Interruptor de vacío.

Un interruptor de vacío que comprende una pareja de electrodos de contacto montados en barras eléctricamente conductoras dentro de un recinto al vacío de modo que definen superficies de contacto opuestas, incluyendo cada una de las barras eléctricamente conductoras una parte de pared tubular alargada que soporta un respectivo electrodo de contacto en un primer extremo y que se puede conectar en un segundo extremo a un circuito eléctrico y siendo por lo menos una de las barras eléctricamente conductoras movible para abrir o cerrar un hueco entre las superficies de contacto opuestas; en el que la parte de pared de cada barra está definida por una matriz de elementos alargados

(46) dispuestos de modo que las superficies externas de los elementos alargados definen una superficie externa discontinua de la parte de pared tubular alargada; caracterizado porque cada uno de los elementos alargados está formado por dos o más sub-elementos conectados extremo con extremo, incluyendo un primer sub-elemento (48) que se extiende generalmente en paralelo al eje longitudinal de la respectiva barra e incluyendo además un segundo sub-elemento (50) que se extiende desde un extremo axial del primer sub-elemento y que está conformado para curvarse alrededor del eje longitudinal de la respectiva barra, definiendo los segundos sub-elementos de los elementos alargados el primer extremo de la parte de pared tubular alargada de la respectiva barra.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/058671.

Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.

Inventor/es: PARASHAR,RAMA SHANKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Interruptores para alta tensión o fuertes corrientes... > H01H33/666 (Dispositivos de accionamiento)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Interruptores para alta tensión o fuertes corrientes... > H01H33/664 (Contactos; Medios para extinción de arcos, p. ej. anillos de guarda)

PDF original: ES-2540882_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Interruptor de vacío.
Ilustración 2 de Interruptor de vacío.
Ilustración 3 de Interruptor de vacío.
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Interruptor de vacío.

Fragmento de la descripción:

Interruptor de vacío Esta invención se refiere a un interruptor de vacío.

Los interruptores de vacío se utilizan típicamente para actuar como un interruptor de ruptura de carga o un disyuntor en aplicaciones de media y alta tensión. El funcionamiento del interruptor de vacío se basa en la separación mecánica de contactos eléctricamente conductores para abrir el circuito eléctrico asociado.

Un ejemplo de tal interruptor de vacío comprende una pareja de bobinas de contacto de múltiples ranuras, en forma de copa, estando soldada cada bobina de contacto a un extremo de una respectiva barra conductora de cobre, libre de oxígeno, de alta conductividad (OFHC) . Las barras conductoras son movibles relativamente entre sí para o bien poner en contacto las bobinas de contacto o separar las bobinas de contacto para realizar la interrupción de corriente. La forma de las bobinas de contacto da como resultado la generación de un campo magnético que contribuye al proceso de interrupción de corriente.

El régimen de funcionamiento del interruptor de vacío se relaciona con su corriente continua nominal, corriente de cortocircuito nominal y tensión nominal. Como tal, es necesario aumentar los límites superiores de uno o más de estos valores nominales para que el interruptor de vacío se puede utilizar a niveles de corriente y/o tensión mayores.

Al aumentar la tensión nominal de un interruptor de vacío convencional, es necesario ampliar la longitud global del interruptor de vacío para satisfacer los requerimientos de aislamiento. Consecuentemente, esto da como resultado un aumento en la longitud de las barras conductoras de transporte de corriente. Esto a su vez aumenta la resistencia eléctrica global del interruptor de vacío y aumenta por lo tanto las pérdidas térmicas durante funcionamiento del interruptor de vacío. Es posible minimizar el aumento de resistencia eléctrica aumentando la sección transversal de las barras conductoras y aumentando la presión de contacto entre las bobinas de contacto para reducir la resistencia interfacial entre las bobinas de contacto. Sin embargo, esto da como resultado un aumento en la masa de las barras conductoras y por lo tanto un aumento en el peso global del interruptor de vacío. Además, el aumento de longitud de las barras conductoras aumenta el riesgo de deformación mecánica resultante de mayores cargas mecánicas.

