cinc que se conectan en serie con el resistor lineal. El voltaje a través del resistor lineal se suministra al electrodo de activación del descargador de chispas para encender el descargador de chispas cuando este voltaje alcanza un valor predeterminado . Una desventaja de encendido convencional del arco en el descargador de chispas principal basado en un descargador de chispas auxiliar, es decir, donde el descargador de chispas principal se activa para encenderse mediante una chispa generada por un circuito de activación, es decir, requiere un voltaje muy alto a través del descargador de chispas principal. La razón para esto es que el modo de operación se basa en el descargador de chispas auxiliar que sirve substancialmente para ionizar el aire entre los electrodos principales. La ionización facilita la formación de un arco entre estos; sin embargo, supone que el voltaje es suficiente para que surja un contorneamiento. El voltaje a través del descargador de chispas principal debe alcanzar al menos unos diez kV . Esto limita las posibilidades de aplicación. Además, requiere reacondicionar el descargador de chispas incluso después de unas cuantas descargas debido a que la corrosión ocasionada por el arco en los electrodos da como resultado que se influya la distancia de electrodo, lo cual, en el caso de tal clase convencional de activación de descargador de chispas, influye el nivel de disparo, es decir, en cuyo voltaje a través del descargador de chispas principal se forma un arco. US 5,325,259 describe un dispositivo de protección de sobrevoltaje para un capacitor en serie que tiene un descargador de chispas principal y un descargador de chispas auxiliar, asociado con el mismo, para el encendido del descargador de chispas principal. Un segundo descargador de chispas auxiliar se encuentra dispuesto próximo al primer descargador de chispas auxiliar para el encendido de la misma. Los descargadores de chispas auxiliares se conectan entre uno de los electrodos del principal descargador de chispas y un divisor de voltaje que comprende resistores y un varistor. Cuando excede la inflexión de voltaje del varistor, se enciende el segundo descargador de chispas auxiliar, hacia el cual se mueve el arco y enciende el descargador de chispas principal. Durante el tiempo de quemado del descargador de chispas, tiene lugar una descarga controlada del capacitor en serie mediante un resistor. Durante la activación de acuerdo con la US 5,325,259, la formación del arco en el descargador de chispas principal no es exclusivamente dependiente de la ionización en los des cargadores de chispas. Los descargadores de chispas primero y segundo se encuentran asi dispuestos de manera que se alcanza un cierto efecto de desplazamiento de arco tras el encendido del segundo descargador de chispas auxiliar por el primer descargador de chispas auxiliar y tras el encendido del descargador de chispas principal por el segundo descargador de chispas auxiliar. De esta manera, el voltaje requerido para mantener un arco a través del descargador de chispas principal es menor que en los descargadores de chispas convencionales. Esto reduce, hasta cierto grado, las desventajas anteriormente mencionadas asociadas con el alto voltaje requerido entre los electrodos principales cuando se utiliza la técnica convencional. Sin embargo, aún existe la necesidad de un voltaje relativamente alto, aunque moderado, entre los electrodos principales. Por lo tanto, no se eliminan las desventajas resultantes del hecho de que el aire tiene una distancia de ignición relativamente corta y por lo tanto puede re-encenderse nuevamente. Además, existe un riesgo de que el - 10 -plasma formado en el descargador de chispas principal pueda alcanzar los electrodos principales y el daño a estos. El objeto de la presente invención es eliminar las desventajas asociadas con la técnica anterior .para encender un arco en un descargador de chispas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La configuración objeto se logra, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, en que un dispositivo de la clase descrita en el preámbulo de la reivindicación 1 comprende las características especiales de que cada electrodo auxiliar es provisto de un riel guía diseñado de manera tal que el arco, mediante los rieles guía y bajo la influencia del campo magnético inherente generado se mueve hacia el hueco de electrodo principal, teniendo cada uno de los dos rieles guía un largo que es mayor al ancho del descargador de chispas auxiliar, que los electrodos auxiliares