Contacto para ampolla de vacío de media tensión con corte de arco mejorado, ampolla de vacío y disyuntor, como un disyuntor seccionador de alternador asociados.

Contacto eléctrico (2, 3) para ampolla de vacío (1) de media tensión que se extiende según un eje longitudinal Y y que comprende:

- una parte de conexión mecánica (20, 30) la cual se extiende según el eje longitudinal Y;

- un cuerpo de contacto (21, 31) que comprende:

• un primer cilindro hueco (8) que comprende unas ranuras (81) realizadas en forma de hélice alrededor de su eje y que desembocan al menos en su exterior, estando dicho primer cilindro hueco centrado en el eje longitudinal Y presentando un extremo solidarizado con la parte de conexión mecánica, careciendo el hueco (80) del primer cilindro de material, constituyendo el primer cilindro un primer devanado adaptado para generar un campo magnético;

• un segundo devanado (9, 10) montado eléctricamente en paralelo con el primer devanado (8) y adaptado para generar un campo magnético el cual se superpone al campo magnético generado por el primer devanado (8), caracterizado porque el contacto eléctrico comprende:

• una placa circular (22, 32) del mismo diámetro que el exterior del cilindro hueco, estando también dicha placa (22, 32) centrada en el eje longitudinal Y y solidarizada con el extremo del primer cilindro hueco opuesto al solidarizado con la parte de conexión mecánica,

en el cual el segundo devanado está formado por una pieza adicional maciza (10), que comprende dos porciones cilíndricas (100a, 100b) y una corona anular (102) no cerrada sobre sí misma y centrada en las dos porciones cilíndricas (100a, 100b), estando cada extremo (1020, 1021) de la corona (102) no cerrada sobre sí misma solidarizado por medio de un brazo (101, 103) con una de las porciones cilíndricas (100a, 100b), siendo la disposición de esta pieza adicional (10) tal que las dos porciones cilíndricas (100a, 100b) están entradas en el eje longitudinal Y y la corona anular (102) dispuesta concéntricamente con el primer devanado (8), estando una de las porciones cilíndricas (100a) solidarizada con la parte de conexión mecánica (20) y estando la otra de las porciones cilíndricas (100b) solidarizada con la placa circular de contacto (22), careciendo el hueco (80) del primer devanado (8) y el espacio entre la corona anular (102) y las dos porciones cilíndricas (100a, 100b) de material.

Contacto para ampolla de vacío de media tensión con corte de arco mejorado, ampolla de vacío y disyuntor, como un disyuntor seccionador de alternador asociados

Campo técnico

La Invención se refiere al campo de los Interruptores de vacío de media tensión, habitualmente llamados ampollas de vacío o también ampollas bajo vacío.

Se refiere de manera más particular a la mejora de su capacidad de corte de arcos de corriente de cortocircuito.

La aplicación principal es aquella en la cual una ampolla de vacío se utiliza como interruptor de corte en un disyuntor, como un disyuntor seccionador de alternadores en la salida de las centrales de producción de energía.

Técnica anterior

Las ampollas de vacío se utilizan desde hace muchos años en los equipos eléctricos de distribución de media tensión para cortar corrientes de cortocircuito del orden de unos kA, tradicionalmente 25 kA, en unos kV, tradicionalmente 36 kV. En este tipo de equipo de distribución, las ampollas de vacío deben soportar, además, el paso de una corriente permanente, tradicionalmente del orden de 1.250 A, sin experimentar un calentamiento excesivo. En efecto, su implantación en la red de distribución hace que dichas ampollas de vacío estén en la posición cerrada en el funcionamiento normal de la red y las atraviese la corriente nominal permanente.

Es sabido que para cortar estas corrientes de cortocircuito, es necesario diseñar los contactos de arco de tal modo que en su extremo uno frente al otro, se generen unos flujos magnéticos axiales intensos con el fin de realizar la extinción del arco durante la separación mutua de los contactos. Cuanto más altas son las corrientes de cortocircuito más deben serlo también los flujos magnéticos generados con un reparto óptimo entre contactos, es decir tan uniforme como sea posible en su superficie, para obtener un corte efectivo de arco.

A causa de la necesidad para estos contactos de ampolla de vacío de tener que soportar la corriente permanente, su(s) material(es) constitutivo(s) era(n) también por lo general a base de cobre o de aleaciones con un alto porcentaje de cobre, es decir unos materiales que presentan una baja resistividad eléctrica y, por lo tanto, que experimentan un escaso calentamiento cuando lo(s) atraviesa la corriente permanente. Ahora bien, estos materiales tienden por naturaleza a limitar los flujos magnéticos mediante corrientes de Foucault que los atraviesa.

