BRPI0904572B1 - dispositivo de comando elétrico para interromper uma corrente direta bidirecional e instalação com células fotovoltaicas equipada com esse dispositivo - Google Patents

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BRPI0904572B1
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Eric Domejean
Serge Paggi
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Schneider Electric Industries Sas.
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Abstract

DISPOSITIVO DE COMANDO ELÉTRICO PARA INTERROMPER UMA CORRENTE DIRETA BIDIRECIONAL E INSTALAÇÃO COM CÉLULAS FOTOVOLTAICAS EQUIPADA COM ESSE DISPOSITIVO. Um dispositivo de comando elétrico (1) para interromper uma corrente direta em uma linha elétrica (3), que compreende pelo menos dois terminais de conexão (EI, SI) e um número par (Np) de pares de contatos separáveis (II, 12) de condutos de arco (14, 15) associados a pares distintos de contatos separáveis, e mecanismos de desengate associados a pares distintos de contatos separáveis e ligados um ao outro por uma ligação mecânica, sendo que cada conduto de arco está dotado de uma câmara de extinção (43, 44) e de ímãs permanentes (47, 48, que apresentam uma polaridade que um arco elétrico (52) seja removido para a referida câmara de extinção, quando a corrente está correndo na linha elétrica em uma direção predefinida, sendo que a referida direção predefinida é diferente para uma metade dos condutos de arco.

Description

DISPOSITIVO DE COMANDO ELÉTRICO PARA INTERROMPER UMA CORRENTE DIRETA BIDIRECIONAL E INSTALAÇÃO COM CÉLULAS FOTOVOLTAICAS EQUIPADA COM ESSE DISPOSITIVO Antecedentes da Invenção
[0001] A presente invenção refere-se à área de dispositivos de comando elétrico, particularmente, a dispositivos para interromper correntes diretas bidirecionais, particularmente, correntes diretas de baixa intensidade, isto é, correntes com uma intensidade que varia de 0,5 a 150 Amps.
[0002] A invenção refere-se a um dispositivo de comando elétrico para interromper, particularmente, uma corrente direta em pelo menos uma linha elétrica, qualquer que seja a direção de corrente da referida corrente na referida linha, sendo que o referido dispositivo compreende:
  • - pelo menos dois terminais de conexão,
  • - um número par predefinido de contatos separáveis, que compreende dois contatos conectados eletricamente aos referidos terminais de conexão,
  • - um número de condutos de arco igual ao referido número par predefinido, sendo que cada conduto de arco está associado a um par distinto de contatos separáveis, sendo que cada conduto de arco está dotado de uma câmara de formação de arco, uma câmara de extinção de arco e ímãs permanentes, que apresentam uma polaridade que possibilita que um arco elétrico seja removido para a referida câmara de extinção de arco, quando a corrente na pelo menos uma linha elétrica está correndo em uma direção predefinida, sendo que a referida direção de corrente da corrente predefinida é diferente para uma parte dos condutos de arco.
[0003] A invenção também se refere a uma instalação com células fotovoltaicas, equipada com esse dispositivo de comando elétrico.
Estado da Técnica
[0004] A Patente US 5004874 descreve um aparelho de comando elétrico previsto para ser ligado a uma linha elétrica, na qual uma corrente direta bidirecional está corrente, sendo que o referido aparelho compreende dois pares de contatos separáveis, incluindo um contato estacionário e um contato móvel para cada par, sendo que os contatos móveis estão montados fixamente no mesmo suporte condutor, para formar uma única ponte de contato. O aparelho de comando elétrico compreende, ainda, dois condutos de arco e dois terminais de conexão, conectados eletricamente aos contatos estacionários. Esse aparelho de comando elétrico possibilita que a ponte de contato seja aberta, removendo um arco elétrico formado entre um ou o outro dos pares de contatos separáveis para o conduto de arco associado ao referido par de contatos, de acordo com a direção de corrente da corrente na linha elétrica.
[0005] O aparelho de comando elétrico descrito nessa patente não compreende nenhum meio de desengate, que possibilita que a ponte de contato seja aberta no caso de uma falha elétrica. Além disso, uma deficiência desse aparelho de comando elétrico é que ele possibilita apenas a conexão em uma única linha elétrica e não possibilita que o número de condutos de arco seja facilmente adaptado e otimizado de acordo com a voltagem dos terminais do referido aparelho. Outra deficiência desse aparelho de comando elétrico é que ele é volumoso.
Sumário da Invenção
[0006] O objeto da invenção é corrigir as limitações e deficiência de dispositivos de comando elétrico da técnica anterior propondo um dispositivo de comando elétrico para interromper, particularmente, uma corrente direta em pelo menos uma linha elétrica, qualquer que seja a direção de corrente da referida corrente na referida linha, sendo que o referido dispositivo compreende:
  • - pelo menos dois terminais de conexão,
  • - um número par predefinido de contatos separáveis, que compreende dois contatos conectados eletricamente aos referidos terminais de conexão,
  • - um número de condutos de arco igual ao referido número par predefinido, sendo que cada conduto de arco está associado a um par distinto de contatos separáveis, sendo que cada conduto está dotado de uma câmara de formação de arco, uma câmara de extinção de arco e ímãs permanentes, que apresentam uma polaridade que possibilita que um arco elétrico seja removido para a referida câmara de extinção de arco, quando a corrente na pelo menos uma linha elétrica está corrente em uma direção predefinida, sendo que a referida direção de corrente predefinida da corrente é diferente para uma parte dos condutos de arco.
[0007] O referido dispositivo está caracterizado pelo fato de que ele compreende um número de mecanismos de desengate igual ao referido número par predefinido, sendo que cada mecanismo de desengate está associado a um dos referidos pares de contatos separáveis, para separar os contatos separáveis do referido par, em resposta a uma falha elétrica na pelo menos uma linha elétrica, sendo que os referidos mecanismos de desengate estão conectados um ao outro por uma ligação mecânica possibilitando que os referidos pares de contatos separáveis sejam abertos simultaneamente.
