Interruptor de vacío.

Un conjunto de interruptor de vacío que comprende al menos un interruptor de vacío (10),

incluyendo el interruptor de vacío o cada interruptor de vacío una caja estanca al vacío; primera y segunda varillas eléctricamente conductoras (26, 28), estando un primer extremo de cada varilla adaptado para ser conectado, en uso, a una red eléctrica (42, 44); estando un primer electrodo (30) montado cerca de o en un segundo extremo de la primera varilla (26); una bobina ranurada (38); y un segundo electrodo (32); en el que el primer electrodo y la bobina ranurada están situadas dentro de la caja estanca al vacío y las varillas están posicionadas para situar al menos una parte del primer electrodo dentro de la bobina ranurada; caracterizado porque la bobina ranurada está montada operativamente en un segundo extremo de la segunda varilla y porque el segundo electrodo está montado en una superficie interior de la bobina ranurada.

Interruptor de vacío La presente invención se refiere a un conjunto de interruptor de vacío y a un aparato que incorpora el conjunto interruptor de vacío.

La operación de redes de transmisión y distribución de corriente continua (HVDC) de alta tensión de múltiples terminales implica la conmutación de corriente de carga y fallas/cortocircuito en las redes de alimentación de CC. La disponibilidad de componentes de conmutación para realizar dicha conversión permite la flexibilidad en la planificación y el diseño de aplicaciones HVDC tales como líneas HVDC paralelas con una línea de derivación o un circuito de bucle cerrado.

Una solución conocida para la conmutación de corriente de carga y fallas/cortocircuito es el uso de interruptores basados en semiconductores, que se utilizan típicamente en la transmisión HVDC de alta potencia de punto a punto. El uso de interruptores basados en semiconductores da lugar a una conmutación más rápida y valores de corriente de fallo de paso más pequeños. Las desventajas del uso de tales interruptores sin embargo incluyen las altas pérdidas directas, la sensibilidad a los transitorios y la falta de aislamiento tangible cuando los dispositivos se encuentran en su estado de desconexión.

Otra solución conocida para la conmutación de corriente de carga y fallas/cortocircuito es un interruptor de vacío. El funcionamiento del interruptor de vacío se basa en la separación mecánica de los contactos conductores de la electricidad para abrir el circuito eléctrico asociado. Un interruptor de vacío como tal es capaz de permitir la máxima magnitud de la corriente CA continua con una capacidad de interrupción de corriente de cortocircuito alta.

El interruptor de vacío convencional sin embargo muestra un desarrollo deficiente en la interrupción de la corriente CC, debido a la ausencia de corriente nula. Aunque es factible utilizar el interruptor de vacío convencional para interrumpir corrientes bajas de CC de hasta unos pocos cientos de amperios debido a la inestabilidad de un arco a corrientes bajas, tal procedimiento no solo es poco fiable, sino también es incompatible con los niveles de corriente que se encuentran típicamente en aplicaciones de HVDC.

Es posible realizar la interrupción de corriente CC usando interruptores de vacío convencionales mediante la aplicación de una corriente forzada cero o creando artificialmente una corriente nula. Este procedimiento de interrupción de la corriente DC consiste en conectar un circuito auxiliar en paralelo a través del interruptor de vacío convencional, comprendiendo el circuito auxiliar un condensador o una combinación de un condensador y un inductor. El circuito auxiliar permanece aislado por una separación de la chispa durante el funcionamiento normal del interruptor en vacío.

Cuando los contactos del interruptor de vacío comienzan a separarse, la separación de encendido de la chispa se enciende para introducir una corriente oscilatoria de magnitud suficiente a través del interruptor de vacío y de ese modo forzar la corriente a través del interruptor para pasar a través de una corriente nula. Esto permite que el interruptor de vacío interrumpa con éxito la corriente CC. Tal disposición sin embargo se vuelve compleja, costosa y consumidora de espacio debido a la necesidad de integrar los componentes adicionales del circuito auxiliar. El documento DE 3818510 A1 divulga un conjunto de interruptor de vacío según el preámbulo de la reivindicación 1.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un conjunto de interruptor de vacío que comprende al menos un interruptor de vacío, incluyendo el interruptor de vacío o cada interruptor de vacío una caja estanca al vacío; primera y segunda varillas conductoras de la electricidad, estando un primer extremo de cada varilla adaptado para ser conectado, durante el uso, a una red eléctrica; estando un primer electrodo montado cerca de o en un segundo extremo de la primera varilla; estando una bobina ranurada montada operativamente en un segundo extremo de la segunda varilla; y estando un segundo electrodo montado en una superficie interior de la bobina ranurada, en la que el primer electrodo y la bobina ranurada se encuentran dentro de la caja estanca al vacío y las varillas están posicionadas para situar al menos una parte del primer electrodo en el interior de la bobina ranurada.

