PT97556B

PT97556B - Disparador instantaneo para um disjuntor

Info

Publication number: PT97556B
Application number: PT97556A
Authority: PT
Inventors: Robert Morel; Marc Rival; Hubert Garcia
Original assignee: Merlin Gerin
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1999-04-30
Also published as: CA2040863A1; CA2040863C; ES2075948T3; JP3004387B2; ZA913343B; PT97556A; JPH04229524A; CN1056374A; TW208756B; EP0455564A1; BR9101760A; CN1047256C; EP0455564B1; DE69110540D1; US5103198A; FR2661776B1; DE69110540T2; FR2661776A1; HK1006890A1

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA invento refere-se a um disparador para um disjuntor eléctrico com caixa moldada, tendo como pólo um par de contactos solicitados elasticamente para contacto na posição fechada do disjuntor, e susceptíveis de se separarem sob a acção de forças electrodinâmicas de repulsão, quando a corrente que percorre os contactos ultrapassa um limiar predeterminado, tendo como efeito uma limitação da dita corrente, o dito disparador que compreende um detector de falha de sobrecarga e/ou de curto-circuito, que acciona um mecanismo de comando de abertura automática do disjuntor em falha.

Um disparador conhecido (US-A-3631369) do tipo mencionado, inclui uma aba móvel, composta por duas lâminas e submetida à acção do disparador electromagnético. Uma projecção projecta-se na conduta de escape dos gases da câmara de corte. Durante um corte, o escoamento dos gases leva a aba para a posição de disparo. Na maior parte dos disjuntores a conduta de escape dos gases está afastada do dispositivo disparador e o dispositivo supracitado não é pois aplicável. A aba é submetida à acção poluente dos gases e o seu bom funcionamento é rapidamente entravado. Cada pólo é obrigatoriamente equipado com um tal disparador e não é concebível uma selectividade de disparo, porque o accionador que reage ao escoamento dos gases está integrado no disparador térmico e magnético.

objectivo do presente invento é o de realizar um disparador, que assegure ao mesmo tempo a limitação e a selectividade do disparo por meios simples, universais e fiáveis.

disparador é caracterízado por o dito dispositivo accionador constituir um conjunto estanque, apenas em comunicação com a zona de contactos, e que apresenta um curso de accionamento limitado.

A pressão na zona de contactos, especialmente na câmara de corte, é uma função directa da potência do arco, e pode atingir

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-3rapidamente valores importantes, por exemplo de 300 a 1 000 kPa. Esta sobrepressão actua sobre um dispositivo de membrana simples ou de êmbolo móvel, que acciona o mecanismo de disparo do disjuntor. 0 aumento da pressão e a transmissão desta pressão ao detector são tanto mais rápidas quanto as correntes são mais elevadas. 0 dispositivo, pelo contrário, não é sensível às correntes fracas, e um disparo intempestivo com uma simples sobrecarga pode facilmente ser evitada, prevendo-se uma mola de chamada do êmbolo, ou da membrana de medição.

accionador é um conjunto estanque ou quase estanque constituído pelo cilindro com o êmbolo ou a membrana e a conduta de ligação entre o cilindro e a câmara de corte. Esta conduta de secção pequena pode ser relativamente comprida e o seu alojamento na caixa é fácil. O deslocamento do êmbolo necessita apenas de um escoamento ínfimo do gás na conduta, e este escoamento intervém na sua quase totalidade antes da poluição dos gases pela acção do arco. 0 accionador está assim ao abrigo destes gases poluídos.

A abertura rápida de um disjuntor limitador ê dificilmente compatível com a selectividade de disparo que exige uma abertura do disjuntor directamente a montante da falha, ao passo que os outros disjuntores a montante permanecem fechados para assegurarem a continuidade da alimentação da parte em bom estado da rede. Tentou-se assegurar as condições de selectividade entre dois disjuntores dispostos em série, coordenando a sua curva de disparo, mas estas condições são difíceis de manter, porque os tempos concedidos são extremamente curtos. Os fenómenos de saturação mascaram muitas vezes a medição das diferenças das coi— rentes a cortar, e a selectividade não é sempre assegurada.

presente invento parte da constatação, que um corte num disjuntor limitador tem como consequência sempre uma tensão do arco importante, e por este facto uma energia de arco notável traduz-se por um aumento da pressão na zona de corte. Este aumento de pressão é ultra-rápido, e a selectividade pode ser assegurado pelo emprego de uma mola de chamada calibrada de maneira a disparar a uma pressão predeterminada.