[0008] A direção predefinida da corrente da corrente é, de preferência, diferente para uma metade dos condutos de arco.
[0009] A câmara de extinção de arco de cada conduto está formada, de preferência, por uma pilha de placas de desionização.
[00010] O dispositivo de comando elétrico é, de preferência, do tipo modular e compreende um número de módulos igual ao referido número par predefinido, sendo que cada módulo compreende:
  • - um dos referidos pares de contatos separáveis,
  • - o conduto de arco associado ao referido par de contatos separáveis,
  • - o mecanismo de desengate associado ao referido par de contatos separáveis, e
  • - um terminal de alimentação e um terminal de entrada, em cada caso, eletricamente conectados a um e ao outro dos referidos contatos separáveis.
[00011] Cada módulo está, de preferência, alojado em uma carcaça, que compreende dois painéis principais paralelos, sendo que os referidos módulos estão unidos um ao outro por meio de seus painéis principais. Cada par de contatos separáveis compreende, vantajosamente, um contato móvel, capaz de mover-se ao longo de um eixo substancialmente paralelo aos painéis principais. Os contatos móveis de cada par de contatos separáveis estão, de preferência, todos eles dispostos no mesmo lado do referido dispositivo.
[00012] A câmara de formação de arco de cada conduto está delineada, de preferência, por uma primeira e uma segunda parte lateral, que se estende em uma direção paralela aos painéis principais dos módulos, sendo que os ímãs permanentes do referido conduto de arco estão dispostos atrás de pelo menos o primeiro lado lateral e apresentam uma polaridade que possibilita que seja gerado um campo magnético, orientado em uma direção substancialmente perpendicular aos referidos painéis principais. A cama de formação de arco de cada conduto de arco compreende, vantajosamente;
  • - uma seção de indução aumentada, que compreende uma primeira parte dos ímãs permanentes do referido conduto de ar, que geram um campo magnético possibilitando que o arco elétrico seja impelido, sendo que a primeira parte dos ímãs permanentes compreende duas frações magnetizadas dispostas atrás de cada um dos lados laterais, e
  • - uma seção de desvio, que compreende uma segunda parte dos referidos ímãs permanentes, que geram um campo magnético ao longo de um eixo longitudinal, que é substancialmente mais fraco do que o campo gerado pela primeira parte dos ímãs permanentes e possibilita que o arco elétrico seja desviado com relação ao eixo longitudinal.
[00013] De acordo com uma modalidade, um dispositivo de comando elétrico está previsto para interromper em uma única linha elétrica, os terminais de conexão, que compreendem um primeiro terminal de alimentação e um primeiro terminal de entrada, previstos para ser conectados em série na referida linha elétrica.
[00014] O dispositivo de comando elétrico compreende, de preferência, pelo menos dois módulos, sendo que o primeiro terminal de alimentação é o terminal de alimentação de um primeiro módulo e o primeiro terminal de entrada é o terminal de entrada de um segundo módulo, sendo que o terminal de entrada do primeiro módulo está conectado ao terminal de alimentação do segundo módulo. Vantajosamente, o primeiro terminal de alimentação e o primeiro terminal de entrada estão dispostos no mesmo lado, e os ímãs permanentes dos condutos de arco no primeiro e no segundo módulo apresentam polaridades idênticas, para gerar campos magnéticos orientados na mesma direção.
[00015] Alternativamente, o dispositivo de comando elétrico compreende quatro módulos, sendo que o terminal de entrada do primeiro módulo está conectado ao terminal de alimentação de um terceiro módulo, o terminal de entrada do referido terceiro módulo está conectado ao terminal de alimentação de um quarto módulo, o terminal de entrada do referido quarto módulo está conectado ao terminal de alimentação do segundo módulo.
[00016] De acordo com outra modalidade, o dispositivo de comando elétrico está previsto para interrupção em duas linhas elétricas e os terminais de conexão compreendem um primeiro terminal de alimentação e um primeiro terminal de entrada, previsto para ser ligado em série em uma das referidas linhas, e um segundo terminal de alimentação e um segundo terminal de entrada, previstos para ser ligados em série na outra das referidas linhas.
[00017] O dispositivo compreende, de preferência, apenas dois módulos, sendo que o primeiro terminal de alimentação e o primeiro terminal de entrada são os terminais de alimentação e de entrada de um primeiro módulo, o segundo terminal de alimentação e o segundo terminal de entrada são os terminais de alimentação e de entrada de um segundo módulo.
[00018] Alternativamente, o dispositivo compreende quatro módulos combinando dois dispositivos de comando elétrico, previstos para interromper uma única linha elétrica, sendo que o primeiro terminal de alimentação e o primeiro terminal de entrada de um dos referidos dispositivos corresponde, em cada caso, ao segundo terminal de alimentação e ao segundo terminal de entrada.
[00019] Os módulos, de preferência, são indissociáveis.
[00020] A invenção também se refere a uma instalação com células fotovoltaicas, que compreende pelo menos um painel sobre o qual as referidas células estão dispostas, sendo que o referido painel está conectado a duas linhas elétricas previstas para fornecer energia elétrica na forma de corrente direta, sendo que a instalação está caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um dispositivo de comando elétrico, tal como descrito acima, que compreende pelo menos dois terminais de conexão conectados à referida pelo menos uma linha elétrica.
Breve Descrição dos Desenhos
[00021] Figura 1 é um corte transversal longitudinal simplificado de um dispositivo de comando elétrico modular de acordo com a invenção, que possibilita a montagem em série sobre uma única linha elétrica.
[00022] Figura 2 representa esquematicamente os mecanismos de desengate e de comutação do dispositivo de comando elétrico representado na figura 1.
[00023] Figura 3 é um diagrama, que ilustra a remoção de um arco elétrico para a câmara de extinção de um conduto de arco.