Operar el interruptor de vacío a corrientes continuas nominales mayores no solo plantea el problema de una suficiente disipación de calor, sino que conduce asimismo a un incremento en la complejidad del control de arcos y la gestión térmica del interruptor de vacío. Un ejemplo de tal gestión térmica es la incorporación de sumideros de calor hacia el extremo de las barras conductoras de transporte de corriente, lo que es necesario para permitir que las corrientes continuas nominales de interruptores de vacío convencionales superen los 5 a 6 kA. Sin embargo, esto se añade al peso global y al coste de disyuntores en vacío. Además, un aumento en la corriente nominal de cortocircuito debe estar acompañado por un valor de pico uniforme y mayor del campo magnético a lo largo de toda la región del hueco de contacto.

Un modo de aumentar la corriente y tensión nominales es utilizar un conjunto de interruptores de vacío múltiples en serie y en paralelo. Conectar interruptores de vacío en serie da como resultado un rendimiento dieléctrico global mejorado, mientras que conectar interruptores de vacío en paralelo da como resultado un rendimiento mejorado de corriente continua y de corriente de cortocircuito. Sin embargo, la creciente complejidad de diseño e instalación de 45 tales conjuntos, junto con el uso de múltiples interruptores de vacío aumenta los costes operacionales del proceso de interrupción de corriente.

El documento US 5.387.771 A divulga un interruptor de vacío de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 1 y que comprende una pareja de electrodos de contacto montados en barras eléctricamente conductoras dentro de un recinto al vacío de modo que se definan superficies de contacto opuestas, incluyendo cada una de las barras eléctricamente conductoras una parte de pared tubular alargada que soporta respectivamente uno de los electrodos de contacto en un primer extremo y que se puede conectar en un segundo extremo a un circuito eléctrico y por lo 55 menos una de las barras eléctricamente conductoras es movible para abrir o cerrar un hueco entre superficies de contacto opuestas.

Se ha encontrado que interruptor de vacío que emplea barras que tienen una parte de pared tubular alargada en el interruptor de vacío exhibe una resistencia eléctrica menor en comparación con un interruptor de vacío convencional que emplea barras macizas, de dimensiones similares en sección transversal. Esto es debido a que el flujo de corriente en una barra maciza está restringido principalmente a su diámetro externo en sección transversal, principalmente debido al efecto pelicular dependiente de la frecuencia. El efecto pelicular provoca que la mayoría de la corriente fluya a través de parte del área en sección transversal de la barra maciza dentro de los límites establecidos por la profundidad pelicular. El resto del área en sección transversal de la barra maciza juega un papel 65 mínimo en el flujo de corriente. Como tal, un interruptor de vacío convencional que emplee barras macizas exhibe una mayor resistencia eléctrica, lo que da como resultado elevadas pérdidas térmicas. El uso de barras que tienen

una parte de pared tubular alargada minimiza el efecto pelicular y reduce así la resistencia eléctrica del interruptor de vacío en comparación con un interruptor de vacío convencional que emplee barras macizas.

La resistencia eléctrica reducida conduce a una disminución de las pérdidas térmicas, lo que permite que la corriente y tensión nominales del interruptor de vacío aumenten sin necesidad de un equipo de gestión térmica adicional. Esto no solo mejora la eficiencia y efectividad en costes del interruptor de vacío sino que minimiza igualmente el tamaño y peso globales del interruptor de vacío.

La forma en sección transversal de cada barra puede variar, dependiendo de los requerimientos de diseño del interruptor de vacío, y se elige para satisfacer los parámetros del proceso de interrupción de corriente. La sección transversal de la parte de pared de cada barra puede ser, por ejemplo, circular, oval, elíptica o de forma poliédrica.

De acuerdo con la invención, la parte de pared de cada barra se define mediante un conjunto de elementos alargados dispuestos de modo que las superficies externas de los elementos alargados definan una superficie externa discontinua, o incompleta de otro modo, de la parte de pared tubular alargada. En algunos modos de realización, los elementos alargados se pueden distribuir uniformemente alrededor de la circunferencia en sección transversal de la parte de pared tubular alargada.