La disposición anterior del primer electrodo y la bobina ranurada en el interruptor de vacío permite la generación de 55 un campo magnético axial auto-inducido que es perpendicular a la corriente de arco trazada entre los primero y segundo electrodos durante el proceso de interrupción de la corriente. En presencia del campo magnético axial, la tensión de arco comienza a elevarse, mientras que la corriente de arco comienza a caer rápidamente hasta que alcanza un valor inferior al valor de corriente de corte del material del electrodo. En este punto la corriente cae instantáneamente a cero, lo que resulta en la recuperación dieléctrica completa y la exitosa interrupción de la corriente. La capacidad de crear una corriente nula de esta manera, por tanto, vuelve al conjunto de interruptor de vacío compatible para su uso como un interruptor de ruptura de carga o un interruptor de circuito en ambas redes de CA y CC.

La generación del campo magnético axial auto-inducido elimina la necesidad de incorporar equipos adicionales en el 65 conjunto de interruptor de vacío para generar el campo magnético axial requerido y de ese modo reduce la complejidad de la disposición del conjunto de interruptor de vacío. Como tal, el diseño comparativamente más simple

del conjunto de interruptor de vacío tiene el efecto de reducir la cantidad de espacio necesario para el montaje y los costes de instalación asociados, mientras que el número reducido de componentes en el conjunto de interruptor de vacío mejora la fiabilidad del proceso de interrupción de la corriente.

La forma de la bobina ranurada puede variar, dependiendo de los requisitos de diseño del interruptor de vacío. La bobina ranurada puede, por ejemplo, incluir, o bien solo una única ranura, que se extiende preferiblemente alrededor del perímetro completo de la bobina, o una pluralidad de ranuras.

En realizaciones de la invención, el primer electrodo puede incluir una primera porción de electrodo montada en el segundo extremo de la primera varilla. En tales realizaciones, el primer electrodo puede incluir además una segunda porción de electrodo montada alrededor de la circunferencia de la primera varilla y adyacente a la primera porción de electrodo.

La forma del primer electrodo varía dependiendo de la disposición del interruptor de vacío, que puede ser diseñado de manera que la posición de las varillas está fijada una con respecto a la otra, o que al menos un vástago es amovible con relación a la otra varilla.

En otras realizaciones, la bobina ranurada puede incluir una base de apoyo que está montada en el segundo extremo de la segunda varilla.

El uso de una base de soporte que forma parte de la bobina ranurada no solo proporciona soporte estructural para la bobina ranurada, sino que también proporciona una superficie para el montaje de un electrodo adicional, si se desea.

Preferiblemente cada electrodo está hecho de un material refractario, que puede ser seleccionado de un grupo de cromo-cromo, cobre-tungsteno, cobre carburo de tungsteno, tungsteno, cromo o molibdeno.

Tales materiales refractarios son compatibles para su uso como material de electrodo en un interruptor de vacío no solo a causa de su resistencia de contacto eléctrico baja y sus propiedades de valor de corriente de corte altas, sino también debido a su capacidad para resistir los efectos del arco y ayudar en la resistencia dieléctrica después de la interrupción de la corriente.

En realizaciones de la invención, al menos una varilla puede ser móvil en relación con la otra varilla para abrir o cerrar una separación entre los segundos extremos de las varillas.

En tales realizaciones que emplean una base de soporte montada en el segundo extremo de la segunda varilla, el interruptor de vacío o cada interruptor de vacío puede incluir además un tercer electrodo montado en la base de apoyo, los primero y tercer electrodos definiendo superficies de contacto opuestas y al menos una varilla es movible con relación a la otra varilla para abrir o cerrar una separación entre las superficies de contacto opuestas.

