BRPI0621240A2 - descarregador de surtos com estrutura de gaiola - Google Patents

Abstract

'DESCARREGADOR DE SURTOS COM ESTRUTURA DE GAIOLA. A invenção refere-se a um descarregador de surtos contendo pelo menos um bloco varistor 1; dois encaixes de extremidade 3; um elemento de reforço 9 que mantém o bloco varistor 1 sob tensão nos encaixes de extremidade 3 e pelo menos um elemento de fixação 13, que retém o e!emenlo de reforço 9 em um furo 11 através de pelo menos um dos encaixes de extremidade 3. O elemento de reforço 13 é, de preferência, uma cunha que divide o elemento de reforço 9 e se escora nas paredes externas do furo passante 11. Como alternativa, dois ou mais elementos de reforço reforçados com fibra de vidro são retidos em um furo passante 11, e urna cunha entre esses elementos de reforço assegura que os elementos de reforço sejam retidos com um encaixe por força no encaixe de extremidade na área do furo passante 11.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DESCARREGADOR DE SURTOS COM ESTRUTURA DE GAIOLA"

A presente invenção trata de um descarregador de surtos com uma estrutura de gaiola, como a revelada, a título de exemplo, na JP 62-149511 (número do pedido). Nos sistemas de alimentação de energia, os descarregadores de surtos são conectados entre cinco linhas e à terra para dissipar qualquer sobretensão na linha à terra, e, dessa forma, proteger outros componentes no sistema de rede elétrica. Um descarregador de surtos desse tipo contém uma pilha de blocos varistores, conectada entre dois elementos de conexão ou encaixes de extremidade. Essa disposição é acomodada em uma carcaça.

Com o intuito de assegurar que os blocos varistores efetuem bom contato um com o outro mesmo quando sujeitos a cargas mecânicas, é necessário manter a pilha junta sob pressão. No caso de descarregadores de surtos com estrutura de gaiola, isso é feito por meio de elementos de reforço, geralmente hastes ou cabos, de preferência hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro (hastes GFC) mantidas sob tensão nos dois encaixes de extremidade.

Um dos problemas desse tipo de descarregador de surtos está em fixar os elementos de reforço de maneira segura nos encaixes de extremidade de modo a obter a resistência necessária mesmo na ocasião de cargas mecânicas, como as que ocorrem no caso de descarregadores de surtos instalados ao ar livre.

No pedido de patente japonês citado, esse problema é solucionado por meio de ranhuras na direção de empilhamento dos blocos varistores nos encaixes de extremidade, dentro das quais os elementos de reforço são inseridos, e munindo a extremidade dos elementos de reforço de uma rosca em que uma porca é rosqueada, cujo diâmetro é maior do que a ranhura no encaixe de extremidade, com isso retendo o elemento de reforço essencialmente por meio de um intertravamento.

Embora isso viabilize um projeto eficaz para um descarregador de surtos, há também o problema de formar a rosca dentro das hastes GFC usadas como elementos de reforço sem danificá-las. Esse processo é extremamente complexo e caro.

A Patente européia EP 93 915 343.3 revela outras formas possíveis de permitir a fixação dos elementos de reforço nos encaixes de extremidade de um descarregador de surtos. Particularmente, este documento propõe que os elementos de reforço sejam fixados por meio de um pino ou parafuso, que se estende perpendicularmente à direção longitudinal dos elementos de reforço e é passado através de um orifício através das hastes. Em seguida, o pino e o parafuso são retidos em um rebaixo ou orifício roscado correspondente no encaixe.

Embora seja muito mais simples formar um orifício na direção perpendicular à direção na qual as hastes GFC utilizadas com elementos de reforço se estendem do que formar uma rosca nelas, esse esquema apresenta o risco de enfraquecer os elementos de reforço na área do orifício, fazendo-os se romper.

Além disso, o pedido de patente europeu citado também revela a possibilidade de fixar os elementos de reforço no encaixe de extremidade por meio de cunhas. Para esse fim, uma cunha que se estende na direção do centro da pilha dos blocos varistores é posicionada entre cada elemento de reforço e uma superfície correspondentemente inclinada do encaixe de extremidade, e os dois são mantidos juntos, sujeitos à pressão radial, por uma parte externa do encaixe de extremidade. Quando cargas de tração são aplicadas aos elementos de reforço, a fricção estática faz com que as cunhas se unam, garantindo assim que os elementos de reforço sejam retidos com uma trava por fricção ou força entre a cunha associada e o encaixe de extremidade.