[00024] Figura 4 é um diagrama similar ao da figura 2, que ilustra a remoção de um arco elétrico da câmara de extinção.
[00025] Figura 5 é uma vista parcial de um módulo de dispositivo de comando elétrico de acordo com a invenção.
[00026] Figura 6 é um corte transversal longitudinal simplificado do módulo representado na figura 4, ao longo de uma linha de corte transversal A-A’.
[00027] Figura 7 é um corte transversal longitudinal simplificado de um dispositivo de acordo com uma modalidade, que compreende duas unidades de pólo, e que é apropriado para montagem em série sobre duas linhas elétricas de polaridades opostas.
[00028] Figura 8 é um corte transversal longitudinal simplificado de um dispositivo de acordo com outra modalidade, que compreende quatro unidades de pólo, e que é apropriado para montagem em série sobre duas linhas elétricas de polaridades opostas.
[00029] Figura 9 é um corte transversal longitudinal simplificado de um dispositivo de acordo com ainda outra modalidade, que compreende duas unidades de pólo, e que é apropriado para montagem em série sobre uma única linha elétrica.
[00030] Figura 10 representa um exemplo de uso de dispositivos de comando elétrico apropriados para montagem em série sobre uma única linha elétrica em uma instalação com células fotovoltaicas.
[00031] Figura 11 representa um exemplo de uso de dispositivos de comando elétrico apropriados para montagem em série sobre duas linhas elétricas de polaridades opostas em outro tipo de instalação com células fotovoltaicas.
Descrição Detalhada de uma Modalidade
[00032] Com referência à figura 1, o dispositivo de comando elétrico 1 está montado em série sobre uma linha elétrica 3, que está conectada por meio de terminais de conexão E1 e S1. O dispositivo de comando elétrico 1 compreende duas unidades de pólo, referidas como primeiro módulo 5 e segundo módulo 7, devido aos tamanhos substancialmente idênticos de suas respectivas carcaças. Esses módulos estão unidos um ao outro de modo indissociável por meio de seus painéis principais 9. Cada módulo 5, 7 compreende um par de contatos separáveis 11, 12, um conduto de arco 14, 15 e um mecanismo de desengate. Cada módulo 5, 7 compreende, ainda, um terminal de alimentação 21, 23 e um terminal de entrada 22, 24, sendo que os referidos terminais estão conectados eletricamente a um e ao outro dos referidos contatos separáveis. O terminal de alimentação 21 do primeiro módulo 5 e o terminal de entrada 24 do segundo módulo 7 correspondem aos terminais de conexão, em cada caso, referidos como E1 e S1.
[00033] Tal como pode ser visto na figura 2, mecanismos de desengate 27, 28 de cada módulo 5, 7 estão ligados um ao outro por uma ligação mecânica 29, que possibilita que d]todos os pares 11, 12 de contatos separáveis sejam abertos simultaneamente após a ocorrência de uma falha elétrica na linha elétrica 3. O mecanismo de desengate de cada módulo compreende, em geral, meios de desengate térmicos 31 e meios de desengate magnéticos 32. Cada módulo 5, 7 do dispositivo de comando elétrico pode compreender, ainda, um puxador 33, 34, possibilitando que os contatos separáveis sejam abertos ou fechados manualmente. Os puxadores estão ligados, em geral, um ao outro por uma barra 35, possibilitando que todos os pares 11, 12 de contatos separáveis sejam abertos ou fechados simultaneamente. Desse modo, o dispositivo de comando elétrico 1 apresenta uma função de interruptor de circuito e uma função de comutação.
[00034] No dispositivo de comando elétrico 1 representado nas figuras 1 e 2, cada conduto de arco 14, 15 e cada mecanismo de desengate 27, 28 de um mesmo módulo 5, 7 estão associados ao particularmente, 11, 12 de contatos separáveis desse módulo. Os pares de contatos separáveis, além disso, estão desunidos, isto é, não existe nenhuma ligação mecânica direta entre os contatos de cada um dos referidos pares. Ligações mecânicas 29, 35 entre mecanismos de desengate 27, 28 e entre puxadores 33, 34 não são, efetivamente, capazes de formar uma ligação mecânica direta, ligada fixamente, entre os contatos de diferentes pares de contatos separáveis. Em outras palavras, os contatos de diferentes pares de contatos separáveis não estão ligados fixamente a uma parte intermediária, tal como, por exemplo, uma ponte de contato. Devido a essa configuração, cada par de contatos separáveis e o conduto de ar associado ao referido par de contatos separados podem operar de modo independente. Desse modo, correntes diretas podem ser desligadas sob voltagens diferentes, usando um dispositivo de comando elétrico, onde o número de condutos de arco está adaptado à referida voltagem na linha a ser protegida. Além disso, tal como descrito mais abaixo, a independência entre os pares de contatos separáveis possibilita que o dispositivo de comando elétrico seja ligado em série sobre duas linhas elétricas de polaridades opostas.
[00035] Tal como pode ser visto na figura 1, o conduto de arco 14, 15 de cada módulo 5, 7 compreende uma câmara de formação de arco 41, 42 e uma câmara de extinção de arco 43, 44, na maioria dos casos formada por uma pilha de placas de desionização 46. O conduto de arco 14, 15 de cada módulo 5, 7 compreende, ainda, ímãs permanentes 47, 48. Quando ocorre a abertura de pares 11, 12 de contatos separáveis, um arco elétrico é gerado entre cada um dos referidos pares de contatos separáveis.
[00036] Os ímãs permanentes 47, 48 de cada conduto de arco 14, 15 apresentam uma polaridade que possibilita que o arco elétrico seja removido para a câmara de extinção 43, 44 do referido conduto de arco, quando a corrente na linha elétrica 3 corre em uma direção prede-finida. Essa direção de corrente predefinida da corrente é própria do conduto de arco considerado. Desse modo, se a corrente da linha elétrica correr na direção oposta à direção de corrente predefinida da corrente, o arco elétrico do conduto de arco considerado é removido para fora da câmara de extinção de arco. Tal como explicado mais baixo, essa direção de corrente predefinida da corrente pode variar de um conduto de arco para o outro. Essa direção de corrente predefinida da corrente é determinada, por um lado, pela polaridade dos ímãs permanentes do conduto de arco considerado e, por outro lado, pelas conexões do terminal de alimentação e de entrada do módulo que aloja o referido conduto de arco considerado.