De este modo, en esta aplicación de implantación en la red eléctrica de distribución, hay una cierta incompatibilidad en la realización de los contactos entre la necesidad para estos de soportar una corriente permanente y, por lo tanto, de presentar una relativa baja resistividad eléctrica y la necesidad para estos de realizar un corte de arco eficaz mediante los flujos magnéticos que estos generan y, por lo tanto, de presentar una relativa alta resistividad eléctrica.

Ya se han propuesto varias soluciones para mejorar los flujos magnéticos generados por los contactos de una ampolla de vacío permitiendo al mismo tiempo soportar unas corrientes permanentes en la posición cerrada.

Algunas soluciones existentes consisten bien en implantar unos materiales adicionales de tipo ferromagnético en la parte de devanado del contacto y/o en la parte de electrodo, bien en realizar unas ranuras en el cuerpo de contacto con el fin de reducir las corrientes de Foucault localmente, o bien en combinar ambas.

En lo que se refiere a la implantación de materiales ferromagnéticos, se puede citar la patente US 6 747 233 B1 que da a conocer la utilización de anillos magnéticos con unas saturaciones y permitividades p diferentes con el fin de tener unos campos magnéticos de perfil y valor diferentes en función del valor de la corriente, es decir diferentes para corrientes débiles o fuertes. De manera más precisa, se prevé la implantación combinada de un material magnético saturable 101, 401 con un material magnético no saturable 102, 402 en un cuerpo de contacto 104, 404 que es macizo y esencialmente conductor a su vez solidario con una parte de la varilla de conexión mecánica 103 esencialmente conductora. De acuerdo con la forma de realización considerada, el valor relativo de resistividad eléctrica de los materiales saturables es opuesto al de los materiales no saturables. De este modo, de acuerdo con la forma de realización ilustrada en las figuras 1A a 3, el material saturable 101 presenta una fuerte resistividad eléctrica y se implanta alrededor de un material no saturable 102 de baja resistividad eléctrica. Se puede considerar que el principal inconveniente de la utilización de materiales ferromagnéticos en un contacto está relacionado con el hecho de que estos se imantan y por lo tanto experimentan de algún modo la fuerza creada por el campo magnético. Esta fuerza se invierte cada 10 ms para una corriente alterna sinusoidal a 50 Hz. La presencia de esta fuerza de forma permanente sobre los materiales que supuestamente controlan el arco en cortocircuito tiende a fragilizar la propia estructura del contacto. Además, el valor del campo magnético obtenido al insertar los materiales ferromagnéticos no es necesariamente superior al que se obtiene sin estos.

Se pueden citar las patentes DE 195 03 661 y US 4 390 762 cada una de las cuales da a conocer una solución combinada de realización de ranuras y de implantación adicional de materiales ferromagnéticos.

De manera más precisa, la patente DE 195 03 661 da a conocer un contacto 1 que comprende un tubo cilindrico hueco 2, como parte de varilla de conexión mecánica, al cual está unida la parte de contacto propiamente dicha 3 la cual es magnética. Esta parte de contacto magnético 3 está vaciada en su centro y comprende una parte cilindrica maciza de devanado 4 y una parte de disco de electrodo 8 separadas entre sí por una cuña magnética 9 y una placa de acero inoxidable o de cerámica 10. Se practican tres ranuras Idénticas 5 en forma de espiral repartiéndose a 120° una de la otra en el contacto 3 vaciado desde su diámetro Interno 7 confundido con el diámetro externo del tubo 2 hasta su diámetro externo 6. Dicha geometría permite obtener un campo magnético que se extiende axialmente repartiéndose al mismo tiempo radlalmente y, por lo tanto, crear un arco giratorio que alcanza una mayor superficie de los contactos. En otras palabras, este documento da a conocer la generación de un campo magnético radial que hace girar el arco en una zona anular en la periferia de los contactos.

