BRPI1002679A2 - surge protection device with direct cable installation and piercing connection - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE PROTEçãO CONTRA SURTOS ELéTRICOS COM INSTALAçãO DIRETA NO CABO E CONEXãO PERFURANTE. Dispositivo para aplicação em quadros de distribuição, incluindo os que contêm medidores de energia ou caixas de passagem de circuitos elétricos de baixa tensão, inserido em invólucro plástico (1) que envolve a cobertura do cabo (25), contendo lâmina perfurante (17) que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante e dispensando o seccionamento; com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra sobretensões transitárias provocadas por descargas atmosféricas próximas á instalação ou chaveamentos no sistema elétrico de potência (apagões); utiliza como elemento de proteção contra surtos um varistor (2) de óxido de zinco associado em série com um sistema exclusivo de desligamento e desconexão da rede elétrica que opera por sobrecorrente ou temperatura em caso de fim de vida útil, evitando assim, explosões ou chamas.PROTECTION DEVICE AGAINST ELECTRICAL OUTBREAKS WITH DIRECT INSTALLATION IN THE CABLE AND DRILLING CONNECTION. Device for application in switchboards, including those that contain energy meters or low voltage electrical circuit boxes, inserted in a plastic housing (1) that surrounds the cable cover (25), containing a perforating blade (17) that results in electrical contact directly on the core without damaging the insulating cover and eliminating disconnection; with only mechanical circuit configuration, perforating connection and terminals, it allows the correct actuation of the protection against transient overvoltages caused by atmospheric discharges close to the installation or switching in the electrical power system (blackouts); uses as a surge protection element a zinc oxide varistor (2) associated in series with an exclusive system of disconnection and disconnection from the electrical network that operates by overcurrent or temperature in case of end of life, thus preventing explosions or flames .
Description
"DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS ELÉTRICOS COM INSTALAÇÃO DIRETA NO CABO E CONEXÃO PERFURANTE""ELECTRICAL SURGE PROTECTION DEVICE WITH DIRECT CABLE INSTALLATION AND PUNCHING CONNECTION"
A presente patente de invenção se refere a um dispositivo de proteção contra surtos elétricos (DPS) para aplicação em quadros de distribuição, incluindo os que contêm medidores de energia ou caixas de passagem de circuitos elétricos de baixa tensão, inserido em invólucro plástico que envolve a cobertura do cabo, contendo lâmina perfurante que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante e dispensando o seccionamento. O dispositivo, com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra sobretensões transitórias provocadas por descargas atmosféricas próximas à instalação ou chaveamentos no sistema elétrico de potência (apagões). Utiliza como elemento de proteção contra surtos um varistor de óxido de zinco associado em série com um sistema exclusivo de desligamento e desconexão da rede elétrica que opera por sobrecorrente ou temperatura em caso de fim de vida útil, evitando assim, explosões ou chamas.The present invention relates to an electrical surge protection device (DPS) for application to switchgear, including those containing power meters or low voltage circuit breaker boxes, enclosed in a plastic enclosure surrounding the cable cover, containing perforating blade that results in electrical contact directly to the core without damaging the insulating cover and eliminating sectioning. The device, with only mechanical circuit configuration, piercing type connection and terminals, allows the correct action of the protection against transient overvoltages caused by lightning near the installation or switching on the electrical power system (blackouts). It uses as a surge protection element a zinc oxide varistor associated in series with a unique mains shutdown and overcurrent system that operates by overcurrent or temperature in case of end of life, thus preventing explosions or flames.