se encuentran dispuestos de manera tal que se encuentran protegidos del efecto de plasma formado en el descargador de chispas principal y que un gabinete hermético - 11 -incluye el descargador de chispas principal y el descargador de chispas auxiliar. La generación del arco en el descargador de chispas principal se logra con el dispositivo inventado de manera que es fundamentalmente diferente físicamente de lo que se logra con la técnica convencional . Con la técnica convencional, el arco en el descargador de chispas principal se logra por una chispa de encendido proveniente del descargador de chispas auxiliar que ioniza el aire entre los electrodos principales de manera que surge entre ellos un contorneamiento, el cual presupone un voltaje muy alto entre ellos. Con el diseño especial del descargador de chispas auxiliar de acuerdo con la invención, la generación del arco en el descargador de chispas principal no es dependiente correspondientemente de tal ionización. Los rieles guía dan como resultado el arco en el descargador de chispas auxiliar, por las fuerzas magnéticas inherentes que surgen al interior del arco, generándose para moverse exitosamente hacia adentro del descargador de chispas principal de manera que se establece gradualmente el arco entre los electrodos del - 12 -descargador de chispas principal. Una consecuencia muy seria de esta diferencia es que no se necesita voltaje de polarización a través del descargador de chispas principal además de la caída de voltaje del arco y la caída de voltaje del electrodo. Por lo tanto, puede ser suficiente aquí con un voltaje del orden de magnitud de 1 kV o incluso menos. El hecho de que no se requiera ningún voltaje a través del descargador de chispas principal conlleva ventajas considerables. La función del descargador de chispas se á relativamente insensible a la variación de su ancho. De esta manera, el descargador de chispas no necesita ser reacondicionado después de una descarga. Consecuentemente, el descargador de chispas puede activarse cientos de veces sin ningún requisito para el servicio intermedio. Además, el descargador de chispas puede utilizarse para nuevas funciones donde no surge alto voltaje cuando va a activarse el descargador de chispas. Además, el descargador de chispas es insensible al ambiente externo, tal como humedad, hielo, nieve, mugre e insectos. Dado que los electrodos auxiliares se - 13 -encuentran protegidos del efecto del plasma formado en el descargador de chispas principal, se evita el riesgo de que el arco en el descargador de chispas principal pueda dañar los electrodos auxiliares. El gabinete hermético implica ventajas adicionales. Elimina el efecto del ambiente externo a un grado aún mayor. La densidad del aire o gas se mantiene, lo cual proporciona una posibilidad de volver a cerrar rápidamente la instalación que pretende proteger el descargador de chispas. Además, el hueco puede diseñarse compacto, es decir, con un ancho de descargador de chispas pequeño. Debido al gabinete hermético, puede ajustarse la presión en el mismo. Esto significa que el dispositivo de acuerdo con la invención puede diseñarse con una distancia uniforme entre los electrodos principales para diversas aplicaciones al adaptar la presión de gas para la respectiva aplicación. De acuerdo con una modalidad preferida del dispositivo inventado, los rieles guia son substancialmente paralelos y se dirigen hacia el primer electrodo principal y tienen un largo que - 14 -es varias veces más grande que el ancho del descargador de chispas auxiliar. El paralelismo y la dirección establecida conllevan condiciones favorables para iniciar el desplazamiento del arco auxiliar y ocasionar que se establezca el arco entre los electrodos principales. En esta conexión, también es ventajoso para los rieles guia tener un largo relativamente grande. De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, los electrodos auxiliares se encuentran protegidos de la influencia del plasma en el descargador de chispas principal al estar dispuesto en una posición protegida relativa al descargador de chispas. Con este diseño, la protección de los electrodos auxiliares se logra de manera muy sencilla al utilizar el hecho de que el campo de acción del plasma se encuentra limitado con respecto a la distancia y dirección. En muchas aplicaciones, esto puede ser suficiente para lograr la protección de los electrodos auxiliares. De acuerdo con aún otra modalidad preferida, esta posición es tal que el descargador de chispas auxiliar se encuentra dispuesto