El uso de una matriz de elementos alargados para definir la parte de pared tubular alargada se ha encontrado que no solo exhibe una resistencia eléctrica menor en comparación con una barra maciza que defina la misma área en sección transversal, sino que se ha encontrado asimismo que aumenta el área superficial total de la barra. Así pues, mejora la disipación de calor por medio de pérdidas de radiación. Además, el uso de elementos alargados que están separados entre sí reduce el flujo de corrientes de Foucault, y por lo tanto minimiza aumentos la temperatura de las barras durante el proceso de interrupción de corriente. A su vez esto reduce la resistencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un interruptor de vacío que comprende una pareja de electrodos de contacto montados en barras eléctricamente conductoras dentro de un recinto al vacío de modo que definen superficies de contacto opuestas, incluyendo cada 5 una de las barras eléctricamente conductoras una parte de pared tubular alargada que soporta un respectivo electrodo de contacto en un primer extremo y que se puede conectar en un segundo extremo a un circuito eléctrico y siendo por lo menos una de las barras eléctricamente conductoras movible para abrir o cerrar un hueco entre las superficies de contacto opuestas; en el que la parte de pared de cada barra está definida por una matriz de elementos alargados (46) dispuestos de modo que las superficies externas de los elementos alargados definen una 10 superficie externa discontinua de la parte de pared tubular alargada; caracterizado porque cada uno de los elementos alargados está formado por dos o más sub-elementos conectados extremo con extremo, incluyendo un primer sub-elemento (48) que se extiende generalmente en paralelo al eje longitudinal de la respectiva barra e incluyendo además un segundo sub-elemento (50) que se extiende desde un extremo axial del primer sub-elemento y que está conformado para curvarse alrededor del eje longitudinal de la respectiva barra, definiendo los segundos sub-elementos de los elementos alargados el primer extremo de la parte de pared tubular alargada de la respectiva barra.

2. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la sección transversal de la parte de pared de cada barra es circular, oval, elíptica o de forma poliédrica. 20

3. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los elementos alargados se distribuyen uniformemente alrededor de la circunferencia en sección transversal de la parte de pared.

4. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada segundo sub25 elemento está conformado para definir una curva helicoidal alrededor del eje longitudinal de la respectiva barra.

5. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los segundos subelementos de las barras eléctricamente conductoras se curvan axialmente en la misma dirección o en direcciones opuestas alrededor de los ejes longitudinales de las barras.

6. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que cada sub-elemento tiene una forma en sección transversal circular, oval, elíptica o de forma poliédrica.

7. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que cada barra incluye

además una estructura de soporte que se extiende a lo largo de la longitud de la parte de pared tubular alargada, estando separada la estructura de soporte de los elementos alargados y soportando un primer extremo de la estructura de soporte el electrodo de contacto respectivo en el primer extremo de la barra.

8. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la estructura de soporte incluye un bastidor 40 de soporte (58) situado en la parte de pared tubular alargada.

9. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el bastidor de soporte incluye una o más proyecciones (64) que se extienden radialmente desde una superficie externa del bastidor de soporte.

10. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en el que la estructura de soporte incluye un bastidor de soporte tubular situado en el exterior de una parte de pared tubular alargada de modo que rodee la matriz de elementos alargados.

11. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que un primer extremo 50 del o de cada bastidor de soporte está acampanado de modo que soporte el electrodo de contacto respectivo.

12. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el o cada bastidor de soporte está construido a partir de un material no magnético y eléctricamente conductor.

13. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el o cada bastidor de soporte tiene una conductividad eléctrica menor que la parte de pared tubular alargada.

14. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que cada barra se construye de cobre, aluminio o acero inoxidable. 60

15. Un interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la superficie de la parte de pared tubular alargada de cada barra está recubierta con un material elegido para mejorar las propiedades eléctricas de la parte de pared.