WO2015059326A1 - Interruptor de corte solido - Google Patents

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WO2015059326A1
WO2015059326A1 PCT/ES2014/070760 ES2014070760W WO2015059326A1 WO 2015059326 A1 WO2015059326 A1 WO 2015059326A1 ES 2014070760 W ES2014070760 W ES 2014070760W WO 2015059326 A1 WO2015059326 A1 WO 2015059326A1
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switch
fixed contacts
contact
switch according
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PCT/ES2014/070760
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Inventor
José Óscar Andaluz Sorlí
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Gorlan Team, S.L.U.
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    • H01H9/52—Cooling of switch parts

Definitions

  • the present invention belongs to the field of electrical switches and / or disconnectors, specially adapted for extinguishing the electric arc produced in the opening and closing of the contacts thereof.
  • an object of the present invention is to provide a power cut-off switch, which allows an effective rapid extinction of the electric arcs produced in an electric circuit during the cutting and closing operations thereof, all in a volume reduced.
  • the switch of the invention is especially applicable to the cutting of high power direct current, where the extinction of the electric arc is more difficult than in alternating current.
  • known techniques for arc extinction generally involve an increase in the volume of the switches due to the volume of air needed between the contacts.
  • the aforementioned drawbacks are solved, by providing a power cut-off switch that can simultaneously and synergistically integrate several arc extinguishing techniques, achieving a fast and effective cutting of the electric arc, in a small space and in a Same instant of time.
  • a first aspect of the invention relates to an electric current cut-off switch, comprising:
  • a rotor of insulating material which is rotatable with respect to an axis
  • At least one mobile contact mounted on the rotor, and movable jointly with the rotor
  • At least one pair of fixed contacts having a contact surface arranged to be contacted by the mobile contact in the electrical closing position of the switch
  • the rotor is movable between a closing position of the switch in which the mobile contact establishes electrical continuity with the fixed contacts, and an opening position in which current flow is prevented.
  • the rotor is configured, that is to say, it has a shape and size such that in the opening position of the switch, the rotor insulating material is in direct contact with the fixed contacts and covers a majority part, preferably the entire contact surface of the fixed contacts, so that the operation of electrical cutting (that is, the passage of conduction to electrical cutting of the switch) is carried out by the instantaneous interposition (at the same instant of the cut) of a solid material such as the insulating material of the rotor, instead of the insulating means being the air, oil or other insulating liquid as occurs in the state of the art switches.
  • the rotor can be configured to rotate on the same plane, that is, without axial displacement, whereby the fixed contacts and the mobile contact can be coplanar, so that the mobile contact is movable on said plane to perform the closing operations and switch opening.
  • the rotor is movable following a helical displacement on an axis, so that the movable contact mounted on the rotor also moves with that helical displacement.
  • the helical displacement of the mobile contact with respect to the fixed contacts is a combination of a rotating movement together with longitudinal movement of the mobile contact with respect to the same axis, which has the effect of achieving a greater length of separation between contacts (arc elongation electric) to extinguish the arc quickly and in a small space.
  • the invention achieves a helical elongation of the length of the electric arc without requiring a larger volume of air, which implies that for the same nominal cut-off current, the switch can be smaller compared to a state of the art switch.
  • the tangential speed of the point is increased cutting according to the turning radius, thus increasing the cutting speed in a simple way, without the need for complex mechanisms and with a small number of parts, so the manufacture of the switch is very simple.
  • Figure 1.- shows a sequence of figures the displacement of the rotor rotating clockwise.
  • the figures are a front and sectional elevation of a switch according to an embodiment of the invention, where figure (a) corresponds to the electrical closing position of the switch (current circulation), figure (b) corresponds to a transition position in which there is still current circulation, and figure (c) corresponds to the opening position of the switch (current circulation is prevented).
  • Figure 2 shows an exploded view of an embodiment of a helical displacement cut-off switch according to the invention.
  • Figure 3 shows the embodiment of Figure 2 in the initial position of 0 or of rotation of the rotor, which corresponds to the electrical closing position of the switch (the passage of current is allowed), where drawing 3a is a view in front elevation without the stator, drawing 3b is a profile view, drawing 3c is a perspective view, and 3d drawing is another perspective view with the stator coupled and partially sectioned.
  • Figure 4.- shows a representation similar to that of figure 3, when the rotation of the rotor is approximately 45 ° with direction of rotation according to the hands of a clock, which corresponds to an electric cut-off position.
  • Figure 5.- shows a representation similar to that of figure 3, when the rotor has rotated an angle of 90 ° with respect to a vertical axis, and the separation between the movable contact and the fixed ones is maximum.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a solid cut-off switch according to the invention is shown in Figure 1, comprising: a rotor (2) of rotating insulating material with respect to an axis (X), at least one movable contact (9) mounted on the rotor (2), and at least one pair of fixed contacts (4.4 ' ) respectively having a contact surface (29.29 ' ) arranged to be contacted by the movable contact (9) in the closed position electrical switch.
  • the rotor (2) is movable between a closing position of the switch (figure 1 a) in which the mobile contact (9) establishes electrical continuity with the fixed contacts (4.4 ' ), and an opening position (figure 1 c) in which the mobile contact (9) is not in contact with the fixed contacts (4.4 ' ) and current flow is prevented.
  • the rotor (2) is configured so that in the opening position (figure 1 c) of the switch, the rotor is in direct contact with the fixed contacts (4.4 ' ) and covers the entire contact surface (29.29 ' ) of the fixed contacts (4.4 ' ) to insulate them electrically. It can be seen in Figure 1 c that the rotor is interposed between the fixed contacts (4.4 ' ), and the mobile contact (9), preventing or at least hindering the appearance of the electric arc.
  • the rotor (2) has a lateral contact surface (30) arranged to slide over the fixed contacts (4,4 ' ) specifically on the respective contact surfaces (29,29 ' ), so that that contact surface ( 30) is formed in part by one end of the movable contact (9) and mostly by the rotor itself (2).