adyacente al segundo electrodo - 15 -principal y se encuentra ubicado algo desplazado del descargador de chispas principal como se ve en dirección del descargador de chispas principal. Tal posición combina de manera óptima los dos requisitos contradictorios de que los rieles guia deben ubicarse tan cerca como sea posible al descargador de chispas principal y que los electrodos auxiliares deben estar protegidos del efecto del plasma. En la posición establecida, se alcanza una posición de "sotavento" desde el plasma y las fuerzas que influyen su propagación. En esta aplicación, la dirección para un descargador de chispas se refiere a la dirección para una linea que constituye la distancia más corta entre los electrodos del descargador de chispas. De acuerdo con una modalidad adicional preferida, un dispositivo de protección se encuentra dispuesto entre los rieles guia y el descargador de chispas principal. Esto es una manera alternativa o complementaria para proteger los electrodos auxiliares del plasma. Por el dispositivo de protección, los rieles guia pueden disponerse más cerca del descargador - 16 -de chispas principal que de otra manera. Esto es muy favorable cuando se trata de la disponibilidad del arco auxiliar a fin de moverse sobre el descargador de chispas principal . De acuerdo con aún otra modalidad preferida, cuando se utiliza el dispositivo de protección es provisto de una apertura. De esta manera, esta apertura le permite al arco moverse hacia el descargador de chispas principal de manera tal que el dispositivo de protección constituya un obstáculo tan pequeño como sea posible . De acuerdo con una modalidad adicional, el descargador de chispas principal se encuentra diseñado para una trayectoria de arco móvil mediante el campo magnético inherente. De esta manera, se evita que el arco se conecte punto por punto con el electrodo respectivo, por lo que la exposición de los electrodos a la influencia dañina del arco se distribuye y se vuelve menos dañina. De acuerdo con aún otra modalidad preferida, cada electrodo principal es anular. Esta es una manera práctica y apropiada de - 17 -realizar una trayectoria de arco móvil, creando consecuentemente condiciones naturales, favorables, para la movilidad del arco. De acuerdo con una modalidad preferida adicional, uno de los rieles guia del dispositivo de activación se encuentra dispuesto al mismo potencial que dicho segundo electrodo principal del descargador de chispas principal. Esto se hace posible, sin requisitos para el aislamiento, a fin de disponer dicho riel guia cerca del segundo electrodo principal . Esto facilita también lleva el arco del hueco de electrodo auxiliar a moverlo y generar el arco en el hueco de electrodo principal. De acuerdo con aún otra modalidad preferida, el dispositivo comprende un dispositivo de contacto mecánico conectado en paralelo con el descargador de chispas principal. Esto permite que la corriente se desvie rápidamente a la linea con el dispositivo de contacto mecánico a fin de extinguir el arco. Utilizando la técnica convencional, esto puede realizarse con un interruptor automático que tenga un tiempo de cierre rápido, por ejemplo, 20 ms . Esto hace que la duración del arco en el - 18 -descargador de chispas principal sea corta, lo cual proporciona una posibilidad de volver a cerrar muy rápidamente el descargador de chispas principal . De acuerdo con aún otra modalidad preferida, el dispositivo de contacto mecánico se encuentra incluido en un gabinete hermético. De esta manera, también este dispositivo se encuentra protegido del ambiente externo y se logra un diseño compacto. El dispositivo de contacto mecánico puede ser adecuadamente de un diseño especial adaptado para acortar adicionalmente la duración del arco en el descargador de chispas principal por una operación de cierre muy rápida, por ejemplo, 5 ms . Esto proporciona un desarrollo de energía baja en el descargador de chispas principal y permite que se vuelva a cerrar muy rápidamente el descargador de chispas principal. De acuerdo con una modalidad preferida adicional, cada gabinete incluye un medio gaseoso de sobrepresión . La presuri zación proporciona una alta resistencia dieléctrica así como también una buena capacidad térmica y una rápida - 19 -recuperación del aislamiento de voltaje. Esto permite que el ancho de hueco para el descargador de chispas principal se mantenga más pequeño de manera que la introducción del arco derivado del descargador de chispas auxiliar procede más rápido y por lo tanto proporciona un encendido