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Com efeito, quando dois disjuntores de calibres diferentes são atravessados pela mesma corrente de curto-circuito, a pressão no disjuntor a montante é nitidamente menos elevada do que se ela se tivesse cortado sozinha e assegura-se automaticamente uma selectividade de uma maneira particularmente simples, porque só dispara o disjuntor que tem o calibre mais pequeno. Esta selectividade é absolutamente independente do detector de falha de sobrecarga e/ou de curto-circuito, cuja concepção pode ser adaptada ao seu papel de intervenção nas pequenas correntes. A acção do detector de falha pode ser fracamente temporizada a fim de evitar qualquer interferência com o accionador de sobrepressão, que assegura a protecção instantânea logo que é necessária.

De acordo com um desenvolvimento do invento, cada pólo de um disjuntor multipolar inclui um accionador de sobrepressão de maneira a intervir logo que surge uma sobrepressão em qualquer um dos pólos, e efectuar o disparo o mais rapidamente possível. 0 êmbolo do accionador de sobrepressão pode ser comum aos diferentes pólos, estando estes ligados ao êmbolo pelas condutas equipadas com um dispositivo de retenção. As diferentes câmaras de corte são, de preferência, ligadas a um colector comum com a interposição de uma válvula de retenção, estando este colector ele próprio ligado por uma conduta ao êmbolo ou à membrana do accionador de sobrepressão, que actua na barra de disparo do disjuntor. 0 disparo em falha pode ser obtido por um disparador térmico ou electromagnético normalizado, ou por um disparador estático de relé polarizado. Todos estes disparadores e accionadores actuam sobre a mesma barra de disparo que liberta o mecanismo de abertura do disjuntor, de uma maneira bem conhecida dos especialistas.

As sobrepressões são importantes, e o accionador de sobrepressão pode por este facto incluir um êmbolo de pequena superfície, da ordem de um centímetro quadrado, e este pequeno atravancamento facilita o alojamento numa caixa moldada, de um aparelho eventualmente existente.

Outras vantagens e caracteristicas ressaltarão mais clara72 466

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-5mente da descrição que se vai seguir, de um modo de execução do invento, dada a título de exemplo não limitativo e representado nos desenhos anexos, nos quais;

- a figura 1 é uma vista esquemática em corte axial de um pólo de um disjuntor equipado com um accionador de sobrepressão de acordo com o invento;

- a figura 2 é uma vista em escala ampliada do accionador de sobrepressão de acordo com a figura 1;

- a figura 3 é uma vista esquemática do accionador de sobrepressão associado a um disjuntor tripolar;

- a figura 4 é uma vista esquemática em corte de um accionador de sobrepressão associado a um relé polarizado de um disparador estático;

- a figura 5 representa as curvas de variação das características de disparo.

Na figura 1, um pólo de um disjuntor de caixa moldada 10, inclui um par de contactos 11, 12 dispostos numa câmara de corte 13, equipada de chapas de desionização 14. A câmara de corte 13 está delimitada por divisórias 15, uma das quais está atravessada por um braço de suporte 16 do contacto móvel 12. A câmara de corte 13 é quase estanque e comunica por um canal 17 de secção limitada com o exterior da caixa moldada 10. 0 braço de contacto móvel 16 está montado para rodar numa barra 18 que pertence a um mecanismo de comando 19, que tem um manipulo 20 de abertura e de fecho manual dos contactos 11, 12 e um engate 21 de comando de disparo do mecanismo 19. 0 contacto móvel 12 é solicitado por uma mola 22 para a posição de fecho, sendo capaz de rodar no sentido inverso dos ponteiros de um relógio, sob a força de repulsão electrodinâmica originada pela corrente que percorre o braço de contacto 16 e os contactos 11, 12. 0 engate 21 é comandado por uma barra de disparo 23 comum aos diferentes pólos do disjuntor. 0 disjuntor inclui um disparador normalizado de duas lâminas 24,

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-6e uma bobina electromagnética 25, actuando ambos sobre a barra de disparo 23. Um tal disjuntor é bem conhecido dos especialistas e é inútil descrevê-lo mais detalhadamente. Basta recordar que no momento de um curto-circuito a repulsão dos contactos 11, 12 provoca uma abertura rápida destes contactos, no sentido oposto de força da mola 22, provocando esta abertura rápida uma limitação da corrente de curto-circuito. A abertura dos contactos 11, 12 é confirmada pela intervenção do disparador electromagnético 25 que actua pelo intermédio da barra de disparo 23 no engate 21, que abre o mecanismo 19 do disjuntor.

De acordo com o presente invento, o disjuntor inclui um accionador de sobrepressão, que compreende um conjunto de êmbolo 26 e cilindro 27, que cooperam com a barra de disparo 23. Referindo mais particularmente a figura 2, vê-se que o êmbolo 26 montado para deslizamento no cilindro 27 suporta uma haste 28 susceptível de enbater na barra de disparo 23. Uma mola de chamada 29 mantém o êmbolo 26 na posição retraída, representada na figura 2. A face oposta da haste 28 do êmbolo 26 está submetida à pressão que reina na câmara 30, que comunica por uma conduta 31 com a câmara de corte 13. No exemplo representado na figura 1, a conduta 31 desemboca na câmara 13 na vizinhança das chapas de desionização 14, mas a tomada de pressão pode ser efectuada num qualquer lugar da câmara 13, sendo a uniformização da pressão no interior desta câmara quase instantânea.