La patente US 4 390 762 da a conocer, por su parte, un contacto con una parte de varilla de conexión mecánica tubular 1 a la cual está fijada una base cilindrica 2 vaciada en su centro la cual constituye la parte de devanado del contacto y en la cual está fijada una corona anular de contacto de reducida altura 4. La varilla de conexión mecánica 1 y la base cilindrica están compuestas fundamentalmente de cobre mientas que la corona anular de contacto 4 está compuesta a base de una matriz de cromo saturada con cobre. Como se puede ver en la figura 2, la parte de devanado 2 comprende dos partes concéntricas 3 separadas entre sí por un acero de alta calidad 6 el cual rellena un hueco anular 5 que se extiende verticalmente. En una parte de la altura de cada una de estas partes 3 se practican unas ranuras rectilíneas que se extienden radialmente. Estas ranuras se reparten uniformemente por la periferia y están orientadas con la misma Inclinación con respecto al eje del cilindro 2, sin cruzarse con este último. La estructura así dada a conocer en este documento permite aumentar la resistencia mecánica de los contactos.

Otra solución existente es la descrita en la publicación en representación de la empresa TOSHIBA, en el manual Proceedings ISDEIV 1988, página 131, y titulada « Recent Technlcal Developments of high-voltage and hlgh-power vacuum Circuit breakers ». Esta solución trata sobre la elección de diferentes materiales de contacto. SI el contacto está habitualmente fabricado con cobre en su casi totalidad, las dos caras en contacto con el arco se fabrican de preferencia con aleación de cobre. La estructura de devanados descrita consta de unas secciones de 90°. Otra solución existente es la descrita en la publicación en representación de la empresa TOSHIBA, en el manual Proceedings ISDEIV 1998, páginas 417-418, y titulada "Physical and theoretical aspects of a new vacuum are control technology". Esta solución consiste en la adición de un segundo devanado más pequeño que el primer devanado. El inconveniente de estas dos soluciones es que los campos magnéticos generados por los devanados descritos se oponen mutuamente, lo que tiende a reducir considerablemente el campo magnético total efectivo.

1. Contacto eléctrico (2, 3) para ampolla de vacío (1) de media tensión que se extiende según un eje longitudinal Y y que comprende:

- una parte de conexión mecánica (20, 30) la cual se extiende según el eje longitudinal Y;

- un cuerpo de contacto (21, 31) que comprende:

un primer cilindro hueco (8) que comprende unas ranuras (81) realizadas en forma de hélice alrededor de su eje y que desembocan al menos en su exterior, estando dicho primer cilindro hueco centrado en el eje longitudinal Y presentando un extremo solidarizado con la parte de conexión mecánica, careciendo el hueco (80) del primer cilindro de material, constituyendo el primer cilindro un primer devanado adaptado para generar un campo magnético;

un segundo devanado (9, 10) montado eléctricamente en paralelo con el primer devanado (8) y adaptado para generar un campo magnético el cual se superpone al campo magnético generado por el primer devanado (8), caracterizado porque el contacto eléctrico comprende:

una placa circular (22, 32) del mismo diámetro que el exterior del cilindro hueco, estando también dicha placa (22, 32) centrada en el eje longitudinal Y y solidarizada con el extremo del primer cilindro hueco opuesto al solidarizado con la parte de conexión mecánica,

en el cual el segundo devanado está formado por una pieza adicional maciza (10), que comprende dos porciones cilindricas (100a, 100b) y una corona anular (102) no cerrada sobre sí misma y centrada en las dos porciones cilindricas (100a, 100b), estando cada extremo (1020, 1021) de la corona (102) no cerrada sobre sí misma solidarizado por medio de un brazo (101, 103) con una de las porciones cilindricas (100a, 100b), siendo la disposición de esta pieza adicional (10) tal que las dos porciones cilindricas (100a, 100b) están entradas en el eje longitudinal Y y la corona anular (102) dispuesta concéntricamente con el primer devanado (8), estando una de las porciones cilindricas (100a) solidarizada con la parte de conexión mecánica (20) y estando la otra de las porciones cilindricas (100b) solidarizada con la placa circular de contacto (22), careciendo el hueco (80) del primer devanado (8) y el espacio entre la corona anular (102) y las dos porciones cilindricas (100a, 100b) de material.

2. Contacto eléctrico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el diámetro exterior del primer devanado y de la placa circular está comprendido entre 90 y 150 mm.

3. Ampolla de vacío (1) de media tensión que comprende al menos un contacto eléctrico (2, 3) de acuerdo con una

de las reivindicaciones 1 o 2.

4. Ampolla de vacío de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende un par de contactos eléctricos con un contacto fijo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2 y un contacto móvil (3) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2.

5. Disyuntor, como un disyuntor seccionador de alternador que comprende al menos una ampolla de vacío (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4.

6. Utilización de un disyuntor, como un disyuntor seccionador de alternador de acuerdo con la reivindicación 5, según la cual únicamente atraviesa a la ampolla de vacío una corriente de cortocircuito.