Aparato de corte de una corriente eléctrica de media o alta tensión y su procedimiento de fabricación.

Aparato de corte de una corriente eléctrica de media tensión, que comprende una cámara estanca en la cual se encuentran unos componentes eléctricos así como un medio gaseoso que garantiza la extinción de los arcos eléctricos que pueden producirse dentro de esta cámara, el medio gaseoso comprende al menos una fluorocetona, sola o mezclada con al menos un gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas, y que se caracteriza porque:

- la fluorocetona está presente dentro de la cámara parcialmente en estado líquido y parcialmente en estado gaseoso; y porque

- la cámara comprende, además, unos medios para absorber las especies moleculares que se forman tras la ionización que experimenta esta fluorocetona durante un arco eléctrico.

Aparato de corte de una corriente eléctrica de media o alta tensión y su procedimiento de fabricación Campo técnico La presente invención se refiere a un aparato de corte de una corriente eléctrica (también llamado aparato eléctrico de conexión/desconexión) para la media tensión, en el cual la extinción de los arcos eléctricos que pueden producirse está garantizada por un medio gaseoso que presenta unas propiedades de extinción de arco eléctrico comparables, e incluso superiores, a las del hexa-fluoruro de azufre (SF6) teniendo al mismo tiempo un impacto mínimo o nulo en el medio ambiente.

La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación de este aparato.

En lo que se ha expuesto y en lo que sigue, los términos " media tensión " y " alta tensión " se utilizan en su acepción habitual, es decir que el término " media tensión " designa una tensión que es superior a 1.000 voltios en corriente alterna y a 1.500 voltios en corriente continua, pero que no supera los 52.000 voltios en corriente alterna y los 75.000 voltios en corriente continua, mientras que el término " alta tensión " designa una tensión que es estrictamente superior a 52.000 voltios en corriente alterna y a 75.000 voltios en corriente continua.

El aparato de corte de una corriente eléctrica de acuerdo con la invención puede, en particular, ser un disyuntor, un interruptor, un combinado interruptor-fusibles, un seccionador, un seccionador de puesta a tierra o un contactor.

Estado de la técnica anterior En los aparatos de corte de una corriente eléctrica de media o alta tensión, el corte de corriente se obtiene tradicionalmente mediante la separación de contactos eléctricos y la formación entre estos contactos de un arco eléctrico sobre el cual se sopla un fluido dieléctrico que permite enfriar este arco y provocar su extinción.

En la actualidad, el fluido dieléctrico que más a menudo se utiliza en los aparatos de corte es un gas, es decir el SF6.

Este gas presenta, en efecto, una rigidez dieléctrica relativamente alta, una buena conductividad térmica y unas bajas pérdidas dieléctricas. Es, además, químicamente inerte, ininflamable, no tóxico para el ser humano y los animales, y su precio es, incluso hoy en día, moderado.

Otra de sus ventajas reside en el hecho de que las especies moleculares e iónicas, que se forman cuando se ioniza en estado de plasma mediante un arco eléctrico, se recombinan rápidamente y casi totalmente, una vez apagado este arco eléctrico, para volver a dar SF6. Esto da como resultado que la cantidad de SF6, que está inicialmente presente en estado gaseoso en un aparato eléctrico de corte, se mantiene estable o casi estable a lo largo del tiempo.

Sin embargo, el SF6 tiene como principal inconveniente que presenta un potencial de calentamiento global (PCG) de 23.900 (en relación con el CO2 en 100 años) y un tiempo de permanencia en la atmósfera de 3.200 años, por lo que se le ha registrado por el Protocolo de Kioto (1997) en la lista de los gases cuyas emisiones deben limitarse.

Ahora bien, el mejor medio para limitar las emisiones de SF6 sigue siendo limitar su uso en general y su uso en los aparatos de corte en particular.

Las mezclas de SF6 y de nitrógeno se utilizan para limitar el impacto del SF6 en el medio ambiente. En efecto, la adición de SF6, por ejemplo en la medida de entre un 10 y un 20 % en volumen, permite mejorar de forma significativa la rigidez dieléctrica del nitrógeno que, en tensión alterna (50 Hz) , es sustancialmente tres veces más baja que la del SF6.

Sin embargo, debido al elevado PCG del SF6, el PCG de estas mezclas sigue siendo muy elevado. De este modo, por ejemplo, una mezcla formada por SF6 y por nitrógeno, con una relación de volumen de 10/90, presenta entonces un PCG del orden de 8.650.