No referido descarregador de surtos proposto, os elementos de reforço são, de preferência, tiras delgadas, com cortes transversais na forma de segmentos circulares, compostas de material plástico reforçado com fibra de vidro, para serem precisas de tal forma que a curvatura do elemento de reforço reforçado com fibra de vidro corresponda ao raio de curvatura dos blocos varistores.

Esse projeto gera dificuldades quando a carcaça isolante é formada por fundição ou revestimento por extrusão, face à facilidade das cavidades em permanecerem entre o elemento plástico reforçado com fibra de vidro e os blocos varistores. Podem ocorrer descargas parciais em cavidades como essas, associadas ao risco de danos ao isolamento quando carregadas continuamente por aquecimento adicional e pelos canais de contornamento de erosão que se desenvolvem a partir do ponto de descarga parcial.

Além disso tudo, a fabricação dos elementos de reforço reforçados com fibra de vidro formados dessa maneira é complexa e cara.

O objetivo da presente invenção é oferecer um descarregador de surtos com estrutura de gaiola que evite as desvantagens supramencionadas e que seja próprio para produção em massa a baixo custo.

De acordo com a invenção, o objetivo é alcançado por um descarregador de surtos de acordo com a reivindicação 1 ou 2. As reivindicações dependentes estão relacionadas a aspectos vantajosos adicionais da invenção.

A invenção é descrita em detalhes no texto a seguir, tomando como referência os desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 ilustra uma vista geral de um descarregador de surtos do tipo comum, com a carcaça externa parcialmente cortada;

A Figura 2 ilustra uma vista plana do encaixe de extremidade do descarregador de surtos de acordo com a invenção;

A Figura 3 ilustra uma vista em seção ao longo da linha A-A na Figura 2; A Figura 4 ilustra uma vista em seção ao longo da linha B-B da Figura 2, com uma cunha inserida; e

A Figura 5 ilustra uma vista em seção ao longo da linha B-B da Figura 2, com uma cunha inserida, de acordo com uma segunda concretização.

O descarregador de surtos com estrutura de gaiola, conforme ilustrado na Figura 1, contém pelo menos um bloco varistor 1. Discos de cerâmica conhecidos, com uma resistência dependente da tensão elétrica (resistor variável), são utilizados como blocos varistores 1. Sob baixas tensões elétricas, eles operam praticamente como isoladores perfeitos, enquanto que sob alta tensão elétrica, apresentam boa condutividade. Os blocos varistores disponíveis no mercado são produzidos à base de óxido de zinco (ZnO). Entretanto, a invenção não se restringe a descarregadores de surtos de óxido de zinco desse tipo, podendo ainda ser utilizados outros óxidos metálicos, assim como carbeto de silício, por exemplo, para os blocos varistores. Além disso, além dos blocos varistores 1, a pilha também pode conter blocos adicionais, tais como blocos de metais ou blocos de espaço de centelha, para, desse modo, corresponder o comprimento do descarregador de surtos às exigências da respectiva aplicação a que se destina.

Os blocos varistores 1 atualmente comercializados são na forma de cilindros circulares com diâmetro de, por exemplo, 5 cm, e altura de aproximadamente 4 cm. Eletrodos de alumínio, não ilustrados em detalhes, são encaixados nos dois lados dos blocos varistores 1 a fim de assegurar melhor contato. Para melhorar ainda mais o contato, também é comum colocar discos de alumínio delgados (não ilustrados), ou ainda, elementos de mola, que também não são ilustrados, entre os blocos varistores 1.

Uma pilha, formada com o empilhamento de blocos varistores 1 tal como esses, e possivelmente, blocos de metal um em cima do outro, é retida entre dois encaixes de extremidade 3, no descarregador de surtos conforme ilustrado na Figura 1. Os encaixes de extremidade normalmente são formados de alumínio ou aço inoxidável e são projetados de modo que possam ser incluídos facilmente nas instalações elétricas ou redes de alimentação de energia elétrica existentes, por exemplo, por meio de um parafuso central 4, que se projeta para fora do descarregador de surtos e realiza contato elétrico satisfatório com os blocos varistores 1.