  • the rotor (2) is a circular disk or a cylinder, whereby the contact surface (30) has the curvature of a center circumference arc the axis (X) of rotation of the rotor (2).
  • other different rotor configurations (2) are possible as long as it has a suitable shape and size to overlap the contact surface (29.29 ' ) of the fixed contacts (4.4 ' ) in the opening position ( Figure 1 c) of the switch.
  • the fixed contacts (4.4 ' ) are equidistant from the axis (x), and are preferably arranged diametrically opposite to the axis (x) of rotation of the rotor.
  • the movable contact (9) is housed in the rotor (2) and is configured so that it has emergent ends (31, 31 ' ) on diametrically opposite sides of the rotor (2).
  • the rotor (2) has a circular section with a diameter coinciding with the separation distance between the fixed contacts (4 ' 4 ' ), so that with the rotation of the rotor (2) its contact surface (30) slides in permanent contact with the fixed contacts (4 ' 4 ' ) through the contact surfaces (29.29 ' ).
  • the contact between the rotor (2) and the fixed contacts (4 ' 4 ' ) can be carried out under pressure, for example by means of springs that press the contacts fixed (4.4 ' ) against the rotor (2) (as indicated by the arrows in figure 1 a), so that the fixed contacts (4.4 ' ) having a plate shape, have some flexural capacity.
  • the electrical insulation between the two fixed terminals (4.4 ' ) is significantly enhanced, making arc generation even more difficult.
  • the fixed contacts (4.4 ' ) and the mobile contact (9) are coplanar, and the mobile contact (9) is rotatable on said plane, that is to say there is no axial displacement of the rotor.
  • the rotor (2) is movable defining a helical movement on the axis of rotation (X), and reciprocally between a closed position and an electrical cut-off position of the switch, as shown in Figures 2 a 5.
  • Figure 2 shows a solid cut helical switch (1) comprising a stator (11) that includes a housing (7.7 ' ) of insulating material, intended to be mounted in a fixed position of an electrical installation for example in a electrical panel, and which can be formed by two halves (7.7 ' ) coupled together.
  • the stator (11) inside forms a chamber (3) with a generally cylindrical shape within which a rotor (2) is housed, and so that the rotor (2) is adapted to move defining a helical movement within said chamber and with respect to its axis of revolution (X).
  • a pair of fixed contacts (4.4 ' ) are mounted in said housing (7.7 ' ), which form contact terminals (6.6 ' ) that emerge in said chamber (3) and are curved in correspondence with the curvature of the outer surface of the rotor (2).
  • the rotor (2) incorporates at least one mobile contact (9) which is rotatably integral with the rotor and therefore also defines a helical movement on the "X" axis.
  • the rotor (2) is hollow and has two transverse openings (8) located at diametrically opposite points thereof.
  • the mobile contact (9) consists in this embodiment of one or more metal plates (5.5 ' ) superimposed on direct contact and housed in the rotor, so that the two ends (31, 31 ' ) of the metal plates (5.5 ' ) emerge diametrically through said openings (8) of the rotor, being flush with its outer surface, for which said ends are curved according to the curvature of the external surface of the rotor.
  • the outer surface of the rotor (2) slides in permanent contact with the contact terminals (6.6 ' ) of the fixed contacts.
  • the fixed contacts (4.4 ' ) and the mobile contact (9) are arranged to come into contact in the closing position of the switch (1) (figure 3), while in the electrical cut-off position of the switch (figures 4 and 5), the fixed contacts (4.4 ' ) are in contact with the rotor insulating material (2).
  • the fixed contacts (4.4 ' ) are arranged diametrically opposite to the axis of revolution (X) of the rotor (2).
  • the switch further comprises at least one ring (10) of insulating material, mounted with rotation capacity within the cylindrical chamber (3) of the stator (11), for which the housing (7) has seats (12 ) in the chamber (3), in which said rings are housed, and so that the inner surface of the rings is flush with the surface of the chamber (3).
  • the diameter of the cylindrical chamber (3) is coincident or slightly larger than the external diameter of the rotor (2), to allow it to slide therein tightly.
  • the rotor (2) slides on said rings (10), which in turn are rotatable with respect to the housing (7.7 ' ) such that the rings (10) act as bearings that facilitate the rotation of the rotor (2 ).
  • the rings (10) can be manufactured with an insulating material that has a low friction.
  • the insulating rings (10) that surround the rotor (2) perimetrically also serve to guide the rotor (2) in its helical movement, and the electrical isolation of the moving contacts (9).
  • the stator (11) and the rotor (2) have ventilation windows, specifically the windows (13) of the rotor and the windows (14) of the stator, which are positioned so that they are superimposed on the electric closing position of the switch (as shown in figure 3d), thus forming a ventilation channel that communicates the inside of the rotor (2) with the outside of the stator (11) allowing ventilation of the switch and the output of the gases generated during operations of cut of the current.
  • the stator and the rotor are configured forming a threaded coupling between them in a complementary manner.
  • the rotor has on its outer surface one or more helical path channels (15), cooperating with ribs (16) with an analogous shape that are inserted in said channels.
  • the rotor (2) is driven by conventional external means, for example a connecting rod (17) coupled with an emerging pin (18) of the rotor, which is in turn actuated by any appropriate mechanism.
  • Said drive means cause the helical movement of the rotor, in one direction or another, that is to say, reciprocally along the axis (X) between a closed position and an electrical cut-off position of the switch.
  • the person skilled in the art will understand that other configurations are possible to obtain said threaded or spindle configuration between rotor and stator, in order to produce the helical displacement of the rotor.
  • the switch of the invention can incorporate the cutting of the electric arc by means of the series of contacts, together with the increase of the arc length at each cut point.
  • the switch includes two or more movable contacts (9) mounted on the rotor in the same position but at a different axial position.