más rápido de un arco continuo en el descargador de chispas principal. De acuerdo con aún otra modalidad preferida, un circuito excitador eléctrico se encuentra adaptado para generar el arco en el descargador de chispas auxiliar. En este circuito excitador, se conecta en serie una bobina para operar el dispositivo de contacto mecánico. Al conectar en serie la activación del arco en el descargador de chispas auxiliar y al operar el dispositivo de contacto mecánico, se alcanza una sincronización perfecta del mi smo . De acuerdo con aún otra modalidad preferida, el dispositivo se encuentra diseñado como un dispositivo de protección de alto voltaje para un sistema eléctrico y el dispositivo de activación se encuentra adaptado para suministrarse con energía directa de la - 20 -corriente de co tocircuito de linea. Esto elimina la necesidad de un almacén de energía separado. Consecuentemente, debido a que la activación se acciona directamente por la corriente de cortocircuito de la línea, el arco del descargador de chispas principal será más rápido entre más grande sea la amplitud de la corriente de cortoci cuito. De acuerdo con una modalidad preferida alternativa a la modalidad inmediatamente precedente, el dispositivo comprende un almacén de energía adaptado para suministrarse con energía proveniente de la línea durante la operación normal del mismo. Tal solución puede ser apropiada en algunas aplicaciones y significa que un volumen bien definido de energía que se encuentra disponible se adapta la energía necesaria para activar el descargador de chispas auxiliar y, cuando sea aplicable, a la bobina para cerrar el dispositivo de contacto mecánico . De acuerdo con otra modalidad preferida, el dispositivo de activación se encuentra adaptado para suministrarse con energía proveniente de una fuente de energía que - 21 -sea independiente de la linea. Esto crea una creciente flexibilidad en lo referente a posibles aplicaciones. Las modalidades preferidas del dispositivo inventado descritas con anterioridad se describen en las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1. Desde un segundo aspecto, la configuración objeto se logra por un método de la clase descrita en el preámbulo a la reivindicación 17 que comprende las medidas especiales que el arco en el descargador de chispas auxiliar, mediante los rieles guia bajo la influencia de fuerzas magnéticas inherentes, se mueve al interior del descargador de chispas principal, porque los electrodos auxiliares se encuentran protegidos del efecto de plasma formado en el descargador de chispas principal, y porque el descargador de chispas principal y el descargador de chispas auxiliar se encuentran incluidos en un gabinete hermético. De acuerdo con las modalidades preferidas del método inventivo, el método se lleva a cabo mientras se utiliza el dispositivo inventado de acuerdo con cualquiera de las - 22 -reivindicaciones 1-16. Este se describe en la rei indicación dependiente de la rei indicación 17. El método inventivo y las modalidades preferidas del mismo implican ventajas de una clase similar a aquellas obtenidas por el dispositivo inventado y las modalidades preferidas del mismo, ventajas las cuales se han descrito con anterioridad. Los usos inventados constituyen aplicaciones del dispositivo inventado, donde la utilización de sus ventajas es de gran valor. Estos usos se describen en las reivindicaciones 19 y 20. El dispositivo de protección de sobrevoltaje inventado para un capacitor en serie exhibe la característica de que se proporciona con un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-16. Dado que el dispositivo inventado es de especial interés como componente en tal dispositivo de protección de voltaje, el dispositivo de protección de sobrevoltaje inventado implica que las ventajas del dispositivo inventado se utilizan en un campo donde estas ventajas se - 23 -utilizan en grado considerable. El dispositivo de protección de sobrevoltaje se describe en la reivindicación 21. La invención se describirá más detalladamente en la siguiente descripción detallada de las modalidades ventajosas de la misma con referencia a las figuras acompañantes de los dibu j os .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración del principio de la invención. La Figura 2 es un corte transversal detallado de la Figura 1. La Figura 3 es un corte transversal de una primera modalidad ventajosa de acuerdo co.n la invención . La Figura 4 es una vista en perspectiva de un detalle de la Figura 4. La Figura 5 es una vista en perspectiva de una segunda modalidad ventajosa de acuerdo con la invención. La Figura 6 es una vista en perspectiva de la modalidad de la Figura 5 y se proporciona con el gabinete.