Para proteção contra o ambiente, esses descarregadores de surtos são circundados por uma carcaça externa 5, geralmente composta de silicone. A carcaça pode ser formada por pulverização ou fundição.

Telas 7 são formadas no exterior da carcaça 5, com o objetivo de prolongar o caminho de escoamento para a corrente.

Quando utilizados em ambiente externo, os descarregadores de surtos são sujeitos a momentos de flexão consideráveis decorrentes das forças transmitidas através das linhas elétricas conectadas a eles. Portanto, é necessário assegurar, mesmo quando sujeitos a cargas mecânicas relativamente consideráveis, que o contato entre os blocos varistores 1 e os encaixes de extremidade seja mantido, e que a fratura das bordas dos blocos varistores decorrente da inclinação entre os blocos varistores adjacentes seja evitada. Para obter tal efeito, hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro ou cabos 9 são fixados, como elementos de reforço, entre os dois encaixes de extremidade 3. Eles mantêm os blocos varistores 1 unidos entre os dois encaixes de extremidade 3 com carga de tração. Além do mais, algumas vezes também são inseridos elementos de mola na pilha de blocos varistores 1 para, dessa forma, assegurar o contato mesmo no caso de oscilações de temperatura ou algo similar.

No texto a seguir, os elementos de fixação são denominados hastes 9, sem que isso tenha a intenção de impor nenhuma restrição à invenção.

A Figura 2 ilustra uma vista plana de um encaixe de extremidade de um descarregador de surtos de acordo com a invenção. O encaixe de extremidade 3 é essencialmente na forma de um bloco circular cilíndrico, cujo diâmetro é maior do que o dos blocos varistores. Furos passantes 11, que passam ao longo da circunferência do encaixe de extremidade na direção de empilhamento, são formados na área radial do encaixe de extremidade, projetando-se para além dos blocos varistores. Um furo passante 25 adicional para o parafuso central 4, de preferência com uma rosca interna, é formado no centro do encaixe de extremidade.

Em pelo menos uma subseção, as seções transversais dos furos passantes 11 não são circulares, e, de preferência, se alargam na direção tangencial no lado do encaixe de extremidade voltado para longe dos blocos varistores.

A concretização ilustrada apresenta oito furos passantes, ainda que outros números também sejam possíveis, por exemplo, três ou quatro furos passantes 11.

A Figura 3 ilustra uma seção transversal através de um encaixe de extremidade 3 ao longo da linha A-A na Figura 2.

A Figura 4 ilustra uma vista detalhada de um furo passante 11 como esse, em uma vista em seção ao longo da linha B-B da Figura 2.

Como se pode ver neste exemplo, o furo passante 11 tem uma primeira seção cônica 11 b e uma segunda seção 11 a que se estende em linha reta. O formato da seção reta 11 a é projetado para corresponder à haste reforçada com fibra de vidro 9, de modo a circundá-1a com um encaixe exato. O furo passante tem, de preferência, uma seção transversal circular na área da segunda seção.

A primeira seção 11 b se alarga conicamente em uma direção. Prefere-se um ângulo de cerca de 5° como o ângulo de inclinaçã das superfícies cônicas. Conforme ilustrado na Figura 4, uma haste de plástico reforçada com fibra de vidro 9 é retida no furo passante 11 e uma cunha 13 é cravada na haste 9, de modo a dividá-la.

Várias hastes de plástico reforçado com fibra de vidro são fixadas dessa forma no encaixe de extremidade 3 nos dois lados da pilha de blocos varistores com as cunhas 13, ao longo da circunferência dos blocos varistores.

Para tornar mais fácil a inserção das cunhas, é possível munir as hastes reforçadas com fibra de vidro de um entalhe em suas superfícies de extremidade, dentro do qual as cunhas são cravadas durante a produção.