  • One or more plates (19,19 ' ) of conductive material are mounted on the stator (11) outside the rotor, which respectively incorporate shoes (20,20 ' ), and are arranged so that in the closed position electrical switch, connect in series the mobile contacts (9) between the fixed contacts (4.4 ' ) as shown more clearly in Figure 3b, in which the arrows indicate the direction of circulation of the electric current. In this way, the arc is divided into several cutting points, so its extinction is easier.
  • the plates (19,19 ' ) are permanently pressed against the fixed contacts (9) by an elastic means, in this case by means of shaped plates (21, 21 ' ) formed and placed between the plates (19, 19 ' ) and the fixed terminals (4.4 ' ).
  • a pair of metallic connection terminals (22,22 ' ) in the form of a plate, are used for the electrical connection of the switch with an external circuit.
  • Said terminals (22,22 ' ) have a plate shape and are arranged in opposite parts of the housing (7.7 ' ) and are electrically connected to the fixed contacts (4.4 ' ) with which they are in contact.
  • the rotor (2) is open at least one of its ends, that is, it is a tubular body, and the switch has a rear shut-off valve (24) mounted in a fixed position at the rear of the housing (7.7,), for example by means of a support (26) attached to the housing.
  • the rear valve (24) is configured to be inserted and slid inside the rotor in an adjusted manner at its rear, when the rotor moves towards said valve in its extreme position in the movement to produce the electrical cut.
  • the rear shut-off valve (24) does not seal the rotor, as seen in Figure 3b, thus allowing air circulation into it.
  • the switch has a front shut-off valve (25) mounted in a fixed position on the front of the housing (7.7,), for example by means of a support ( 27) attached to the housing.
  • the front valve (25) is housed at all times inside the rotor, specifically in its front part, and is configured to slide inside the rotor tightly sealing it.
  • the front and rear valves (25,24) are cylindrical in shape, and are made of an insulating material, for example a rigid or flexible plastic material.
  • the rotor (2) has a through passage (28) in at least one of the openings (8), preferably located in a corner of the openings, which communicates the interior with the exterior of the rotor, and is intended to allow aspiration of the electric arc into the rotor, as will be described later.
  • the ventilation windows (13,14) of the rotor and stator respectively are coincident, that is to say they are superimposed as seen in figure 3d, whereby the inside of the rotor is communicated with the outside of the stator, allowing its natural ventilation by air circulation, as indicated by the arrows in figure 3d.
  • the mobile contacts (9, 9 ' , 9 " ) inside the rotor are visible from the outside of the switch, which provides the additional advantage of that the state of the switch can be visually inspected, which can be useful for example for an operator performing maintenance work.
  • the rotor (2) is rotated according to the hands of the clock seen in Figure 3 a, whereby the rotor moves axially and defining a helical path in the direction of the arrow "A" of the Figure 4b, at the same time as the rear shut-off valve (24), upon reaching approximately 40 ° of rotation, seals the rear mouth of the rotor before the flow of current is cut off.
  • the mobile contacts (9, 9 ' , 9 " ) move helically in the same direction, until they are no longer connected with the plates (19, 19 ' ) and with the fixed contacts (4.4 ' ), so current flow is cut off, as shown in figure 4d.
  • the ventilation windows of the rotor (13) begin to hide under the rings (10), conveniently located for such function, and in turn the rotor itself closes the ventilation windows (14) of the stator.
  • the rotor (2) approaches the rear shut-off valve (24) that seals the rear mouth of the rotor.
  • the air can only circulate through the through ducts (28), so that the relative movement between the rotor and the front and rear valves (25,24), generate a suction similar to that produced by a plunger in a syringe , which produces the aspiration of the electric arc into the rotor, which in turn implies stretching the arc and cooling the cutting area due to the suction current.
  • the rotor (2) is made of glass, which provides the additional advantage that this material is an excellent insulator of high dielectric strength, and has a high resistance to arc deterioration. electrical, compared to the insulating plastic materials traditionally used in the state of the art, which in turn significantly lengthens the life of the switch.
  • the rotor can also be made of porcelain, obtaining the same advantages discussed above with respect to glass.
  • the particular structure of the switch allows it to have a reduced size, since it is not necessary to have air chambers between contacts, being able to achieve a size reduction of about 50% compared to a conventional switch for the same cutting power.

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  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un interruptor de corte de corriente que permite una extinción rápida, efectiva y completa de los arcos eléctricos producidos en un circuito eléctrico durante las operaciones de corte y cierre del circuito, lo cual lo hace especialmente aplicable al corte de corriente continua. El interruptor comprende un rotor (2) de material aislante giratorio portador de un contacto móvil (9), al menos un par de contactos fijos (4,4´), de modo que el rotor (2) está configurado de forma que en la posición de abertura del interruptor, el rotor está en contacto directo con los contactos fijos y cubre una parte mayoritaria de la superficie de contacto de los contactos fijos, para realzar el corte de corriente mediante la interposición de un medio solido.

Description

INTERRUPTOR DE CORTE SOLIDO D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo de los interruptores y/o seccionadores eléctricos, especialmente adaptados para la extinción del arco eléctrico producido en la apertura y cierre de los contactos de los mismos.
Más concretamente, un objeto de la presente invención es el de proporcionar un interruptor de corte de corriente, que permite una extinción rápida efectiva de los arcos eléctricos producidos en un circuito eléctrico durante las operaciones de corte y cierre del mismo, todo ello en un volumen reducido.
El interruptor de la invención, es especialmente aplicable al corte de corriente continua de alta potencia, donde la extinción del arco eléctrico es más dificultosa que en corriente alterna.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad es sabido que los arcos eléctricos o arcos voltaicos producidos en circuitos eléctricos pueden provocar múltiples problemas, debido a que la energía calórica producida durante un arco eléctrico es altamente destructiva. Algunos de estos problemas son: el deterioro del material del interruptor, averías y/o destrucción total o parcial de instalaciones eléctricas, incluso daños a las personas por quemaduras u otro tipo de lesiones.