- 24 - La Figura 7 es un corte transversal detallado de la Figura 6. La Figura 8 es un diagrama de circuito para el circuito de activación de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 9 es un diagrama de circuito para un dispositivo de protección de sobrevoltaje que utiliza un descargador de chispas de acuerdo con la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 es una ilustración esquemática del dispositivo de acuerdo con la invención destinado a explicar el principio de cómo alcanzar el dispositivo de activación un arco en el descargador de chispas principal. Un electrodo principal primero 2 y segundo 3 forman entre ellos un descargador de chispas principal 1. Asociado con el segundo electrodo principal 3 se encuentra un dispositivo 10 de activación. El dispositivo de activación comprende un electrodo auxiliar primero 5 y segundo 6 que forma entre ellos un descargador de chispas auxiliar 4. Entre los electrodos auxiliares 5 y 6, se encuentra - 25 -dispuesto un paquete 11 de electrodos intermedios. Los electrodos auxiliares 5, 6 constituyen parte de un circuito 7 donde el primer electrodo auxiliar 5 se conecta mediante un contacto 9 de trabajo normalmente abierto, a un costado del banco 8 de capacitores y el segundo electrodo auxiliar 6 se conecta al otro costado del banco 8 de capacitores. Cuando existe necesidad de generar un arco en el descargador de chispas principal 1, el contacto 9 de trabajo se opera para cerrar el circuito 7. La operación se inicia por una unidad 12 de control influida por parámetros que definen dicha necesidad. Cuando el circuito 7 se encuentra cerrado, el banco 8 de capacitores se descarga entre los electrodos auxiliares 5-, 6, creando asi un arco en el descargador de chispas 4 entre estos electrodos. Cada electrodo auxiliar 5, 6 se conecta a un riel guia 13, 14. Los rieles guia 13, 14 pueden, en la práctica, consistir en una extensión ascendente del respectivo electrodo auxiliar 5, 6. Cuando se forma un arco en el descargador de chispas auxiliar 4, las fuerzas magnéticas inherentes que surgen - 26 -consecuentemente ocasionarán que el arco se mueva hacia fuera entre los dos rieles guía 13, 14. Esto ocasiona que el arco asuma exitosamente una forma cada vez más voluminosa b, c, d, la cual en un ángulo creciente forma los arcos e, f en una dirección ascendente hacia el primer electrodo 2. Gradualmente, el arco se sobrepondrá y puenteará el descargador de chispas principal 1 y formará un arco A entre los electrodos principales 2, 3. El proceso descrito es, por supuesto, una idealización del proceso actual. En realidad, el arco auxiliar no sigue estrictamente las curvas dibujadas, especialmente no en sus etapas posteriores e, f . En realidad, se forma un plasma, la propagación del cual no se determina y es difícil de definir pero el cual se extiende substancialmente como se indica por los arcos en la figura. Los electrodos auxiliares 5, 6 y su extensión en los rieles guía 13, 14 se encuentran protegidos del efecto del plasma formado en el hueco 1 de electrodo principal. Una razón de esto es que se encuentran ubicados de alguna manera ocultos del descargador de chispas 1 principal por el segundo electrodo - 27 -principal 3, y otra razón es que un dispositivo 15 de protección se encuentra dispuesto entre los rieles guia 13, 14 y el descargador de chispas principal 1. El dispositivo 15 de protección consiste en una placa de Teflón que es provista de una apertura 16 a fin de permitir el arco auxiliar a-f para moverse hacia el descargador de chispas principal 1. El descargador de chispas auxiliar 4 es adecuadamente de tipo de contorneamiento superficial de bajo voltaje. Tal descargador de chispas se ilustra en la Figura 2. Entre sus electrodos auxiliares 5 y 6, se encuentra dispuesto un cierto número, en este caso ocho, de electrodos intermedios en forma de chapas metálicas o delgadas láminas metálicas y se designan 322a-322h. Los electrodos intermedios se separan por capas aislantes eléctricamente 321a-321j . Los electrodos intermedios se dividen en dos grupos. Los electrodos 322a-322d se conectan uno con otro y con el electrodo auxiliar 5 por medio de los resistores Ra, Rb, Re y Rd. De manera correspondiente, los electrodos intermedios 322e-322h se conectan uno contra y con el electrodo auxiliar 5 por medio - 28 -de los resistores Rf-Rj . Los electrodos intermedios y las cuñas