[00037] Mais precisamente, o campo magnético gerado pelos ímãs permanentes, por um lado, e a corrente elétrica no arco elétrico formado entre os contatos separáveis, quando os referidos contatos são abertos, por outro lado, possibilita que sejam geradas forças que irão impelir o arco elétrico em uma direção ou na outra. Essa direção de remoção de arco depende, essencialmente, da direção da corrente no arco elétrico e da polaridade dos ímãs permanentes. Desse modo, para uma polaridade dada dos ímãs permanentes, o arco elétrico é removido para a câmara de extinção de arco ou para fora dessa câmara de extinção de arco, dependendo da direção da corrente no arco elétrico, isto é, dependendo da direção do fluxo de corrente na linha elétrica 3.
[00038] De acordo com um aspecto da invenção, o dispositivo de comando elétrico compreende um número par Np de condutos de arco e a direção de corrente predefinida da corrente é diferente para uma parte, nesse caso, para uma metade, dos referidos condutos de arco. Desse modo, qualquer que seja direção do fluxo de corrente na linha elétrica, uma primeira metade dos condutos de arco remove os arcos elétricos para suas respectivas câmaras de extinção de arco, e uma segunda metade dos condutos de arco removem os arcos elétricos para fora de suas respectivas câmaras de extinção.
[00039] Na modalidade representada na figura 1, a abertura dos dois pares de contatos separáveis gera dois arcos elétricos 51, 52. O arco elétrico 51 no conduto de arco 14 é removido para fora da câmara de extinção de arco 43 desse conduto de arco, enquanto o arco elétrico 52 no conduto de arco 15 é removido para a câmara de extinção de arco 44. O oposto seria o caso, se a corrente na linha elétrica 3 fosse invertida. O conduto de arco 15 do segundo módulo e o conduto de arco 14 do primeiro módulo 5, e seus respectivos arcos elétricos 51, 52, também estão representados esquematicamente em outro plano longitudinal, em cada caso, na figura 3 e na figura 4.
[00040] Na modalidade representada na figura 1, o primeiro terminal de alimentação E1 e o primeiro terminal de entrada S1 estão dispostos no mesmo lado, e os ímãs permanentes 47, 48 dos condutos de arco 14, 15 no primeiro e no segundo módulo 5, 7 apresentam polaridades idênticas, de modo a gerar campos magnéticos orientados na mesma direção. Desse modo, em um conduto de arco 14, a direção da corrente no arco elétrico 51 possibilita que esse arco seja removido para fora da câmara de extinção de arco 43. Ao mesmo tempo, no conduto de arco 15, a direção da corrente no arco elétrico 52 possibilita que esse arco seja removido para a câmara de extinção de arco 44. Desse modo, a direção da corrente que está correndo na linha elétrica 3 corresponde à direção de corrente predefinida da corrente associada ao conduto de arco 15, para a qual o arco elétrico é removido para a câmara de extinção de arco.
[00041] Em outra modalidade, não representada, o primeiro terminal de alimentação e o primeiro terminal de entrada podem estar dispostos em dois lados opostos, caso no qual os ímãs permanentes dos condutos de arco no primeiro e no segundo módulo devem apresentar polaridades opostas, de modo a gerar campos magnéticos em uma direção oposta.
[00042] Os condutos de arco 14, 15 usados no dispositivo de comando elétrico 1, apresentam uma arquitetura que, em geral, é específica para interromper corrente direta monodirecional, e é a associação de um número par desses condutos que arco que possibilita que correntes diretas bidirecionais sejam interrompidas. Essa arquitetura específica dos condutos de arco está descrita mais adiante, com referências às figuras 5 e 6. A associação desses condutos de arco foi tornada possível, em parte devido às suas boas atuações intrínsecas, particularmente, em termos de razão de crescimento da voltagem do arco elétrico removido para a câmara de extinção de arco. Desse modo, o arco elétrico 52 do conduto de arco 15, que é removido para a câmara de extinção de arco 44, absorve a maior parte da voltagem, em comparação com o arco elétrico 51 do conduto de arco 14, que é removido para fora da câmara de extinção 43. Isso possibilita, particularmente, que os efeitos negativos de remover um arco elétrico para fora da câmara de extinção de arco sejam reduzidos ou até mesmo anulados. Para minimizar a voltagem do arco elétrica dissipada em cada conduto de arco, é possível multiplicar o número de condutos de arco, tal como descrito mais adiante, com referência às figuras 8 e 9.
[00043] Também é possível superdimensionar os condutos de arco com relação às necessidades para interrupção de uma corrente mo-nodirecional, para o que o arco elétrico é sistematicamente removido para a câmara de extinção de arco. Apesar desse superdimensiona-mento, o dispositivo de comando elétrico permanece muito compacto e menos volumoso comparado com dispositivos da técnica anterior.
[00044] Os condutos de arco dos dispositivos de comando elétrico apresentam, em geral, uma arquitetura específica para interromper correntes diretas monodirecionais. O conduto de arco representado nas figuras 5 e 6 é particularmente apropriado para o dispositivo de comando elétrico de acordo com a invenção.