La problemática de la extinción del arco eléctrico es especialmente acusada en el corte de corriente continua donde, a diferencia de la corriente alterna, no existe paso por cero, por lo que se produce un arco que debe ser eliminado lo antes posible mediante la des-ionización del medio y aumento de la rigidez dieléctrica. Actualmente se conocen varias técnicas para extinguir el arco eléctrico producido en la apertura y cierre de los contactos de un interruptor o seccionador de corriente. Todas estas técnicas tienen como objetivo común lograr que la energía disipada en calor del arco eléctrico sea la menor posible, con el objetivo de que sea nula. Para ello, la variable crítica sobre la que se actúa es el control del tiempo, intentando que la velocidad de apagado del arco eléctrico sea la más rápida posible.
Para lograr dicho objetivo se conocen diversas técnicas entre las que cabe destacar: a) aumento de la distancia de separación entre los contactos fijos y móviles del interruptor eléctrico, lo que implica mayor volumen de aire entre los mismos, y por tanto, mayor tamaño del interruptor.
- Incremento de velocidad de los dispositivos de disparo.
- Corte radial.
- Seriado de contactos simultáneos. b) aumento de la longitud o "alargamiento" del arco eléctrico para un mismo instante de tiempo.
- Cámaras apaga chispas.
- Soplado magnético y neumático. c) enfriamiento del arco eléctrico a partir de medios auxiliares para disminuir los efectos caloríficos perjudiciales, como por ejemplo el empleo de hexafloruro de azufre SF6a presión. d) actuación sobre la rigidez dieléctrica del medio para evitar reencendidos del arco por influencia del campo eléctrico debido a diferencias de potencial.
Sin embargo, aunque actualmente existen interruptores de corte eléctrico que combinan algunas de las técnicas arriba citadas: cámara apaga chipas con soplado magnético o neumático, separación de contactos radial en lugar de lineal, etc., dichos interruptores actuales siguen sin resolver satisfactoriamente su principal cometido de extinción del arco eléctrico, ya que el tiempo de extinción sigue siendo demasiado alto y sigue existiendo deterioro del material, especialmente en aplicaciones muy exigentes como es el corte de corriente continua de alta potencia.
Además, las técnicas conocidas para la extinción del arco, generalmente implican un aumento del volumen de los interruptores debido al volumen de aire necesario entre los contactos.
El funcionamiento de los mecanismos de corte de los interruptores, suele implicar algún tipo de impacto entre piezas, que a la larga provoca el deterioro por desgaste del material que puede llevar a la destrucción del interruptor.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Mediante la presente invención se solucionan los inconvenientes anteriormente citados, proporcionando un interruptor de corte de corriente que puede integrar de forma simultánea y sinérgica varias técnicas de extinción de arco, logrando un corte rápido y efectivo del arco eléctrico, en un reducido espacio y en un mismo instante de tiempo.
De este modo, un primer aspecto de la invención se refiere a un interruptor de corte de corriente eléctrica, que comprende:
un rotor de material aislante el cual es giratorio respecto a un eje,
al menos un contacto móvil montado en el rotor, y desplazable solidariamente con el rotor,
al menos un par de contactos fijos que disponen de una superficie de contacto dispuesta para ser contactada por el contacto móvil en la posición de cierre eléctrico del interruptor, y
donde el rotor es desplazable entre una posición de cierre del interruptor en la que el contacto móvil establece continuidad eléctrica con los contactos fijos, y una posición de abertura en la que se impide la circulación de corriente.
El rotor está configurado, es decir tiene una forma y tamaño tal que en la posición de abertura del interruptor, el material aislante del rotor está en contacto directo con los contactos fijos y cubre una parte mayoritaria, preferentemente toda la superficie de contacto de los contactos fijos, de modo que la operación de corte eléctrico (es decir, el paso de conducción a corte eléctrico del interruptor) se realiza mediante la interposición instantánea (en el mismo instante del corte) de un material sólido como es el material aislante del rotor, en lugar de que el medio aislante sea el aire, aceite u otro líquido aislante tal y como ocurre en los interruptores del estado de la técnica.
De este modo, se elimina o al menos se reduce significativamente la aparición del arco eléctrico en el proceso de corte de corriente del interruptor, logrando el aislamiento eléctrico de los puntos de corte de forma instantánea en el mismo momento del corte, mediante la interposición de un medio o material aislante sólido entre los contactos fijos y móviles, con mayor capacidad aislante que el aire, aceite etc.
El rotor puede estar configurado para girar sobre un mismo plano, es decir, sin desplazamiento axial, con lo que los contactos fijos y el contacto móvil pueden ser coplanarios, de modo que el contacto móvil es desplazable sobre dicho plano para realizar las operaciones de cierre y abertura del interruptor.
Alternativamente, en otra realización preferente de la invención el rotor es desplazable siguiendo un desplazamiento helicoidal sobre un eje, de modo que el contacto móvil montado en el rotor se mueve igualmente con ese desplazamiento helicoidal. El desplazamiento helicoidal del contacto móvil respecto a los contactos fijos, es una combinación de un movimiento giratorio junto con movimiento longitudinal del contacto móvil respecto a un mismo eje, lo que tiene el efecto de lograr una mayor longitud de separación entre contactos (alargamiento del arco eléctrico) para extinguir el arco de una forma rápida y en un reducido espacio.
De este modo, la invención logra un alargamiento en forma helicoidal de la longitud del arco eléctrico sin necesidad de requerir de un mayor volumen de aire, lo que implica que para una misma corriente nominal de corte, el interruptor pueda ser más pequeño comparado con un interruptor del estado de la técnica.