aisladas forman una superficie plana Z en su extremo superior en la figura, superficie a lo largo de la cual, tras la activación del descargador de chispas, puede ocurrir el contorneamiento entre los diversos electrodos. En su extremo inferior en la figura, el paquete de electrodos se conforma de manera tal que su resistencia eléctrica es mayor que en la superficie Z para asegurar que ocurre el contorneamiento en la última superficie. El voltaje rápidamente creciente después de la activación se aplica entre los electrodos intermedios 322d y 322e en el descargador de chispas auxiliar 4. Cuando el voltaje alcanza un cierto nivel, ocurre un contorneamiento a entre ellos. La corriente en el arco da origen a una caída de voltaje en los resistores Rd y Rj y por lo tanto a una propagación del arco a11 a los electrodos intermedios 322c y 322f. De esta manera, el arco se dispersa muy rápidamente a lo largo de la superficie Z desde un electrodo intermedio hacia otro hasta que tiene lugar la descarga directamente entre los electrodos 5 y 6.
- 29 - Cuando se ha establecido el arco a entre los electrodos auxiliares 5, 6, el proceso descrito con referencia a la Figura 1 comienza cuando el arco a se mueve ascendentemente en la Figura 2 a lo largo de los rieles guia 13, 14 (no se muestra en la Figura 2) . Mientras que la Figura 1 ilustra el descargador de chispas de acuerdo con la invención desde un punto de vista fundamental, la Figura 3 muestra un ejemplo de cómo puede diseñarse en la práctica. Cada electrodo principal 2, 3 se encuentra diseñado como un anillo circular de cobre, y el descargador de chispas principal 1, el cual en el orden de tamaño de 50 mm, se forma entre los dos anillos. Cada anillo de cobre se conecta galvánicamente a un soporte de electrodo respectivo 17, 18 de aluminio. Cada soporte de electrodo tiene un receso 19, 20 con un diámetro correspondiente, al diámetro interior del anillo respectivo. E n, el receso 20 en el soporte 18 de electrodo del segundo electrodo principal 3, el descargador de chispas auxiliar 4 y sus rieles guia se encuentran dispuestos próximos a la pared periférica del receso. Todo el - 30 -dispositivo se encuentra incluido en un gabinete hermético. Al interior del gabinete, existe una sobre-presión y el medio es el aire. La sobrepresión es del orden de una magnitud de 1-10 bars, por ejemplo 6 bars. Alternativamente, puede ser nitrógeno o un gas electronegati o, tal como SF6. La parte no conductora del gabinete, es decir, la parte principal de la superficie de envoltura, consiste de un tubo epóxico que es revestido con Teflón al interior. La Figura 4 ilustra, por medio de una vista en perspectiva, un ejemplo de cómo pueden diseñarse los electrodos auxiliares. Cada electrodo auxiliar 5, 6 se encuentra dispuesto en una banda metálica respectiva, adecuadamente una aleación de cobre-tungsteno, la cual se funde en una placa 22 de montaje de material aislante. La banda que forma el primer electrodo auxiliar 5 se extiende a lo largo del extremo opuesto de la placa. El extremo 23 de la banda que sobresale ahi se conecta a un costado de un banco 8 de capacitores (ver la Figura 1) . La banda que forma el segundo electrodo auxiliar 6 se conecta a una pieza metálica 24 que se encuentra dispuesta a un - 31 -costado de la placa de montaje y se conecta al soporte 18 de electrodo del segundo electrodo principal 3 (ver las Figuras 1 y 3) y mediante el soporte al otro costado del banco de capacitores. Entre los dos electrodos auxiliares, el paquete 11 de electrodos intermedios se encuentra dispuesto y diseñado como una placa laminada. Los rieles guia 13, 14 se forman a partir de la extensión de la banda metálica respectiva después de la ubicación donde se encuentra ubicado el descargador de chispas auxiliar, es decir, donde termina el paquete 11 con los electrodos intermedios. Los rieles guia 13, 14 tienen un tramo fuera del descargador de chispas auxiliar que es del orden de un tamaño de 20 mm . El ancho del descargador de chispas auxiliar 4, .asi como también la distancia entre los rieles guia, es del orden de un tamaño de 2 mm . La Figura 5 ilustra una modalidad donde el descargador de chispas 1 se conecta en paralelo con un dispositivo 25 de contacto mecánico para formar un dispositivo de protección de sobrevoltaje que se encuentra destinado, por ejemplo, para llevar una - 32 -corriente alta durante un periodo relativamente largo de tiempo. En un sobrevolta e , el descargador de chispas se activa primeramente, como se describió con anterioridad, y en breve después de