[00045] Com referência às figuras 5 e 6, cada um desses condutos de arco inclui um par de contatos separáveis, que compreendem um contato móvel 101 e um contato estacionário 102. A câmara de formação de arco 111 do conduto de arco 104 está delineada por um primeiro lado lateral 112 e um segundo lado lateral 113, sendo que os referidos lados laterais são substancialmente paralelos aos painéis principais 9. Um dos terminais de alimentação ou de entrada do módulo que compreende o conduto de arco 104, por sua vez, está conectado eletricamente ao contato estacionário 102 e está estendido para formar um eletrodo arqueado ou chifre 114, que se estende na parte superior da câmara de formação de arco. O outro terminal do módulo que compreende o conduto de arco 104 está conectado eletricamente ao contato móvel 101 e está conectado a outro eletrodo arqueado ou chifre 115, que se estende na parte inferior da câmara de formação de arco. Eletrodos arqueados ou chifres 114 e 115 estão dispostos de tal modo a apanhar um arco elétrico estendido entre os contatos 101 e 102, quando esses últimos se separam. O arco elétrico formado entre os dois contatos e, desse modo, apanhado pelos eletrodos para ser transportado e removido para a câmara de extinção de arco 121 do conduto, desde que a corrente na linha elétrica esteja na direção pre-definida.
[00046] Deve ser observado que na figura 5, contatos separáveis 101 e 102 e o eletrodo 114 foram representados em linhas interrompidas, devido ao fato de que eles estão ocultos, particularmente, pelo segundo lado lateral 113. A distância entre o contato móvel 101 e o eletrodo 115 na parte inferior da câmara de formação de arco consiste, em geral, em entre 4 e 8 milímetros. Essa distância possibilita que sejam obtidas boas atuações para interromper correntes de alta intensidade.
[00047] No conduto de arco 104 representado nas figuras 5 e 6, a câmara de extinção de arco 121 está formada por uma pilha de placas de desionização 122, que, em geral, são placas metálicas. As placas de desionização compreendem uma borda dianteira, por meio da qual o arco elétrico entra na câmara de extinção. A borda dianteira das placas de desionização compreende uma depressão central 123.
[00048] No conduto de arco 104, representado nas figuras 5 e 6, a câmara de formação de arco 111 compreende uma seção de indução aumentada 131, sendo que o arco é impelido em direção a uma câmara de extinção 121 pelo campo magnético gerado por uma primeira parte dos ímãs permanentes. O campo magnético gerado ao longo de um eixo longitudinal 110 da câmara de formação de arco pela primeira parte dos ímãs permanentes na seção de indução aumentada é maior do que o gerado pela outra parte dos ímãs permanentes no restante da câmara de formação de arco. Essa configuração possibilita que o arco elétrico seja mais bem impelido e faz com que esse último deixe os contatos separáveis. A comutação da raiz de arco elétrico entre o contato móvel e o eletrodo 115 é obtida, portanto, principalmente, por meio da primeira parte dos ímãs permanentes na seção de indução aumentada da câmara de formação de arco.
[00049] Tal como pode ser visto na figura 6, o movimento do arco elétrico está representado por pontos em tempos diferentes. Na seção de indução aumentada, o arco elétrico está representado pelos pontos 141 e 142.
[00050] No conduto de arco 104, representado nas figuras 5 e 6, a primeira parte dos ímãs permanentes compreende não apenas uma primeira fração magnetizada 132, mas também uma segunda fração magnetizada 133. As frações magnetizadas 132 e 133 estão dispostas atrás de cada um dos lados laterais 112 e 113. O que se quer dizer por fração magnetizada da primeira parte dos ímãs permanentes é uma fração definida com relação à referida parte dos ímãs permanentes, isto é, com relação à parte dos ímãs permanentes na seção de indução aumentada. A presença da segunda fração magnetizada 113 da primeira parte dos ímãs permanentes gera um campo magnético que é adicionado ao campo gerado pela primeira fração magnetizada 132. Isso possibilita que a força magnética induzida pela primeira parte dos ímãs permanentes no arco elétrico seja aumentada significativamente. A segunda fração magnetizada 133 da primeira parte dos ímãs permanentes possibilita, desse modo, que a raiz de arco elétrico seja comutada entre o contato móvel 101 e o eletrodo 115, bem como possibilita que o referido arco elétrico se afaste e seja removido para a câmara de extinção. O efeito da distância D entre o contato móvel 101 e o eletrodo 115 é compensado, portanto, pela presença da segunda fração magnetizada 133.
[00051] No conduto de arco 104 representado nas figuras 5 e 6, a primeira e a segunda fração magnetizada 132 e 133 da primeira parte dos ímãs permanentes geram campos magnéticos de intensidade substancialmente igual. A força magnética para impelir o arco elétrico na direção da câmara de extinção 121 foi, portanto, duplicada, o que possibilita que o arco elétrico seja impelido para a câmara de extinção mais rapidamente. Além disso, a primeira e a segunda fração magnetizada 132 e 133 da primeira parte dos ímãs permanentes estão dispostas simetricamente com relação ao eixo longitudinal 110 da câmara de formação de arco. Isso possibilita que as propriedades descritas acima, isto é, que impelem o arco elétrico para a câmara de extinção mais eficiente, sejam aumentadas ainda mais.
[00052] Em um conduto de arco 104 representado nas figuras 5 e 6, a câmara de formação de arco 111 compreende uma seção de desvio 151, na qual o arco elétrico é desviado com relação a um eixo longitudinal 110 da câmara de formação de arco para o primeiro lado lateral 112 pelo campo magnético gerado por uma segunda parte dos ímãs permanentes, sendo que o campo magnético gerado pela segunda parte dos ímãs permanentes é substancialmente mais fraco do que o campo gerado pela primeira parte dos ímãs permanentes. Devido ao fato de que o campo magnético no eixo longitudinal 110 gerado pela segunda parte dos ímãs permanentes é mais fraco do que o da primeira parte dos ímãs permanentes e não é simétrico com relação ao referido eixo longitudinal, o arco elétrico é desviado de seu caminho. O componente de desvio do arco elétrico é, portanto, obtido, principalmente, por meio da segunda parte dos ímãs permanentes na seção de desvio 151.