Existem atualmente no mercado vários tipos diferentes de protetores contra surtos elétricos para instalação em quadros de distribuição ou caixas de, passagem, todos com o mesmo princípio básico. A técnica praticada para proteção contra surtos elétricos consiste em utilizar módulos montados em caixas plásticas que se encaixam em trilhos tipo DIN ou fixados através de garras compostas por varistores de óxido de zinco, desligadores em série e bornes para conexão direta em barramentos ou através de condutores elétricos. A montagem é feita em um ponto vago do quadro de distribuição de circuito ou dentro de uma caixa de passagem após o medidor de energia. Quando o protetor está atuando, ou seja, drenando as correntes de surto elétrico, o varistor deixa uma tensão chamada de tensão residual, que é variável em função da corrente que circula. Quanto maior for essa corrente, maior será a tensão residual, dada a característica impulsiva da corrente e de atuação dos varistores de óxido de zinco. Como são necessários condutores elétricos para prover as conexões elétricas, a tensão residual total medida será a tensão residual do DPS mais a queda de tensão nos condutores de ligação.There are currently several different types of surge protectors on the market for installation in switchboards or switchgear boxes, all with the same basic principle. The technique used to protect against electrical surges is to use modules mounted in plastic enclosures that fit into DIN-type rails or clamped with zinc oxide varistors, series disconnectors and terminals for direct connection to buses or conductors. electric Mounting is done at a vacant point on the circuit board or inside a junction box after the power meter. When the protector is acting, ie by draining the surge currents, the varistor leaves a voltage called residual voltage, which is variable as a function of the circulating current. The higher this current, the greater the residual voltage, given the impulsive characteristic of the current and actuation of zinc oxide varistors. Since electrical conductors are required to provide electrical connections, the total measured residual voltage will be the residual voltage of the DPS plus the voltage drop in the connecting conductors.
A queda de tensão nos condutores é dada pela seguinte equação: AV = Ldi/dt, onde "AV' é queda de tensão nos condutores de ligação, "di" é variação da corrente no tempo e "dt" o intervalo de tempo.The voltage drop in the conductors is given by the following equation: AV = Ldi / dt, where 'AV' is voltage drop in the connecting conductors, 'di' is time current change and 'dt' is the time interval.
Quanto maior for a variação da corrente no tempo, maior será a queda de tensão nos condutores e, consequentemente, uma elevada tensão residual deixada pelo conjunto DPS e cabos de ligação.The greater the variation of current over time, the greater the voltage drop in the conductors and, consequently, the high residual voltage left by the DPS assembly and connecting cables.
As normas recomendam comprimentos totais inferiores a 50cm para conexão dos cabos. Comprimentos elevados de condutores diminuem a eficiência da proteção contra surtos colocando a segurança das instalações em risco de danos elétricos.Standards recommend total lengths of less than 50cm for cable connection. Long conductor lengths decrease the efficiency of surge protection, putting the safety of installations at risk of electrical damage.
Os métodos atuais de desconexão de dispositivos de proteção contra surtos através de fusíveis e disjuntores não são eficientes, deixando o equipamento vulnerável, principalmente no final da vida útil dos componentes de proteção contra surtos, tais como varistores, diodos de avalanche e centelhadores.Current methods of disconnecting surge protection devices via fuses and circuit breakers are not efficient, leaving the equipment vulnerable, especially at the end-of-life of surge protection components such as varistors, avalanche diodes and spark arrestors.
A PI0402922-4 - "Dispositivo de desconexão térmica por sobretemperatura e sobrecorrente para aplicação em dispositivos de proteção contra surtos elétricos" - associa em um mesmo componente as características de fusível com atuação precisa para curto circuitos, e um sensor térmico, que em caso de aquecimento no entorno do componente de proteção o sensor térmico efetua a desconexão do componente do circuito.The PI0402922-4 - "Overtemperature and Overcurrent Thermal Disconnect Device for Application in Electrical Surge Protection Devices" - combines in one component the fuse characteristics with precise short-circuit actuation and a thermal sensor, which in case of heating around the protection component the thermal sensor disconnects the circuit component.
O MU8800537-2 refere-se a invólucro para circuito de proteção contra surtos elétricos", a ser instalado em linhas de alimentação elétrica, cuja disposição construtiva principal reside na presença de dois polarizadores fêmeas em sua base fixa, possuindo sistemas de fixação através de garras e/ou trilho padrão do mercado.MU8800537-2 refers to a "Surge Protection Circuit Enclosure" to be installed in power supply lines, the main constructive arrangement of which is the presence of two female polarizers on its fixed base, having clamping systems and / or industry standard rail.
A PI0502336-0 refere-se a um dispositivo de proteção anti- surtos de tensão com módulo de proteção conectado a aparelho de comando elétrico, elemento protetor para proteção contra surtos e dispositivos separadores conectados a elemento protetor para causar uma separação elétrica e/ou mecânica representativa de falha de elemento protetor.PI0502336-0 refers to a surge protection device with a protection module connected to an electrical control device, a surge protector and a separating device connected to a protective element to cause electrical and / or mechanical separation. representative of protective element failure.