La capacidad para mover al menos una varilla con relación a la otra varilla permite que las superficies de contacto opuestas se pongan en contacto, lo que resulta en una baja resistencia de contacto entre las varillas y de este... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de interruptor de vacío que comprende al menos un interruptor de vacío (10) , incluyendo el interruptor de vacío o cada interruptor de vacío una caja estanca al vacío; primera y segunda varillas eléctricamente conductoras (26, 28) , estando un primer extremo de cada varilla adaptado para ser conectado, en uso, a una red eléctrica (42, 44) ; estando un primer electrodo (30) montado cerca de o en un segundo extremo de la primera varilla (26) ; una bobina ranurada (38) ; y un segundo electrodo (32) ; en el que el primer electrodo y la bobina ranurada están situadas dentro de la caja estanca al vacío y las varillas están posicionadas para situar al menos una parte del primer electrodo dentro de la bobina ranurada; caracterizado porque la bobina ranurada está montada operativamente en un segundo extremo de la segunda varilla y porque el segundo electrodo está montado en una superficie interior de la bobina ranurada.

2. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la bobina ranurada incluye solo una única ranura. 15

3. Un interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la bobina ranurada incluye una pluralidad de ranuras.

4. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el primer electrodo incluye una primera porción de electrodo (30a) montada en el segundo extremo de la primera varilla.

5. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el primer electrodo incluye además un segundo electrodo (30b) montado alrededor de la circunferencia de la primera varilla y adyacente a la primera porción de electrodo.

6. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la bobina ranurada incluye una base de soporte (36) montada en el segundo extremo de la segunda varilla.

7. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que cada electrodo está hecho de un material refractario.

8. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el material refractario está seleccionado de un grupo de cromo-cromo, cobre-tungsteno, cobre carburo de tungsteno, tungsteno, cromo o molibdeno.

9. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que al menos una varilla es amovible con relación a la otra varilla para abrir o cerrar una separación entre los segundos extremos de las varillas.

10. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 9 cuando depende de la reivindicación 6, en el que el interruptor o cada interruptor de vacío incluye además un tercer electrodo (34) montado en la base de apoyo, definiendo el primer y el tercer electrodos superficies de contacto opuestas, y al menos una varilla es movible con relación a la otra varilla para abrir o cerrar un separación entre las superficies de contacto opuestas.

11. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que la o cada caja estanca al vacío incluye, además, un fuelle tubular (24) con un orificio de separación, estando el fuelle tubular o cada fuelle tubular conectado operativamente a al menos una varilla y siendo controlable para expandirse o contraerse para mover una varilla con relación a la otra varilla para abrir o cerrar una separación entre los segundos extremos de las varillas.

12. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el interruptor o cada interruptor de vacío incluye además una bobina auxiliar (46) situada fuera de la caja estanca al vacío, siendo la bobina auxiliar controlable para proporcionar un campo magnético pulsado dentro de la caja estanca al vacío.

13. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 12 cuando depende de la reivindicación 7, en el que el material refractario es de cobre y cromo, cobre y tungsteno, cobre carburo de tungsteno, tungsteno, cromo, molibdeno o plata carburo de tungsteno.

14. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las posiciones de los segundos extremos de las varillas están fijadas una respecto a la otra.

15. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 14, que incluye además un circuito de conmutación de derivación (52) y un circuito de encendido (54) , incluyendo el interruptor o cada interruptor de vacío

además un electrodo auxiliar (50) situado coaxialmente en un orificio central de la primera varilla (26) , sobresaliendo un extremo del electrodo auxiliar desde el segundo extremo de la primera varilla, estando el circuito de conmutación

de derivación conectado operativamente al o cada interruptor de vacío y siendo controlable para desviar la corriente para desviarse del interruptor o de cada interruptor de vacío, estando el circuito de encendido operativamente conectado al o cada electrodo auxiliar y siendo controlable para establecer una corriente de descarga entre el primer y segundo electrodos.

16. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el circuito de encendido incluye un interruptor de encendido por chispa (66) .

17. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con la reivindicación 15 o la reivindicación 16, en el que el

circuito de conmutación de derivación incluye al menos un interruptor semiconductor o al menos un interruptor mecánico.

18. Un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior que incluye una pluralidad de interruptores de vacío conectados en serie y/o conectados en paralelo. 15

19. Un aparato que comprende circuitos primario y secundario, incluyendo el circuito primario (56) un conjunto de interruptor de vacío de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, incluyendo el circuito secundario (58) una conexión en serie de al menos un condensador (62) , al menos un inductor (64) y un interruptor de encendido por chispa (66) , en el que los circuitos primario y secundario están conectados en paralelo.

20. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 19, en el que el circuito primario incluye además al menos un conmutador de plasma conectado en serie con el conjunto de interruptor de vacío.