O projeto dos encaixes de extremidade 3, de acordo com a invenção, com seus furos passantes Ilea seção cônica 11b, juntamente com a cunha 13 e as hastes reforçadas com fibra de vidro 9, resulta em que as duas metades da haste reforçada com fibra de vidro 9 são pressionadas firmemente contra as parees laterais estendidas obliquamente da tampa de seção cônica na área em que essa haste 9 é dividida. Essa conexão com cunha se torna ainda mais firme com a aplicação de uma carga de tração às hastes de plástico reforçadas com fibra de vidro9, com a haste reforçada com fibra de vidro sendo retida por um encaixe forçado no furo 11 através do encaixe de extremidade 3. Testes comprovaram que isso permite que as hastes reforçadas com fibra de vidro 9 sejam montadas nos encaixes de extremidade 3 de maneira a assegurar que elas sejam retidas firmemente até que as hastes reforçadas com fibra de vidro 9 atinjam seu ponto de ruptura.

Para aperfeiçoar a conexão entre a cunha 13 e as hastes reforçadas com fibra de vidro 9, é possível formar bordas cortantes nas superfícies da cunha 13 perpendicularmente à direção da haste de plástico reforçada com fibra de vidro 9, penetrando por corte na haste reforçada com fibra de vidro 9 quuando carregada.

Com o objetivo de proteger a conexão da cunha e todo o descarregador de surtos contra a umidade, é possível vedar o furo passante 11 com um composto de silicone após a inserção das hastes e das cunhas.

Durante a produção, um encaixe de extremidade 3 é, antes de tudo, provido de hastes reforçadas com fibra de vidro 9 e as cunhas 13 são inseridas. Os blocos varistores 1 são inseridos, a partir do lado aberto, dentro da "gaiola" que é assim formada, processo este durante o qual se deve tomar cuidado para assegurar que os blocos varistores sejam dispostos de forma centralizada e que uma distância constante seja mantida entre suas superfícies externas e as hastes de plástico reforçadas com fibra de vidro 9. Uma ou mais molas cônicas podem ser inseridas na pilha de blocos varistores. Da mesma forma,calços e blocos de alumínio podem ser usados para corresponder o comprimento da pilha conforme apropriado à aplicação desejada.

Uma vez inseridos os discos varistores e as molas cônicas, o segundo encaixe de extremidade 3 é encaixado, com as hastes reforçadas com fibra de vidro 9 sendo passadas através dos furos passantes apropriados 11. Com toda a pilha sendo pressionada junta pela força externa, as cunhas 13 são então cravadas nass hastes, e os parafusos 4 são introduzidos nos encaixes de extremidade 3 a fim de realizar contato com os blocos varistores 1.

A gaiola formada dessa maneira com os blocos varistores 1 acomodados nela é colocada em um molde e é revestida por extrusão ou pulverizada com um silicone de baixa viscosidade de modo a formar a carcaça externa 5, se desejado, com as telas 7. Conforme ilustrado, as hastes reforçadas com fibra de vidro de acordo com a invenção têm, de preferência, uma secção transversal circular. Isso significa que as hastes 9 podem ser totalmente circundadas com relativa facilidade com o silicone de baixa viscosidade, e que o silicone de baixa viscosidade também penetra completamente no espaço entre as hastes reforçadas com fibra de vidro 9 e a superfície externa dos blocos varistores 1. Em comparação com a seção transversal na forma de segmentos circulares da técnica anterior, a seção transversal circular oferece a importante vantagem de que há apenas uma pequeníssima área em que a distância entre as hastes 9 e os blocos varistores 1 é mínima. Essa pequena área pode ser preenchida sem nenhum problema com o auxílio dos silicones convencionais de baixa viscosidade e das técnicas de fundição e pulverização conhecidas. As hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro 9 com seção transversal circular encontram-se disponíveis no mercado e têm baixo custo de fabricação.

A Figura 5 ilustra uma Segunda concretização de acordo com a invenção. Nesta concretização, o furo passante 11 tem uma seção transversal oval através de toda a sua extensão. Entretanto, a divisão do furo passante 11 em uma seção reta Ilae uma seção cônica 1 Ib é retida. As duas seções Ilae 1 Ib do furo passante nesta concretização diferem apenas no tamanho do eixo geométrico principal da oval.