Diferentemente do objeto da presente patente, os objetos das patentes acima não apresentam o conector perfurante, e os sistemas de desligamento, quando existentes, não se assemelham ao objeto ora descrito. Todos os equipamentos anteriores necessitam de seccionamento do cabo ou adição de condutores para sua instalação.Unlike the object of the present invention, the objects of the above patents do not have the piercing connector, and the disconnection systems, when present, do not resemble the object described herein. All previous equipment requires cable sectioning or the addition of conductors for their installation.
Com o intuito de solucionar os inconvenientes apontados, foi desenvolvida a presente invenção, que com apenas configuração mecânica de circuito, conexão tipo perfurante e bornes, permite a correta atuação da proteção contra surtos elétricos. Poderá ser utilizado em diversos tipos diferentes de quadros de distribuição de circuitos ou caixas de passagem, e poderá ser aplicado em cabos de diferentes diâmetros, através de adaptadores específicos, sem necessidade de modificações na instalação elétrica a ser protegida. O consumidor, por sua vez, irá usufruir de maior versatilidade, segurança e alta performance.In order to solve the drawbacks pointed out, the present invention was developed, which with only mechanical circuit configuration, piercing type connection and terminals, allows the correct protection of the electrical surge protection. It can be used in many different types of circuit boards or junction boxes, and can be applied to cables of different diameters, through specific adapters, without requiring modifications to the electrical installation to be protected. The consumer, in turn, will enjoy greater versatility, safety and high performance.
Para reduzir a tensão residual do DPS foi introduzido um conector perfurante para conexão à linha de energia ou condutor de aterramento do quadro de distribuição ou caixa de passagem. Essa conexão reduz a zero a queda de tensão em função da conexão entre, por exemplo, a fase da rede elétrica e o DPS, haja vista que a conexão é provida através do contato direto feito pelo sistema de conexão perfurante sem necessidade de uso de um cabo adicional.To reduce the residual voltage of the DPS a piercing connector has been introduced for connection to the power line or grounding conductor of the switchboard or junction box. This connection reduces the voltage drop to zero due to the connection between, for example, the mains phase and the DPS, since the connection is provided through direct contact made by the piercing connection system without the need for a additional cable.
O "DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS ELÉTRICOS COM INSTALAÇÃO DIRETA NO CABO E CONEXÃO PERFURANTE" poderá ser compreendido através das figuras anexas e sua descrição, nas quais:The "ELECTRICAL SURGE PROTECTION DEVICE WITH DIRECT CABLE INSTALLATION AND PUNCHING CONNECTION" can be understood through the attached figures and their description, in which:
A Figura 1 ilustra o corpo do dispositivo com o varistor encaixado e seus dois prolongamentos metálicos.Figure 1 illustrates the device body with the varistor engaged and its two metal extensions.
A Figura 2 ilustra o corpo do dispositivo com o conector de aterramento, a trava do fio terra e seu parafuso. A Figura 3 ilustra o corpo do dispositivo com o grampo e o isolante.Figure 2 illustrates the device body with the grounding connector, ground wire lock, and screw. Figure 3 illustrates the device body with the clamp and the insulator.
A Figura 4 ilustra o corpo do dispositivo com o trilho, o aviso, o fusível e a mola.Figure 4 illustrates the body of the device with the rail, warning, fuse and spring.
A Figura 5 ilustra vista lateral do corpo do dispositivo com o cubo móvel e a lâmina perfurante.Figure 5 illustrates side view of the device body with the movable hub and the piercing blade.
A Figura 6 ilustra vista superior do corpo do dispositivo com todos os elementos do conjunto montados.Figure 6 illustrates a top view of the device body with all assembly elements mounted.
A Figura 7 ilustra o corpo do dispositivo recebendo a tampa.Figure 7 illustrates the body of the device receiving the cap.
A Figura 8 ilustra o corpo do dispositivo já tampado recebendo o adaptador externo de fio.Figure 8 illustrates the body of the already plugged device receiving the external wire adapter.