Por lo tanto, estas mezclas no se podrían considerar como medios gaseosos con un bajo impacto en el medio ambiente.

Lo mismo sucede con los perfluorocarbonos que presentan, de una manera general, unas propiedades dieléctricas interesantes, pero cuyos PCG se inscriben tradicionalmente en una gama que varía de 5.000 a 10.000 (6.500 para CF4, 7.000 para C3F8 y C4F10, 8.700 para c-C4F8, 9.200 para C2F6) .

Recientemente, se ha propuesto sustituir el SF6 por trifluoroyodometano (CF3I) (Nakauchi y otros, XVI International Conference on Gas Discharge and their Applications, China, 11-15 de septiembre de 2006, [1]) . En efecto, el CF3I presenta una rigidez dieléctrica superior a la del SF6 y tanto en campo homogéneo como en campo heterogéneo, para un PCG inferior a 5 y un tiempo de permanencia en la atmósfera de 0, 005 años.

Desgraciadamente, además de que el CF3I es caro, presenta un valor medio de exposición (VME) del orden de entre 3 y 4 ppm y está clasificado entre las sustancias cancerígenas, mutágenas y reprotóxicas (CMR) de categoría 3, lo que resulta inadmisible para un uso a escala industrial.

Por otra parte, los aparatos de corte en los que la extinción de arco eléctrico se lleva a cabo mediante aceite presentan el principal inconveniente de que explotan en caso de que no haya corte o exista un defecto interno.

Los aparatos de corte en los que la extinción de arco eléctrico se lleva a cabo mediante el aire ambiente son, por lo general, de grandes dimensiones, caros y sensibles al medio ambiente (humedad, contaminación) mientras que los aparatos de corte, en particular del tipo interruptores-seccionadores, de ampolla de vacío son muy caros y, por ello, apenas están presentes en el mercado. El documento US 2008/135817 da a conocer un aparato de corte que comprende un medio gaseoso con al menos una fluorocetona.

Teniendo en cuenta lo anterior, los inventores se han fijado por lo tanto como objetivo ofrecer un aparato de corte de una corriente eléctrica de media o alta tensión, en el cual la extinción de los arcos eléctricos que pueden producirse está garantizada por un fluido dieléctrico que, aunque presente un poder de extinción de arco eléctrico comparable, e incluso superior, al del SF6, tenga un impacto en el medio ambiente mínimo o nulo.

También se han fijado como objetivo que este fluido dieléctrico no sea tóxico para el ser humano y los animales.

También se han fijado como objetivo que este fluido dieléctrico tenga un coste compatible con su uso en la fabricación de aparatos de corte a escala industrial.

Descripción de la invención Esos objetivos y otros más se alcanzan mediante la invención que propone, en primer lugar, un aparato de corte de una corriente eléctrica de media tensión, que comprende una cámara estanca en la cual se encuentran unos componentes eléctricos así como un medio gaseoso que garantiza la extinción de los arcos eléctricos que pueden producirse dentro de esta cámara, y que se caracteriza porque:

- el medio gaseoso comprende al menos una fluorocetona, sola o mezclada con al menos un gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas; -la fluorocetona está presente en la cámara parcialmente en estado líquido y parcialmente en estado gaseoso; y porque -la cámara comprende, además, unos medios para absorber las especies moleculares que se forman tras la ionización que experimenta esta fluorocetona durante un arco eléctrico.

En efecto, resulta que en el marco de sus investigaciones, los inventores han constatado que las fluorocetonas, que no son tóxicas, que se degradan muy rápidamente en la atmósfera a causa de la sensibilidad a los ultravioletas que presente el doble enlace del grupo cetona -C=O que estas contienen y que tienen, por ello, un PCG próximo a 1, presentan, en estado gaseoso, unas propiedades de extinción de arco eléctrico especialmente interesantes y, a este respecto, pueden sustituir de manera muy ventajosa el SF6 en los aparatos de corte de una corriente eléctrica.

Sin embargo, también se ha constatado que las fluorocetonas no presentan, tras la ionización en estado de plasma, una capacidad de reconstituirse similar a la que presenta el SF6 y que, por lo tanto, la cantidad de fluorocetona (s) , que está inicialmente presente en estado gaseoso en un aparato de corte de una corriente eléctrica, se reduce a medida que aumenta el número de cortes realizados por este aparato.