De acordo com a segunda concretização, duas hastes semicirculares de plástico reforçadas com fibra de vidro 9 são inseridas em cada furo passante 11. Sobra um vão por todo o comprimento do descarregador de surtos entre as duas hastes 9 em um furo passante. O tamanho desse vão pode ser de cerca de 5 mm, embora larguras de vão maiores ou menores também sejam possíveis.

Hastes reforçadas cm fibra de vidro 9 desse tipo com uma seção transversal semicircular podem ser formadas com relativa facilidade por trefilação, pela escolha de uma ferramenta adequada para a produção das hastes. De acordo com a invenção, nesta concretização, as hastes 9 e a cunha 13 associada são dispostas de modo que o vão entre as duas hastes 9 em um furo passante 1 se estenda radialmente em relação à pilha de blocos varistores 1. Isso tem como vantagem o fato de que, durante a construção da carcaça externa, o silicone de baixa viscosidade pode penetrar melhor e com mais eficiência no espaço entre as hastes 9 e os blocos varistores 1.

Como no caso da primeira concretização, também é possível, no caso da presente concretização, munir a cunha 13 de bordas cortantes correspondentes, com o intuito de aumentar a força de conexão entre a cunha 13 e as hastes reforçadas com fibra de vidro 9.

Mais uma vez, testes com esta concretização demonstraram que a conexão por cunha das hastes de plástico reforçadas com fibra de vidro 9 com o encaixe de extremidade 3 é mantida ate o ponto de ruptura das hastes reforçadas com fibra de vidro 9. A construção antecipada na forma de duas hastes semicirculares de plástico reforçadas com fibra de vidro 9, em comparação com a divisão de uma única haste 9 com uma cunha de aacordo com a primeira concretização, oferece a vantagem de tornar possível evitar danos às hastes 9.

Embora as concretizações preferidas da invenção tenham sido descritas, a invenção não se limita a elas. Particularmente, não há a necessidade de fixar as hastes de plástico reforçadas com fibra de vidro 9 nos dois encaixes de extremidade 3 da mesma forma. Por exemplo, em vez de hastes reforçadas com fibra de vidro 9, também é possível usar "cabos", caso este em que eles são guiados sobre um ombro em um dos dois encaixes de extremidade para fins de fixação, e são fixados nos elementos de fixação de acordo com a invenção apenas no encaixe de extremidade oposto.

Claims (7)

1. Descarregador de surtos, compreendendo: pelo menos um bloco varistor (1); dois encaixes de extremidade (3), que são dispostos em lados opostos do bloco varistor (1); pelo menos um elemento de reforço (9) que mantém o bloco varistor (1) e os encaixes de extremidade (3) juntos; pelo menos um elemento de fixação (13) que retém o elemento de reforço (9) em um furo (11) através de pelo menos um dos encaixes de extremidade (3); caracterizado pelo fato de que o elemento de fixação (13) é uma cunha que divide o elemento de reforço (9) em sua direção longitudinal e o escora contra as paredes externas do furo passante (11).

2. Descarregador de surtos, compreendendo: pelo menos um bloco varistor (1); dois encaixes de extremidade (3), que são dispostos em lados opostos do bloco varistor (1); pelo menos dois elementos de reforço (9) que mantêm o bloco varistor (1) e os encaixes de extremidade (3) juntos; pelo menos um elemento de fixação (13) que retém o elemento de reforço (9) em um furo (11) através de pelo menos um dos encaixes de extremidade (3); caracterizado pelo fato de que pelo menos dois elementos de reforço (9) são retidos no furo (11) através de um encaixe de extremidade (3), com o elemento de fixação (13) sendo uma cunha comum que escora os elementos de reforço (9) em um furo passante (11) um contra o outro e contra as paredes externas do furo passante (11).

3. - Descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o bloco ou blocos varistores são formados de um óxido metálico, de preferência óxido de zinco.

4. - Descarregador de surtos, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os encaixes de extremidade (3) são formados de um metal, preferencialmente de alumínio.

5. - Descarregador de surtos, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o descarregador de surtos tem uma carcaça (5) com telas (7).

6. -Descarregador de surtos, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o alojamento externo (5) é formado por pulverização ou fundição com silicone de baixa viscosidade.

7. - Descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um vão é formado entre os elementos de reforço reforçados com fibra de vidro (9) de um furo passante (11) por todo o comprimento do descarregador de surtos.