O funcionamento do disjuntor de acordo com o invento decorre da exposição anterior. Durante uma abertura em curto-circuito dos contactos 11, 12, o arco gerado entre estes contactos produz um aquecimento do gás contido na câmara de corte 13 e, por consequência, um aumento da pressão, função directa da energia do arco. Este aumento da pressão é transmitido pela conduta 31 à câmara 30 e provoca logo que esta sobrepressão ultrapassa a força da mola de chamada 29, um deslizamento para a esquerda do êmbolo 26, e provocando um accionamento da barra de disparo 23 a abertura do mecanismo 19, que confirma a separação dos contactos 11, 12. A detecção de um arco de corrente forte é extremamente rápida, ao passo que o accionador de sobrepressão 26, 27

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-7praticamente não intervém durante um corte normal ou de uma corrente fraca, sendo a sobrepressão originada na câmara de corte 13 insuficiente para vencer a força da mola de chamada 29. Esta mesma mola 29 permite assegurar a selectividade entre dois disjuntores de calibres diferentes atravessados pela mesma corrente de curto-circuito, porque a pressão desenvolvida será menos elevada do que se tivesse sido só ela a cortar.

disjuntor pode ser multipolar e neste caso, cada pólo pode estar equipado com o seu próprio accionador de sobrepressão 26, 27 que actua sobre a barra de disparo 23. Durante um curto-circuito, o pólo mais carregado provoca o disparo pelo aumento da pressão na sua câmara de corte 13, provocando este disparo a abertura do conjunto dos pólos do disjuntor.

De acordo com uma variante preferencial de realização, ilustrada pela figura 3, três pólos Pl, P2, P3 de um disjuntor tripolar comunicam pelas condutas 31 com um colector 32, ele próprio ligado à câmara 30 do accionador de sobrepressão 26, 27. O orifício de saída das condutas 31 no colector 32 é susceptível de ser obturado por uma válvula de retenção 33, impedindo a passagem dos gases de um pólo a outro. No exemplo representado na figura 3, a subida da pressão na câmara de corte do primeiro pólo Pl é a mais rápida, e esta pressão é transmitida pela conduta 31 e pelo colector 32 ao accionador de sobrepressão 26, 27, estando a válvula 33 aberta. Os dois outros pólos P2, P3 são isolados do colector 32 pelo fecho da sua válvula correspondente 33, e o dispositivo accionador conserva a sua quase estanqueidade.

invento é aplicável a disjuntores de disparadores estático que utilizam transformadores de corrente de detecção de sobrecarga ou de curto-circuito. Estes transformadores de corrente fornecem um sinal a um conjunto de tratamento electrónico que fornece uma ordem de disparo a um relé polarizado 34, durante a ultrapassagem de limites predeterminados. Referindo a figura 4, vê-se que o relé polarizado 34 inclui um núcleo mergulhador 35 mantido na posição de retraída por um íman permanente 36, e solicitado na posição de comando da barra de

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disparo 23, pelo intermédio de um botão de premir 38, por uma mola 37. A ordem de disparo é transmitida a uma bobina 39 que liberta o núcleo 35. 0 accionador de sobrepressão 26, 27 está adjacente ao relé polarizado 34 e a haste 28 está disposta em frente da barra de disparo 23 para accionar esta última durante uma sobrepressão. A barra de disparo 23 suporta uma patilha 40, susceptível de cooperar com a face por detrás da cabeça do botão de premir 38, deixando subsistir uma folga j suficiente para o deslocamento da barra de disparo 23 sob a acção do accionador de sobrepressão 26, 27, sem deslocamento do núcleo 35 do relé 34. Esta patilha 40 provoca depois do disparo do mecanismo 19, o desarmamento do relé polarizado 34.

funcionamento do disjuntor com disparador estático é, claro está, idêntico ao acima descrito para um disparador normalizado. Nos dois casos, a intervenção ultra-rápida do accionador de sobrepressão autoriza uma temporização fraca do disparador em falha, podendo esta temporização ser obtida por uma simples folga entre o disparador electromagnético e a barra de disparo, ou entre o relé polarizado 34 e esta barra de disparo 23. É utilizável qualquer outro meio de retardamento, por exemplo, do tipo de massas.