La invención también prevé, para superar este problema adicional:

- por una parte, colocar una " fuente " de fluorocetona gaseosa en la cámara del aparato de corte, estando esta fuente representada por la fracción de fluorocetona que está presente en estado líquido dentro de esta cámara y que va a vaporizarse parcialmente en fluorocetona gaseosa cuando la presión parcial de la fracción de fluorocetona que, a su vez, está presente... [Seguir leyendo]

1. Aparato de corte de una corriente eléctrica de media tensión, que comprende una cámara estanca en la cual se encuentran unos componentes eléctricos así como un medio gaseoso que garantiza la extinción de los arcos eléctricos que pueden producirse dentro de esta cámara, el medio gaseoso comprende al menos una fluorocetona, sola o mezclada con al menos un gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas, y que se caracteriza porque:

- la fluorocetona está presente dentro de la cámara parcialmente en estado líquido y parcialmente en estado gaseoso; y porque -la cámara comprende, además, unos medios para absorber las especies moleculares que se forman tras la ionización que experimenta esta fluorocetona durante un arco eléctrico.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la fluorocetona está seleccionada entre las fluorocetonas que tienen un número total de átomos de carbono que varía de 3 a 8 carbonos y una o varias funciones cetona.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la fluorocetona está seleccionada entre las fluorocetonas que responden a la fórmula empírica CnF2nO en la cual n es un número entero que varía de 3 a 8.

4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la fluorocetona está seleccionada entre las fluorocetonas que responden a las siguientes fórmulas semi-desarrolladas:

CF3-CO-CF3; CF3-CO-CF2-CF3; CF3-CO-CF- (CF3) 2; CF3-CF2-CO-CF- (CF3) 2; CF3-CF2-CF2-CO-CF2-CF2-CF3; CF3-CF2-CF2-CO-CF- (CF3) 2; (CF3) 2-CF-CO-CF- (CF3) 2; CF3-CF2-CF2-CF2-CO-CF2-CF2-CF3; CF3-CF2-CF2-CF2-CO-CF- (CF3) 2; y (CF3) 2-CF-CF2-CO-CF- (CF3) 2.

5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas está seleccionado entre aire, nitrógeno, oxígeno, helio, dióxido de carbono y protóxido de nitrógeno.

6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, caracterizado porque el medio gaseoso consiste en una mezcla de una o varias de las fluorocetonas seleccionadas entre las fluorocetonas que responden a las siguientes fórmulas semi-desarrolladas:

CF3-CO-CF3; CF3-CO-CF2-CF3; CF3-CO-CF- (CF3) 2; CF3-CF2-CO-CF- (CF3) 2; CF3-CF2-CF2-CO-CF2-CF2-CF3; CF3-CF2-CF2-CO-CF- (CF3) 2; (CF3) 2-CF-CO-CF- (CF3) 2, y de un gas o varios gases seleccionado (s) entre nitrógeno, aire y dióxido de carbono.

7. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fluorocetona o la totalidad de las fluorocetonas presentes en el medio gaseoso representa al menos un 1 % en volumen del volumen total de este medio.

8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para absorber las especies moleculares consisten en uno o varios dispositivos que comprenden alúmina activada, carbón activo, un tamiz molecular carbonado y/o una ceolita.

9. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es un disyuntor, un interruptor, un seccionador, un combinado interruptor-fusibles, un seccionador de puesta a tierra o un contactor.

10. Procedimiento de fabricación de un aparato de corte de una corriente eléctrica de media tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una etapa de llenado de una cámara estanca, en la cual se encuentran unos componentes eléctricos, con al menos una fluorocetona, sola o mezclada con al menos un gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas, y que se caracteriza porque esta etapa de llenado comprende de forma sucesiva:

- la producción de un vacío parcial en la cámara; -el calentamiento de esta cámara a una temperatura Î1 superior a una temperatura máxima de uso del aparato; -la inyección de la fluorocetona, en estado gaseoso, dentro de la cámara hasta que esta fluorocetona esté a una presión dentro de esta cámara comprendida entre la presión de vapor de saturación que presenta a la temperatura Î1 y la presión de vapor de saturación que presenta a la temperatura máxima de uso del aparato; -el enfriamiento de la cámara a una temperatura Î2 inferior a dicha temperatura máxima de uso del aparato; y eventualmente -la inyección del gas que no pertenece a la familia de las fluorocetonas dentro de la cámara hasta que se alcance dentro de esta cámara una presión total predeterminada.