Gracias al movimiento helicoidal, se aumenta la velocidad tangencial del punto de corte en función del radio de giro, incrementando así la velocidad de corte de una forma sencilla, sin necesidad de complejos mecanismos y con un número reducido de piezas, por lo que la fabricación del interruptor es muy sencilla.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- muestra un secuencia de figuras el desplazamiento del rotor girando en sentido de la agujas del reloj. Las figuras son un alzado frontal y en sección de un interruptor de acuerdo con una realización de la invención, donde la figura (a) corresponde a la posición de cierre eléctrico del interruptor (circulación de corriente), la figura (b) se corresponde con una posición de transición en la que todavía hay circulación de corriente, y la figura (c) se corresponde con la posición de abertura del interruptor (se impide la circulación de corriente).
Figura 2.- muestra una vista explosionada de un ejemplo de realización de un interruptor de corte por desplazamiento helicoidal según la invención.
Figura 3.- muestra la realización de la figura 2 en la posición inicial de 0o de giro del rotor, que corresponde a la posición de cierre eléctrico del interruptor (se permite el paso de corriente), donde el dibujo 3a es una vista en alzado frontal sin el estator, el dibujo 3b es una vista en perfil, el dibujo 3c es una vista en perspectiva, y el dibujo 3d es otra vista en perspectiva con el estator acoplado y parcialmente seccionado.
Figura 4.- muestra una representación similar a la de la figura 3, cuando el giro del rotor es de aproximadamente 45° con sentido de giro según la agujas de un reloj, que corresponde a una posición de corte eléctrico. Figura 5.- muestra una representación similar a la de la figura 3, cuando el rotor ha girado un ángulo de 90° respecto a un eje vertical, y la separación entre el contacto móvil y los fijos es máxima.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se aprecia un ejemplo de realización de un interruptor de corte sólido según la invención, que comprende: un rotor (2) de material aislante giratorio respecto a un eje (X), al menos un contacto móvil (9) montado en el rotor (2), y al menos un par de contactos fijos (4,4') que disponen respectivamente de una superficie de contacto (29,29') dispuesta para ser contactada por el contacto móvil (9) en la posición de cierre eléctrico del interruptor. El rotor (2) es desplazable entre una posición de cierre del interruptor (figura 1 a) en la que el contacto móvil (9) establece continuidad eléctrica con los contactos fijos (4,4'), y una posición de abertura (figura 1 c) en la que el contacto móvil (9) no está en contacto con los contactos fijos (4,4') y se impide la circulación de corriente.
El rotor (2) está configurado de forma que en la posición de abertura (figura 1 c) del interruptor, el rotor está en contacto directo con los contactos fijos (4,4') y cubre toda la superficie de contacto (29,29') de los contactos fijos (4,4') para aislarlos eléctricamente. Se puede apreciar en la figura 1 c que el rotor se interpone entre los contactos fijos (4,4'), y el contacto móvil (9), impidiendo o al menos dificultando la aparición del arco eléctrico.
El rotor (2) dispone de una superficie lateral de contacto (30) dispuesta para deslizar sobre los contactos fijos (4,4') concretamente sobre las respectivas superficies de contacto (29,29'), de modo que esa superficie de contacto (30) está formada en parte por un extremo del contacto móvil (9) y en mayor parte por el propio rotor (2). En la figura 1 el rotor (2) es un disco circular o un cilindro, por lo que la superficie de contacto (30) tiene la curvatura de un arco de circunferencia de centro el eje (X) de giro del rotor (2). No obstante, otras configuraciones del rotor (2) distintas son posibles siempre que tenga una forma y tamaño adecuado para superponerse a la superficie de contacto (29,29') de los contactos fijos (4,4') en la posición de abertura (figura 1 c) del interruptor. Se puede apreciar en la figura 1 que los contactos fijos (4,4') son equidistantes respecto al eje (x), y preferentemente están dispuestos de forma diametralmente opuesta respecto al eje (x) de giro del rotor. Por otro lado, el contacto móvil (9) está alojado en el rotor (2) y está configurado de forma que dispone de extremos (31 ,31 ') emergentes en lados diametralmente opuestos del rotor (2). El rotor (2) tiene sección circular de diámetro coincidente con la distancia de separación entre los contactos fijos (4'4') por lo que con el giro de rotor (2) su superficie de contacto (30) desliza en contacto permanente con los contactos fijos (4'4') mediante las superficies de contacto (29,29').
Uno de los efectos o ventajas que se obtiene con esas características de la invención, es que á medida que los contactos fijos (4,4') y el contacto móvil (9) empiezan a alejarse o acercarse en el proceso de transición del interruptor, el propio material aislante del rotor (2) va entrando en contacto directo con los dos contactos fijos (4,4') al mismo tiempo que desliza sobre ellos, por lo que se realiza el corte eléctrico mediante la interposición instantánea de un medio o material sólido, en lugar de aire como sucede convencionalmente en el estado de la técnica.
Como puede observase especialmente en la figura 1 b, a medida que el contacto móvil (9) gira, la superficie de contacto entre las superficies (29,29') y los extremos (31 ,31 ') se reduce, y al mismo tiempo el material aislante del rotor (2) va entrando en contacto con las superficies (29,29'), por lo que en ningún instante se crea una cámara de aire por la que se pueda propagar el arco. Tan pronto como el contacto móvil (9) deja de estar en contacto con los contactos fijos (4,4'), y se corta la circulación de corriente, el rotor (2) habrá cubierto por completo las superficies (29'29'). Este efecto se logra porque parte de la superficie exterior (30) del rotor es adyacente a los dos extremos (30,31 ') del contacto móvil, es decir esos extremos del contacto móvil y parte del material aislante del rotor, forman una superficie continua.
Esa interposición de un medio sólido se produce a la vez en los dos contactos fijos (4,4'), es decir, el aislamiento es doble en dos puntos distintos.