As curvas da figura 5 mostram o modo de acção do disparador de acordo com o invento. A curva a mostra a distância de separação dos contactos 11, 12, durante uma abertura em curto-circuito por repulsão electrodinâmica do contacto móvel 12. A curva b” mostra a variação da tensão do arco correspondente à abertura dos contactos 11, 12. A curva c ilustra o crescimento da corrente de curto-circuito presumida, ao passo que a curva d” corresponde à corrente limitada pela repulsão electrodinâmica dos contactos 11, 12. A curva e mostra a variação da pressão na câmara de corte 13. A separação dos contactos 11, 12 intervém num instante tl e o accionador de sobrepressão provoca a abertura do mecanismo 19, e por este facto, a dos três pólos do disjuntor num instante t2 confirmando a abertura dos contactos por repulsão electrodinâmica. Um êmbolo 26, de um diâmetro de 10 mm permite obter forças largamente suficientes para accionar a barra

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de disparo 23. Um êmbolo desta dimensão pode facilmente ser alojado na caixa moldada 10, e a conduta 31 de pequena secção permite a captação da pressão em qualquer lugar da câmara de corte 13. A estanqueídade habitual das câmaras de corte 13 é largamente suficiente para obter as sobrepressoes necessárias, e é inútil prever meios adicionais de estanqueídade para estas câmaras. 0 conjunto é particularmente simples e a selectividade é obtida pelo emprego de moías de chamada 29 de dimensão apropriada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Disparador para um disjuntor eléctrico com caixa moldada (10) tendo por pólo um par de contactos (11, 12) solicitados elasticamente para contacto na posição fechada do disjuntor e susceptíveis de se separarem sob a acção de forças electrodinâmicas de repulsão, quando a corrente que percorre os contactos (11, 12) ultrapassa um limiar predeterminado, produzindo uma limitação da dita corrente, compreendendo o dito disparador um detector de falha de sobrecarga (24) e/ou de curto-circuito (25) que acciona um mecanismo de comando (19) de abertura automática do disjuntor em falha, e um dispositivo accionador (26, 27) que reage a uma sobrepressão produzida na zona dos ditos contactos (11, 12) por um arco derivado no momento de uma repulsão electrodinâmica dos contactos, para accionar um mecanismo de abertura (19) do disjuntor, caracterizado por o dito dispositivo accionador constituir um conjunto estanque em comunicação somente com a zona dos contactos, e que apresenta um curso de accionamento limitado.
2 - Disparador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os ditos contactos (11, 12) estarem dispostos numa câmara de corte (13) quase estanque, e por o dito dispositivo accionador (26, 27) incluir uma conduta (31) que desemboca na câmara de corte (13) para transmitir ao dispositivo accionador (26, 27) uma sobrepressão existente na dita câmara (13).
3 - Disparador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o dito dispositivo accionador, incluir um elemento móvel tal como um êmbolo (26) ou uma membrana que está submetida, por um lado à dita sobrepressão, e por outro lado a um dispositivo de chamada calibrado (29), e por o deslocamento do dito elemento (26) provocar o disparo do dito mecanismo (19) de abertura do disjuntor, estando o dito dispositivo de chamada calibrado (29) disposto para evitar um disparo intempestivo no momento de uma simples sobrecarga ou no momento da intervenção de um disjuntor limitador a jusante.
4 - Disparador para um disjuntor multipolar de acordo com a

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-11'Λ?*' reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por cada pólo cooperar com um dispositivo accionador (26, 27) para provocar a abertura do disjuntor multipolar durante uma sobrepressão produzida em qualquer um dos ditos pólos.
5 - Disparador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o elemento móvel (26) do dispositivo accionador (26, 27) submetido à sobrepressão ser comum ao conjunto dos pólos e estar ligado a cada um dos pólos por uma conduta (31, 32) equipada com um dispositivo anti-retorno (33).
6 - Disparador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o dito elemento móvel (26) comunicar com um colector (32) comum a todos os pólos e que comunica com a zona de contactos (11, 12) de cada um dos pólos por uma conduta (31) equipada com uma válvula anti-retorno (33).
7 - Disparador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito detector de falha incluir um elemento térmico (24) e/ou um elemento electromagnético (25) pei— corrido pela corrente, e que actua numa barra de disparo (23) e por o dito dispositivo accionador (26, 27) actuar na mesma barra de disparo (23), sendo a acção do detector de falha temporizado relativamente ao dispositivo accionador, para assegurar uma selectividade de disparo.
8 - Disparador de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o detector de falha incluir um captador de corrente que transmite sinais de falha a um conjunto de tratamento estático, elaborando o dito conjunto uma ordem de disparo do disjuntor, no momento em que sejam ultrapassados os limiares predeterminados, a um relé polarizado (34), e por a acção do relé polarizado (34) ser temporizada relativamente à do dispositivo accionador (26, 27).