que se cierra el dispositivo 25 de contacto, extinguiéndose consecuentemente el arco . La Figura 6 ilustra la modalidad de acuerdo con la Figura 5, donde ambas unidades se proporcionan con un gabinete respectivo 21, 26. La Figura 7 ilustra más detalladamente una modalidad del dispositivo 25 de contacto ilustrado en la Figura 5. El dispositivo de contacto se encuentra diseñado como un cierracircuito rápido y, per se, no constituye ningún componente recientemente inventado. El cierracircuito tiene un miembro 27 de contacto fijo y un miembro 28 de contacto móvil. El miembro de contacto móvil se encuentra diseñado como un tubo adaptado, tras la activación, a desplazarse ascendentemente y penetra al interior de una ranura anular en el miembro 27 de contacto fijo. La activación tiene lugar con ayuda de una bobina primaria (no se muestra) . Un cierracircuito de la clase ilustrada en la - 33 - Figura 7 se describe más detalladamente en WO 00/67271, la cual es referida en la presente. La Figura 8 es un diagrama que ilustra la activación de la modalidad mostrada en las Figuras 5-7. En un circuito excitador 7 que comprende un banco 8 de capacitores y una unidad 9 de cié rra c i rcui to diseñada como un tiristor, se encuentran instalados en serie el descargador de chispas 4 y una bobina primaria 29. Tras la activación del tiristor 9, se cierra el circuito donde se establece un arco en el hueco 4 de electrodo auxiliar entre los electrodos 4-6 auxiliares. Después de aproximadamente 0.5 ms, el arco ha encendido un arco en el hueco de electrodo principal de la manera descrita más detalladamente con referencia a la Figura 1. La bobina primaria 29 se encuentra adaptada para desplazar el miembro 28 de contacto del dispositivo 25 de contacto (ver la Figura 7) en una dirección hacia el miembro dijo para cerrar la corriente mediante el dispositivo de contacto. Esto tiene lugar después de aproximadamente 4 ms por lo que se extingue el arco en el descargador de chispas principal. Con un descargador de chispas principal - 34 -con el ancho de hueco de 50 mm y el voltaje de 3 kV en el hueco y una sobrepresión en el aire de 6 bars, el tiempo de activador es de aproximadamente 0.6 ms . El gas se auto-enciende a aproximadamente 250 kV de CA ras. El tiempo de activador se reduce con voltaje creciente en el hueco. La Figura 9 muestra un diagrama donde el dispositivo se aplica como dispositivo de protección de sobrevoltaje para un capacitor en serie. En una linea 30 de energía con un capacitor 31 en serie, se encuentra dispuesto un dispositivo de protección de sobrevoltaje que comprende un varistor 32, un descargador de chispas principal 1 y un dispositivo 25 de contacto mecánico, conectándose estos tres componentes en paralelo. Un dispositivo 12 de medición de corriente se encuentra dispuesto en serie con el varistor. Con una sobrecorriente en la línea 30 de energía, por ejemplo, como resultado de un corto circuito en la red, surge un sobrevoltaje a través del capacitor 31. La corriente a través del varistor 32 se mide con el dispositivo de medición de corriente. La - 35 -medición se integra durante un periodo de unos cuantos ms hasta unos 20 o 30 ms, y el volumen de energía medido constituye un criterio sobre si el dispositivo de protección de sobrevoltaje va a activarse o no. El valor de umbral, en el cual ocurre la activación, puede ser del orden de magnitud de unos 20 o 30 J. El dispositivo 12 de medición de corriente constituye asi la unidad 12 de control dispuesta en la Figura 1 y define cuándo hay necesidad de generar un arco. Cuando este es el caso, el dispositivo 12 con t o 1 / di s po s i t i vo de medición de corriente envía una señal a un cierracircuito 9 en el circuito 7 en el cual se incluye el descargador de chispas auxiliar 4. El cierracircuito 9 puede ser un tiristor. Esto conduce a la generación de un arco en el descargador de chispas auxiliar 4, y este arco enciende un arco en el descargador de chispas principal 1, el cual se describe más detalladamente con referencia a la Figura 1 expuesta con anterioridad. Al mismo tiempo, el dispositivo 25 de contacto se activa para cerrar, como se describió con anterioridad con referencia a la Figura 8.
- 36 - La función de control puede llevarse a cabo con otros parámetros de control diferentes a lo que se ha descrito con anterioridad. Por ejemplo, la corriente en la linea 30 puede incluirse como un parámetro adicional. El objeto de crear un arco en el descargador de chispas principal puede ser diferente al de proporcionar una protección de sobrevolta e .