Adicionalmente, el contacto entre el rotor (2) y los contactos fijos (4'4') se puede realizar a presión, por ejemplo mediante muelles que presionan a los contactos fijos (4,4') contra el rotor (2) (según indican las flechas en la figura 1 a), de modo que los contactos fijos (4,4') al tener forma de pletina, tienen cierta capacidad de flexión. De esa manera, se potencia significativamente el aislamiento eléctrico entre los dos terminales fijos (4,4'), por lo que se dificulta aún más la generación del arco.
En la realización de la figura 1 los contactos fijos (4,4') y el contacto móvil (9) son coplanarios, y el contacto móvil (9) es giratorio sobre dicho plano, es decir no hay desplazamiento axial del rotor.
Alternativamente, el rotor (2) es desplazable definiendo un movimiento helicoidal sobre el eje de giro (X), y de forma recíproca entre una posición de cierre y una posición de corte eléctrico del interruptor, tal y como se muestra en las figuras 2 a 5.
Concretamente la figura 2 muestra un interruptor (1) helicoidal de corte sólido que comprende un estator (11) que incluye una carcasa (7,7') de material aislante, destinada a montarse en una posición fija de una instalación eléctrica por ejemplo en un cuadro eléctrico, y que puede estar formada por dos mitades (7,7') acopladas entre sí. El estator (11) forma en su interior una cámara (3) con forma general cilindrica dentro de la cual se encuentra alojado un rotor (2), y de modo que el rotor (2) está adaptado para desplazarse definiendo un movimiento helicoidal dentro de dicha cámara y respecto a su eje de revolución (X).
Un par de contactos fijos (4,4') están montados en dicha carcasa (7,7'), los cuales forman unos terminales de contacto (6,6') que emergen en dicha cámara (3) y están curvados en correspondencia con la curvatura de la superficie exterior del rotor (2). A su vez, el rotor (2) incorpora al menos un contacto móvil (9) el cual es giratorio de forma solidaria con el rotor y por lo tanto también define un movimiento helicoidal sobre el eje "X".
Preferentemente el rotor (2) es hueco y dispone de dos aberturas (8) transversales situadas en puntos diametralmente opuestos del mismo. Para mejorar la conducción, el contacto móvil (9) consiste en esta realización en una o más placas metálicas (5,5') superpuestas en contacto directo y alojadas en el rotor, de modo que los dos extremos (31 ,31 ') de las placas metálicas (5,5') emergen diametralmente por dichas aberturas (8) del rotor, quedando a ras de su superficie externa, para lo cual dichos extremos son curvos según la curvatura de la superficie externa del rotor.
La superficie exterior del rotor (2) desliza en contacto permanente con los terminales de contacto (6,6') de los contactos fijos. Los contactos fijos (4,4') y el contacto móvil (9) están dispuestos para entrar en contacto en la posición de cierre del interruptor (1) (figura 3), mientras que en la posición de corte eléctrico del interruptor (figuras 4 y 5), los contactos fijos (4,4') están en contacto con el material aislante del rotor (2). Los contactos fijos (4,4') están dispuestos de forma diametralmente opuesta respecto al eje de revolución (X) del rotor (2).
Preferentemente, el interruptor comprende además al menos un anillo (10) de material aislante, montado con capacidad de giro dentro de la cámara cilindrica (3) del estator (11), para lo cual la carcasa (7) dispone de unos asientos (12) en la cámara (3), en la que están alojados dichos anillos, y de forma que la superficie interna de los anillos queda a ras de la superficie de la cámara (3). El diámetro de la cámara cilindrica (3) es coincidente o ligeramente mayor que el diámetro externo del rotor (2), para permitir su deslizamiento dentro de la misma de forma ajustada. El rotor (2) desliza sobre dichos anillos (10), los cuales a su vez son giratorios respecto a la carcasa (7,7') de tal forma que los anillos (10) actúan como rodamientos que facilitan el giro del rotor (2). Para tal propósito, los anillos (10) se pueden fabricar con un material aislante que tenga un bajo rozamiento.
Los anillos aislantes (10) que rodean perimetral mente al rotor (2) además sirven para el guiado del rotor (2) en su movimiento helicoidal, y el aislamiento eléctrico de los contactos móviles (9).
El estator (11) y el rotor (2) disponen de unas ventanas de ventilación, concretamente las ventanas (13) del rotor y las ventanas (14) del estator, las cuales están colocadas de forma que quedan superpuestas en la posición de cierre eléctrico del interruptor (según se muestra en la figura 3d), formando así un canal de ventilación que comunica el interior del rotor (2) con el exterior del estator (11) permitiendo la ventilación del interruptor y la salida de los gases generados durante las operaciones de corte de la corriente.
Para provocar el desplazamiento helicoidal del rotor (2) respecto a su eje de revolución (X) dentro de la cámara (3), el estator y el rotor están configurados formando un acoplamiento roscado entre ambos de forma complementaria. Concretamente, en el caso de la figura 2, el rotor dispone en su superficie exterior de uno o más canales (15) de trayectoria helicoidal, cooperantes con nervios (16) con forma análoga que están insertados en dichos canales.
El accionamiento del rotor (2) se efectúa mediante medios externos convencionales, por ejemplo una biela (17) acoplada con un tetón (18) emergente del rotor, la cual está accionada a su vez por cualquier mecanismo apropiado. Dichos medios de accionamiento provocan el movimiento helicoidal del rotor, en un sentido u otro, es decir, de forma recíproca a lo largo del eje (X) entre una posición de cierre y una posición de corte eléctrico del interruptor. El experto en la materia entenderá que otras configuraciones son posibles para obtener dicha configuración roscada o de husillo entre rotor y estator, con objeto de producir el desplazamiento helicoidal del rotor.