A Figura 9 ilustra vista posterior do corpo do dispositivo, o adaptador externo de fio e o segundo ponto de conexão, normalmente utilizado para conexão ao aterramento do quadro de distribuição de circuitos.Figure 9 illustrates a rear view of the device body, external wire adapter, and second connection point, commonly used for grounding the circuit board.
A Figura 10 ilustra o dispositivo montado e devidamente ligado à fase e ao sistema de aterramento da instalação.Figure 10 illustrates the device assembled and properly connected to the installation phase and grounding system.
A Figura 11 ilustra vista superior do corpo do dispositivo sem a tampa.Figure 11 illustrates a top view of the device body without the cover.
A Figura 12 ilustra vista lateral do corpo do dispositivo.Figure 12 illustrates side view of the device body.
A Figura 13 ilustra vista superior do corpo do dispositivo.Figure 13 illustrates a top view of the device body.
De acordo com as Figuras 1 a 6, o corpo do dispositivo é composto de caixa (1) plástica dotada de cavidade onde se encaixam o varistor (2) com seus dois prolongamentos metálicos, as hastes de contato (3) e (4), conector de aterramento (5) com seu parafuso (6) e trava do fio terra (7), parafuso de acionamento (8) com sua porca (9), grampo (10) e isolante (11), trilho (12), peça móvel para aviso (13) sobre a qual está o fusível (14) e a mola (15); externamente a caixa (1) possui cavidade onde é instalado o cubo móvel (16) no qual é inserida a lâmina perfurante (17).According to Figures 1 to 6, the body of the device is composed of a plastic housing (1) with a cavity in which the varistor (2) with its two metallic extensions, the contact rods (3) and (4), fit together. grounding connector (5) with its screw (6) and ground wire lock (7), drive screw (8) with its nut (9), clamp (10) and insulator (11), rail (12), part warning unit (13) on which the fuse (14) and spring (15) lie; externally the housing (1) has a cavity in which the movable hub (16) in which the piercing blade (17) is inserted.
A haste de contato (3) é conectada ao elemento metálico perfurante (17), instalado em um cubo móvel (16) plástico externo, que por sua vez poderá se movimentar em cavidade própria na caixa (1) através da tração de um parafuso (8) de acionamento encaixado em uma porca (9). O outro prolongamento metálico (4) do varistor (2) é soldado em uma lâmina fusível (14) instalada em um trilho (12) plástico que contém uma peça móvel (13) tensionada por uma mola (15) exercendo pressão na mesma lâmina (14). Este fusível também está em contato com um grampo (10) metálico e seu isolante (11), unidos a um conector de aterramento (5) que é acionado através de um parafuso (6) e uma trava (7) metálica para fixação de um cabo externo (24).The contact rod (3) is connected to the piercing metal element (17), installed in an external plastic movable hub (16), which in turn can move in its own cavity in the housing (1) by pulling a screw ( 8) Drive fitted to a nut (9). The other metallic extension (4) of the varistor (2) is welded to a fuse blade (14) mounted on a plastic rail (12) containing a spring-loaded moving part (13) exerting pressure on the same blade ( 14). This fuse is also in contact with a metal clamp (10) and its insulator (11), connected to a grounding connector (5) which is actuated by a screw (6) and a metal lock (7) for fixing a external cable (24).
Ao final da vida útil do dispositivo de proteção contra surtos o varistor (2) sofrerá aquecimento excessivo em função de aumento em sua corrente de fuga, que provocará aquecimento localizado no terminal de conexão (4), que está ligado à lâmina (14) através de uma solda eutética com baixa temperatura de fusão, que por sua vez está tensionada pela mola (15) acoplada à peça móvel (13) que corre sobre o trilho (12). Tão logo a temperatura atinja o ponto de fusão da solda, a lâmina (14) romperá a conexão com o terminal (4) promovendo a abertura do circuito e ao mesmo tempo, sinalizando externamente através da peça móvel de aviso (13) que o produto está fora de serviço, devendo, portanto ser substituído. A lâmina (14) também tem a função de fusível que poderá atuar em caso de corrente de curto circuito acima da capacidade do dispositivo. A operação será de forma semelhante, com rompimento por fusão da lâmina (14) e a conseqüente abertura do circuito e sinalização externa através da peça móvel de aviso (13).At the end of the life of the surge protection device the varistor (2) will overheat due to the increase in its leakage current, which will cause heating located at the connection terminal (4), which is connected to the blade (14) through of a low melting temperature eutectic weld, which in turn is tensioned by the spring (15) coupled to the moving part (13) running on the rail (12). As soon as the temperature reaches the weld melting point, the blade (14) will break the connection to the terminal (4) by opening the circuit and at the same time signaling externally through the warning moving part (13) that the product is out of order and should therefore be replaced. The blade (14) also has the fuse function that can actuate in the event of a short circuit current above the capacity of the device. The operation will be similar, with melt rupture of the blade (14) and the consequent opening of the circuit and external signaling through the warning moving part (13).