[00053] No conduto de arco 104 representado nas figuras 5 e 6, a totalidade da segunda parte dos ímãs permanentes está disposta atrás do primeiro lado lateral 112. Em outras modalidades, que não estão representadas, apenas uma fração da segunda parte dos ímãs permanentes pode ser disposta atrás do primeiro lado lateral, de modo que o campo magnético gerado pela referida fração é mais forte do que o gerado pela fração restante da segunda parte dos ímãs permanentes, sendo que essa última está disposta atrás do segundo lado lateral 113. O que se quer dizer por fração magnetizada da segunda parte dos ímãs permanentes é uma fração definida com relação à parte dos ímãs permanentes na seção de desvio.
[00054] Tal como pode ser visto na figura 6, na seção de desvio 151, os pontos 161, 162, 163, 164 e 165 representam as posições do arco elétrico na seção de desvio em momentos diferentes. Esses pontos movem-se em direção ao primeiro lado lateral 112, devido ao fato de que a segunda parte dos ímãs permanentes possibilita que o arco elétrico seja desviado. Desse modo, o arco elétrico move-se em direção ao primeiro lado lateral 112, enquanto, ao mesmo tempo, conserva uma força magnética suficiente ao longo do eixo longitudinal 110, de modo a não aderir nesse último e ruir em contato com o mesmo.
[00055] Tal como pode ser visto na figura 6, a borda dianteira das placas de desionização está equipada com uma depressão central 123 e com duas partes laterais 171 e 172 voltadas para a seção de desvio 151 da câmara de formação de arco. Quando a corrente na linha elétrica está na direção predefinida, o arco elétrico é guiado para a seção de desvio em direção à parte lateral 171. Desse modo, no caso da interrupção de uma corrente de baixa intensidade, o arco elétrico pode ser extinto na parte lateral 171 da borda dianteira da câmara de extinção de arco 121, devido à pequena quantidade de energia a ser dissipada.
[00056] No conduto de arco 104, representado nas figuras 5 e 6, a distância entre a segunda parte 152 dos ímãs permanentes e a parte lateral 171 das placas de desionização é vantajosamente menor do que 1 milímetro. Essa distância é suficientemente pequena para evitar que esse arco elétrico chegue e seja extinto na câmara de formação de arco. Além disso, os lados laterais 112 e 113 que delineiam a câmara de formação de arco são formados, em geral, de um material eletricamente isolante. Para obter uma boa resistência elétrica com correntes diretas de baixa intensidade, com tempos de interrupção relativamente longos, comparados com correntes alternadas, as partes laterais podem ser formadas de um material eletricamente isolante, que não sofra erosão facilmente, tal como cerâmica, por exemplo, es-teatita. Para obter uma boa interrupção com correntes diretas ou alternadas de alta intensidade, os lados laterais podem ser formados de um material eletricamente isolante gerador de gás, por exemplo, náilon gerador de gás. Vantajosamente, o primeiro lado lateral 112 é feito de material cerâmico e o segundo lado lateral 13 é feito de um material orgânico gerador de gás. O lado lateral gerador de gás possibilita que a pressão na zona de contato seja aumentada e, desse modo, aumenta a partida do arco elétrico da zona de contato para a câmara de extinção de arco.
[00057] No conduto de arco 104, representado nas figuras 5 e 6, o conduto de arco compreende um primeiro e um segundo ímã permanente, em cada caso, disposto atrás de cada um dos lados laterais 112 e 113. O ímã disposto atrás do primeiro lado lateral 112 estende-se tanto sobre a seção de indução aumentada como sobre a seção de desvio da câmara de formação, e o ímã disposto atrás do segundo lado lateral 113 estende-se apenas sobre a seção de indução aumentada. Nesse caso, a primeira parte dos ímãs permanentes da seção de indução aumentada está formada, essencialmente, pelo primeiro ímã, isto é, fração magnetizada 132, e pela fração do segundo ímã na seção de indução aumentada, isto é, a fração magnetizada 133. Do mesmo modo, a segunda parte dos ímãs permanentes da seção de desvio está formada, essencialmente, pela fração do segundo ímã na seção de desvio, isto é, a fração magnetizada 152.
[00058] O conduto de arco pode compreender dois ímãs permanentes dispostos atrás do primeiro lado lateral, em cada caso, na seção de indução aumentada e na seção de desvio, o ímã na seção de indução aumentada gera um campo magnético com intensidade substancialmente maior do que na seção de desvio. O conduto de arco pode compreender três ímãs permanentes, sendo que um primeiro e um segundo ímã estão dispostos atrás do primeiro lado lateral, em cada caso, na seção de indução aumentada e na seção de desvio, e um terceiro desvio está disposto atrás do segundo lado lateral na seção de indução aumentada.
[00059] Pela integração dos condutos de arco representados nas figuras 5 e 6 no dispositivo de comando elétrico de acordo com a invenção, as atuações em termos de aumentar a voltagem de arco no conduto de arco, removendo o arco elétrico para a câmara de extinção de arco são aperfeiçoadas. Isso possibilita que a voltagem de arco no outro conduto de arco, no qual o arco elétrico é removido fora da câmara de extinção de arco seja minimizada.
[00060] A modalidade do dispositivo de comando elétrico representado na figura 1 é apropriada para um conjunto que compreende duas linhas elétricas, uma das quais está aterrada. Nesse tipo de conjunto, o dispositivo de comando elétrico simplesmente tem de ser ligado na linha que não está aterrada.
[00061] No caso de um sistema de energia isolado, isto é, um sistema que compreende duas linhas elétricas com polaridades inversas, é possível usar um único dispositivo de comando elétrico ligado em série nas duas linhas. Uma modalidade de um dispositivo de comando elétrico que possibilita essa conexão está representada na figura 7.