Para potenciar el efecto de extinción del arco, el interruptor de la invención puede incorporar el corte del arco eléctrico mediante el seriado de contactos, junto con el incremento de la longitud del arco en cada punto de corte. Para ello, tal y como se muestra en la figura 2, el interruptor incluye dos o más contactos móviles (9) montados en el rotor en la misma posición pero a diferente posición axial. Una o más placas (19,19') de material conductor están montadas en el estator (11) de forma exterior al rotor, las cuales incorporan respectivamente zapatas (20,20'), y están dispuestas de forma que en la posición de cierre eléctrico del interruptor, conectan en serie los contactos móviles (9) entre los contactos fijos (4,4') tal y como se muestra más claramente en la figura 3b, en la que las flechas indican el sentido de circulación de la corriente eléctrica. De este modo, el arco se divide en varios puntos de corte, por lo que su extinción es más sencilla.
Las placas (19,19') están permanente presionadas contra los contactos fijos (9) mediante un medio elástico, en este caso mediante pletinas (21 ,21 ') conformadas y colocadas entre las placas (19, 19') y los terminales fijos (4,4').
Un par de bornes de conexión metálicos (22,22') con forma de placa, sirven para la conexión eléctrica del interruptor con un circuito exterior. Dichos bornes (22,22') tienen forma de placa y están dispuestos en partes opuestas de la carcasa (7,7') y están conectados eléctricamente con los contactos fijos (4,4') con los que están en contacto.
Por otro lado, el rotor (2) está abierto en al menos uno de sus extremos, es decir, es un cuerpo tubular, y el interruptor dispone de una válvula de cierre trasera (24) montada en una posición fija en la parte trasera de la carcasa (7,7,), por ejemplo mediante un soporte (26) unido a la carcasa. La válvula trasera (24) está configurada para insertarse y deslizar en el interior del rotor de forma ajustada por su parte posterior, cuando el rotor se desplaza hacía dicha válvula en su posición extrema en el movimiento para producir el corte eléctrico. En la posición de cierre eléctrico del interruptor, la válvula de cierre trasera (24) no sella el rotor, tal y como se observa en la figura 3b, por lo que permite la circulación de aire hacia su interior.
De forma análoga, en la parte frontal del rotor (2) el interruptor dispone de una válvula de cierre frontal (25) montada en una posición fija en la parte frontal de la carcasa (7,7,), por ejemplo mediante un soporte (27) unido a la carcasa. La válvula frontal (25) está alojada en todo momento en el interior del rotor, concretamente en su parte frontal, y está configurada para deslizar en el interior del rotor de forma ajustada sellándolo herméticamente.
Las válvulas frontal y posterior (25,24) tienen forma cilindrica, y están realizadas con un material aislante, por ejemplo un material plástico rígido o flexible.
Por otro lado, el rotor (2) dispone de un conducto pasante (28) en al menos una de las aberturas (8), situado preferentemente en una esquina de las aberturas, el cual comunica el interior con el exterior del rotor, y está destinado a permitir la aspiración del arco eléctrico hacia el interior del rotor, tal y como se describirá más adelante.
El funcionamiento del interruptor para producir el cierre y corte de corriente eléctrica, se ilustra en las figuras 3 a 4.
En la situación de la figura 3 el interruptor está en la posición de cierre eléctrico, por lo que los tres contactos móviles (9) están conectados en serie mediante las placas (19,19'), y a su vez un contacto móvil (9) está conectado con el contacto fijo (4), y otro contacto móvil (9") está conectado con el contacto fijo (4'), estableciendo continuidad eléctrica y permitiendo por lo tanto la circulación de corriente, tal y como indican las flechas de la figura 3b.
En esta misma situación, las ventanas de ventilación (13,14) del rotor y estator respectivamente, son coincidentes, es decir están superpuestas tal y como se observa en la figura 3d, por lo que el interior del rotor está comunicado con el exterior del estator, permitiendo la ventilación natural del mismo por la circulación de aire, tal y como indican las flechas de la figura 3d. Además, gracias a que la ventanas (13,14) son coincidentes en esta posición, los contactos móviles (9, 9', 9") en el interior del rotor son visibles desde el exterior del interruptor, lo cual aporta la ventaja adicional de que se puede inspeccionar visualmente el estado del interruptor, lo cual puede ser útil por ejemplo para un operario realizando labores de mantenimiento.
Para realizar el corte eléctrico, se hace girar el rotor (2) según las agujas del reloj visto en la figura 3 a, con lo cual el rotor se desplaza axialmente y definiendo una trayectoria helicoidal en la dirección de la flecha "A" de la figura 4b, al mismo tiempo que la válvula de cierre posterior (24), al alcanzar aproximadamente 40° de giro, sella la boca posterior del rotor antes de que se corte la circulación de corriente. Los contactos móviles (9, 9', 9") se desplazan helicoidalmente en la misma dirección, hasta que dejan de estar conectados con las placas (19, 19') y con los contactos fijos (4,4'), por lo que se corta la circulación de corriente, tal y como se aprecia en la figura 4d.
Al mismo tiempo que el rotor (2) comienza a girar, las ventanas de ventilación del rotor (13) comienzan a ocultarse debajo de los anillos (10), convenientemente ubicados para tal función, y su vez el propio rotor cierra las ventanas de ventilación (14) del estator. El rotor (2) se aproxima a la válvula de cierre posterior (24) que sella la boca posterior del rotor. Cuando el rotor ha girado 45° se encuentra en la posición de la figura 4, donde el interior del rotor queda completamente sellado, ya que las ventanas de ventilación están cerradas, y las bocas frontal y posterior del rotor están selladas por las válvulas (24,25).
En tal situación, el aire solo puede circular por los conductos pasantes (28), de modo que el movimiento relativo entre el rotor y las válvulas frontal y posterior (25,24), generan una succión similar al producido por un émbolo en un jeringuilla, que produce la aspiración del arco eléctrico hacia el interior del rotor, lo que a su vez implica el estiramiento del arco y el enfriamiento de la zona de corte debido a la corriente de succión.
Para pasar de la posición de corte eléctrico a la posición de cierre o de continuidad eléctrica, se haría girar el rotor en sentido contrario a las agujas del reloj visto según la figura 5 c, con lo que el rotor se desplaza en dirección contraria a la indicada por la flecha de la figura 4b, hasta que el rotor alcanza de nuevo la posición de la figura 3.