De acordo com a figura 7, o conjunto é encoberto por uma tampa (18) plástica com encaixe.According to figure 7, the assembly is covered by a snap-on plastic cap (18).
De acordo com as Figuras 8 e 9, o corpo do dispositivo deverá ter uma extremidade em formato de gancho (19) para o encaixe do adaptador de cabo (20) e do condutor elétrico (25) onde será instalado; também compõe o dispositivo o adaptador de cabo (20), que é avulso e posteriormente será justaposto à extremidade em forma de gancho (19); para a aplicação do dispositivo, o adaptador de cabo (20) deve ser encaixado inicialmente no condutor elétrico (25) localizado dentro do quadro de distribuição de circuitos ou caixa de passagem que alimenta o equipamento a ser protegido; em seguida, deverão ser introduzidos adequadamente na extremidade (19) em formato de gancho da caixa (1). Na cavidade (21) é introduzida uma chave de fenda para acionamento do perfurante (17) que se encontra na caixa (1); ao ser acionado o perfurante (17) via chave de fenda, romperá o isolamento do condutor elétrico (25) fazendo contato entre um dos pólos do varistor (2) e o condutor elétrico (25); a ligação ao aterramento do quadro é realizada através da conexão do condutor elétrico (24) ao orifício (22), devidamente apertado com utilização de uma chave de fenda através do orifício (23).According to Figures 8 and 9, the device body should have a hooked end (19) for the fitting of the cable adapter (20) and the electrical conductor (25) where it will be installed; The device also comprises the cable adapter (20), which is loose and subsequently juxtaposed to the hooked end (19); for application of the device, the cable adapter (20) must initially be fitted to the electrical conductor (25) located within the circuit board or junction box that supplies the equipment to be protected; they should then be properly inserted into the hooked end (19) of the housing (1). In the cavity (21) is inserted a screwdriver for driving the perforator (17) located in the housing (1); activating the perforator (17) via a screwdriver will break the insulation of the electrical conductor (25) by making contact between one of the varistor poles (2) and the electrical conductor (25); The connection to the frame grounding is made by connecting the electric conductor (24) to the hole (22), tightened with the use of a screwdriver through the hole (23).
De acordo com a Figura 10, o cabo do padrão elétrico (25) é instalado e apertado pelo cubo (16) que contém o elemento perfurante (17), por sua vez, o cabo de aterramento (24) é apertado pelo parafuso na cavidade (23).According to Figure 10, the electrical pattern cable (25) is installed and tightened by the hub (16) containing the piercing element (17), in turn the grounding cable (24) is tightened by the screw in the cavity. (23).
O circuito ora apresentado dispensa o seccionamento do cabo (25), considerando que se apresenta em forma de dispositivo plástico que envolve a cobertura do cabo e dotada de lâmina perfurante (17) que resulta no contato elétrico diretamente no núcleo sem danificar a cobertura isolante.The circuit presented here does not require cable sectioning (25), considering that it is in the form of a plastic device that surrounds the cable cover and has a perforating blade (17) that results in electrical contact directly in the core without damaging the insulating cover.
O objeto da presente patente, ilustrado em uma de suas formas de realização preferidas, poderá ser convenientemente modificado, com a substituição de algum de seus elementos ou alteração em seu formato, exercendo a mesma função e sem alterar o âmbito de proteção.The object of the present invention, illustrated in one of its preferred embodiments, may be conveniently modified by replacing any of its elements or altering its format, performing the same function and without altering the scope of protection.
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