[00062] Com referência à figura 7, os terminais de conexão compreendem um primeiro terminal de alimentação E1 e um primeiro terminal de entrada S1, revistos para ser ligados em série na linha 201, e um segundo terminal de alimentação E2 e um segundo terminal de entrada S2, previstos para ser ligados em série na linha 202. O dispositivo de comando elétrico 200 compreende apenas dois módulos 205, 206, sendo que o primeiro terminal de alimentação E1 e o primeiro terminal de entrada S1 são o terminal de alimentação e de entrada de um primeiro módulo 205, sendo que o terminal de alimentação E2 e o segundo terminal de entrada S2 são os terminais de alimentação e de entrada de um segundo módulo 206.
[00063] Para minimizar a voltagem do arco elétrico dissipado em cada conduto de arco, o número de condutos de arco pode ser multiplicado, tal como descrito mais adiante, com referência às figuras 8 e 9.
[00064] Na modalidade representada na figura 8, o dispositivo de comando elétrico 210 está previsto para interrupção em duas linhas elétricas 211, 212 e compreende quatro módulos 215, 216, 217, 218. O dispositivo de comando elétrico 210, efetivamente combina um primeiro e um segundo dispositivo de comando elétrico do mesmo tipo tal como representado na figura 7, sendo que o primeiro dispositivo compreende os módulos 215 e 217 e o segundo dispositivo compreende os módulos 216 e 218.
[00065] Na modalidade representada na figura 9, o dispositivo de comando elétrico 230 está previsto para interrupção em uma única linha elétrica 231 e compreende quatro módulos. Os terminais de conexão compreendem um primeiro terminal de alimentação E1 e um primeiro terminal de entrada S1, previstos para ser ligados em série na referida linha elétrica 231. O dispositivo de comando elétrico 230 compreende um primeiro, segundo, terceiro e quarto módulo, em cada caso, sob a referência 23, 234, 235, 236. O primeiro terminal de alimentação E1 é o terminal de alimentação de um primeiro módulo 233 e um primeiro terminal de entrada S1 é o terminal de entrada de um segundo módulo 234, sendo que o terminal de entrada do primeiro módulo está conectado indiretamente ao terminal de alimentação do segundo módulo. Mais precisamente, o terminal de entrada 241 do primeiro módulo 233 está conectado ao terminal de alimentação 242 do terceiro módulo 235, o terminal de entrada 243 do referido terceiro módulo está conectado ao terminal de alimentação 244 do quarto módulo 236, o terminal de entrada 245 do referido quarto módulo está conectado ao terminal de alimentação 246 do segundo módulo.
[00066] Os dispositivos de comando elétrico descritos acima são perfeitamente apropriados para instalações de células fotovoltaicas. Tal como representado nas figuras 10 e 11, essas instalações 301, 302 estão compostas, em geral, por diversos painéis 311, 312, 313 integrando células fotovoltaicas, frequentemente ligadas em série e que geram uma corrente direta. Esses painéis, em geral, estão ligados em paralelo na entrada de um inversor 321, que realiza a conversão da corrente direta em corrente alternada, que, por sua vez, é redistribuída para um sistema de energia principal.
[00067] Instalações desse tipo geralmente apresentam um nível de voltagem alto, capaz de atingir 1000 volts, por exemplo, e correntes de curto-circuito baixas, geralmente iguais a cerca de 1,25 vezes o valor de corrente calculado da instalação. As linhas desse tipo de instalação geralmente apresentam uma constante de tempo, isto é, uma relação de indutância sobre resistência, que frequentemente é de menos de 2 milissegundos. Em instalações para as quais o número de painéis em paralelo é maior do que ou igual a 3, frequentemente é necessário instalar dispositivos de comando elétrico nas linhas de cada painel para interromper correntes diretas em altas voltagens.
[00068] Esses dispositivos de comando elétrico têm de ser capazes de interromper a corrente nas duas direções de operação. Na verdade, em um primeiro caso, algumas vezes é necessária a desconexão de um painel por razões de manutenção. Em um segundo caso, esses dispositivos de comando elétrico podem ser usados para proteger os painéis no caso de funcionamento defeituoso. Por exemplo, no caso de sombreamento, um painel pode funcionar como um receptor e gerar um fluxo de corrente inverso.
[00069] Na instalação 301 representada na figura 10, cada painel está ligado a um inversor 321 por linhas elétricas 331, 332, sendo que as linhas 332 estão aterradas. Nesse caso, um dispositivo de comando elétrico 335 de dois pólos, que compreende dois módulos e dois contatos separáveis, tal como o representado na figura 1, foi instalado na linha 331 de cada painel. Vantajosamente, poderia ter sido possível substituir esses dispositivos de comando elétrico 335 por dispositivos de quatro pólos, tais como representados na figura 9. Isso possibilitaria que a voltagem de arco fosse distribuída sobre quatro módulos, em vez de dois.
[00070] Na instalação 302 representada na figura 11, cada painel está ligado ao inversor 321 por linhas elétricas 341, 342, formando um sistema de energia isolado. Nesse caso, um dispositivo de comando elétrico 345 de dois pólos, que compreende dois módulos e dois contatos separáveis, tal como o representado na figura 7, foi instalado nas linhas 341, 342 de cada painel. Vantajosamente, esses dispositivos de comando elétrico 345 poderiam ter sido substituídos por dispositivos de quatro pólos, tais como representados na figura 8. Isso possibilitaria que a voltagem de arco fosse distribuída sobre dois módulos, em vez de um.
[00071] Uma vantagem do dispositivo de comando elétrico de acordo com a invenção é que ele possibilita que sejam usados condutos de arco, que já foram desenvolvidos para interromper uma corrente direta monodirecional.