Una de las ventajas de la invención, es que gracias a que el proceso de corte de corriente se realiza sin impacto entre piezas, se pueden utilizar materiales distintos a los empleados en la actualidad. De este modo, en una realización preferida de la invención, el rotor (2) es de vidrio, lo cual aporta la ventaja adicional de que ese material es un excelente aislante de elevada rigidez dieléctrica, y presenta una alta resistencia al deterioro por el arco eléctrico, comparado con los materiales plásticos aislantes utilizados tradicionalmente en el estado de la técnica, lo cual a su vez alarga significativamente la vida útil del interruptor. Alternativamente, el rotor también se puede fabricar de porcelana, obteniéndose las mismas ventajas anteriormente comentadas respecto al vidrio.
Se puede apreciar a la vista de estas figuras, que el interruptor desarrollado en esta invención, es capaz de lograr en un mismo instante y con un único movimiento los siguientes efectos:
- corte de corriente con la interposición instantánea (en el mismo momento del corte) de un material sólido aislante,
- opcionalmente, mayor separación entre contactos en el proceso de corte, gracias a la suma de desplazamiento radial y axial del movimiento helicoidal de los contactos móviles,
- y opcionalmente, la posibilidad de producir la aspiración o succión del arco hacia el interior del rotor.
La particular estructura del interruptor, permite que el mismo tenga un tamaño reducido, ya que no es necesario disponer de cámaras de aire entre contactos, pudiendo alcanzar una reducción de tamaño alrededor del 50% respecto a un interruptor convencional para la misma potencia de corte.
El funcionamiento del interruptor no implica el impacto brusco entre ninguna de sus piezas, lo que aumenta la vida útil del interruptor y aumenta su fiabilidad
La realización representada en la figuras, se corresponde con un interruptor de un solo polo, es decir, unipolar. Sin embargo, para el experto en la materia, resulta claro que la misma estructura representada puede fácilmente adaptarse para implementar un interruptor de varios polos.
Las diversas realizaciones y alternativas aquí descritas pueden combinarse entre sí, dando lugar a otras realizaciones como por ejemplo las obtenidas con las múltiples combinaciones de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. - Interruptor de corte sólido que comprende: un rotor de material aislante giratorio respecto a un eje, al menos un contacto móvil montado en el rotor, al menos un par de contactos fijos, que disponen de una superficie de contacto dispuesta para ser contactada por el contacto móvil, donde el rotor es desplazable entre una posición de cierre del interruptor en la que el contacto móvil establece continuidad eléctrica con los contactos fijos, y una posición de abertura en la que se impide la circulación de corriente, caracterizado porque el rotor está configurado de forma que en la posición de abertura del interruptor, el rotor está en contacto directo con los contactos fijos y cubre una parte mayoritaria de la superficie de contacto de los contactos fijos.
2. - Interruptor según la reivindicación 1 donde el rotor dispone de una superficie lateral de contacto dispuesta para deslizar sobre al menos uno de los contactos fijos, y porque parte de la superficie lateral de contacto del rotor y los extremos del contacto móvil, forman una superficie continua dispuesta para deslizar sobre los contactos fijos.
3. - Interruptor según la reivindicación 1 o 2 la donde dicha superficie lateral de contacto tiene la curvatura de un arco de circunferencia de centro el eje de giro del rotor, y donde los contactos fijos son equidistantes respecto a dicho eje.
4. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los contactos fijos están dispuestos de forma diametralmente opuesta respecto al eje de giro del rotor, y porque el contacto móvil está alojado en el rotor y está configurado de forma que dispone de extremos emergentes en lados diametralmente opuestos del rotor.
5. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el rotor tiene sección circular de diámetro coincidente con la distancia de separación entre los contactos fijos.
6. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los contactos fijos y el contacto móvil son coplanarios, y el contacto móvil es desplazable sobre dicho plano.
7. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el rotor es desplazable definiendo un movimiento helicoidal sobre un eje de giro, y de forma recíproca entre una posición de cierre y una posición de corte eléctrico del interruptor.
8. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el rotor es cilindrico y es giratorio respecto a su eje de revolución.
9. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un estator que incluye una carcasa de material aislante, donde dichos contactos fijos están montados en dicho estator, y donde el rotor está alojado dentro del estator.
10. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde el estator y el rotor están configurados formando un acoplamiento roscado complementario entre ambos, para producir el desplazamiento helicoidal del rotor.
11. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el estator dispone de una cámara cilindrica dentro de la cual se encuentra alojado el rotor, donde el rotor es al menos parcialmente hueco, y donde el estator y el rotor disponen de unas ventanas de ventilación colocadas de forma que quedan superpuestas en la posición de cierre eléctrico del interruptor, definiendo un canal de ventilación que comunica el interior del rotor con el exterior del estator.
12. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el rotor dispone de al menos dos aberturas situadas en puntos diametralmente opuestos del mismo, y donde el contacto fijo es una o más placas metálicas superpuestas, alojadas en el rotor, de modo que los dos extremos del contacto fijo emergen por dichas aberturas del rotor, y están dispuestos para contactar con los correspondientes contactos fijos en la posición de cierre del interruptor.
13. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende al menos un anillo de material aislante, montado de forma solidaria en la cámara cilindrica del estator, de modo que el rotor desliza sobre dichos anillos, y porque los contactos móviles están dispuestos de forma que en la posición de corte eléctrico, sus extremos libres están enfrentados a un anillo aislante.
14. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende dos o más contactos móviles montados en el rotor, y una o más zapatas de material conductor exteriores al rotor, estando las zapatas dispuestas de forma que en la posición de cierre eléctrico del interruptor conectan en serie los contactos móviles entre los contactos fijos.
15. - Interruptor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el rotor es de vidrio o de porcelana.
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