Claims (15)

  1. Dispositivo de comando elétrico (1; 200; 210; 230) para interromper, particularmente, uma corrente direta em pelo menos uma linha elétrica (3; 201; 202; 211; 212; 231), qualquer que seja a direção de fluxo da referida corrente na referida linha, sendo que o referido dispositivo compreende:
    • - pelo menos dois terminais de conexão (E1, S1, E2, S2),
    • - um número par predefinido (Np) de pares de contatos separáveis (11, 12), que compreende dois contatos conectados eletricamente aos referidos terminais de conexão,
    • - um número de condutos de arco (14, 15) igual ao referido número par predefinido (Np), sendo que cada conduto de arco está associado a um par distinto de contatos separáveis, sendo que cada conduto de arco está dotado de uma câmara de formação de arco (41, 42), uma câmara de extinção de arco (43, 44) e ímãs permanentes (47, 48), que apresentam uma polaridade que possibilita que um arco elétrico seja removido para a referida câmara de extinção de arco, quando a corrente na pelo menos uma linha elétrica está correndo em uma direção predefinida, sendo que a referida direção de corrente da corrente predefinida é diferente para uma parte dos condutos de arco,
    caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo compreende um número de mecanismos de desengate (27, 28) igual ao referido número par predefinido (Np), sendo que cada mecanismo de desengate está associado a um dos referidos pares de contatos separáveis, para separar os contatos separáveis do referido par em resposta a uma falha elétrica na pelo menos uma linha elétrica, sendo que os referidos mecanismos de desengate estão ligados um ao outro por uma ligação mecânica (29), possibilitando que os referidos pares de contatos separáveis sejam abertos simultaneamente.
  2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a direção de corrente predefinida da corrente é diferente para uma metade dos condutos de arco.
  3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo é do tipo modular e compreende um número de módulos (5, 7) igual ao referido número par predefinido (Np), sendo que cada módulo compreende:
    • - um dos referidos pares de contatos separáveis (11, 12),
    • - o conduto de arco (14, 15) associado ao referido par de contatos separáveis,
    • - o mecanismo de desengate (27, 28) associado ao referido par de contatos separáveis, e
    • - um terminal de alimentação (21, 23) e um terminal de entrada (22, 24), em cada caso, eletricamente conectados a um e ao outro dos referidos contatos separáveis.
  4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada módulo (5, 7) está alojado em uma carcaça, que compreende dois painéis principais paralelos (9), sendo que os referidos módulos estão unidos um ao outro por meio de seus painéis principais.
  5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada par de contatos separáveis (101, 102) compreende um contato móvel (101), capaz de ser movido ao longo de um eixo substancialmente paralelo aos painéis principais (9).
  6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os contatos móveis (101) de cada par de contatos separáveis (101, 102) estão todos dispostos no mesmo lado do referido dispositivo.
  7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a câmara de formação de arco (41, 42) de cada conduto de arco está delineada por um primeiro e um segundo lado lateral (12, 13), que se estende paralelamente aos painéis principais (9) dos módulos (5, 7), sendo que os ímãs permanentes (47, 48) do referido conduto de arco estão dispostos atrás de pelo menos o primeiro lado lateral (12) e apresentam uma polaridade que possibilita que um campo magnético seja gerado orientado em uma direção substancialmente perpendicular aos referidos painéis principais.
  8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de comando elétrico (1; 230) está previsto para interromper em uma única linha elétrica (3; 231), os terminais de conexão, que compreendem um primeiro terminal de alimentação (E1) e um primeiro terminal de entrada (S1), previstos para ser ligados em série na referida linha elétrica.
  9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo compreende pelo menos dois módulos (5, 7; 233, 234), sendo que o primeiro terminal de alimentação (E1) é o terminal de alimentação de um primeiro módulo (5; 233) e o primeiro terminal de entrada (S1) é o terminal de entrada de um segundo módulo (7; 234), sendo que o terminal de entrada do primeiro módulo está conectado ao terminal de alimentação do segundo módulo.
  10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro terminal de alimentação (E1) e o primeiro terminal de entrada (S1) estão dispostos no mesmo lado, e que os ímãs permanentes dos condutos de arco no primeiro módulo (5; 233) e no segundo módulo (7; 234) apresentam polaridades idênticas para gerar campos magnéticos orientados na mesma direção.
  11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo compreende quatro módulos (233 - 234), sendo que o terminal de entrada (241) do primeiro módulo (233) está conectado ao terminal de alimentação (242) de um terceiro módulo (235), o terminal de entrada (243) do referido terceiro módulo está conectado ao terminal de alimentação (244) de um quarto módulo (236), o terminal de entrada (245) do referido quarto módulo está conectado ao terminal de alimentação (246) do segundo módulo (234).
  12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de comando elétrico (200; 210) está previsto para interromper duas linhas elétricas (201, 202; 211, 212), e que os terminais de conexão compreendem um primeiro terminal de alimentação (E1) e um primeiro terminal de entrada (S1), previstos para ser ligados em série em uma das referidas linhas (201; 211), e um segundo terminal de alimentação (E2) e um segundo terminal de entrada (S2), previstos para ser ligados em série na outra das referidas linhas (202, 212).
  13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo (200) compreende apenas dois módulos (205, 206), sendo que o primeiro terminal de alimentação (E1) e o primeiro terminal de entrada (S1) são os terminais de alimentação e de entrada de um primeiro módulo (205), sendo que o segundo terminal de alimentação (E2) e o segundo terminal de entrada (S2) são os terminais de alimentação e de entrada de um segundo módulo (206).
  14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ele compreende quatro módulos, combinando dois dispositivos de comando elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, sendo que o primeiro terminal de alimentação (E1) e o primeiro terminal de entrada (S1) de um dos referidos dispositivos correspondem, em cada caso, ao segundo terminal de alimentação (E2) e ao segundo terminal de entrada (S2).
  15. Instalação com células fotovoltaicas (301; 302), que compreende pelo menos um painel (311, 312, 313), sobre os quais as referidas células estão dispostas, sendo que o referido painel está conectado a duas linhas elétricas (331, 332; 341, 342), previstas para fornecer energia elétrica na forma de corrente direta, caracterizada pelo fato de que a referida instalação compreende pelo menos um dispositivo de comando elétrico (335, 345) como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, que compreende pelo menos dois terminais de conexão conectados na referida pelo menos uma linha elétrica.
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