ES2276490T3 - Interruptor automatico con bobina de soplado magnetico accionada por arco electrico. - Google Patents

Abstract

Disyuntor de circuito con bobina de electroimán de soplado accionada por arco de luz. El disyuntor de circuito tiene un contacto fijo (5), un contacto móvil (9) pivotante contra dos líneas (2,3) para facilitar la conexión eléctrica entre ellas y una bobina electroimán de soplado (20) para soplar magnéticamente un arco de luz (B) formado cuando se separan los contactos. La bobina de electroimán de soplado conmuta entre una línea (3) y un elemento de contacto (13) para acoplarse al arco de luz de forma que después de la separación de los contactos se produzca una conexión eléctrica de las líneas a través del arco de luz y de la bobina de electroimán de soplado.

Description

Interruptor automático con bobina de soplado magnético accionada por arco eléctrico.

La invención se refiere a un interruptor automático o a un desconectador con un contacto fijo y un contacto móvil, que puede bascular para establecer una unión eléctrica conmutable de dos líneas de alimentación con respecto a las mismas, así como con una bobina de soplado magnético para el soplado magnético de un arco eléctrico que se produce al separar los contactos.

Un arco eléctrico que se produce en el caso de un proceso de desconexión de un interruptor automático (interruptor LS) es en gran medida indeseado, ya que uno de este tipo mantiene por un lado el flujo de corriente, incluso después de la apertura del punto de contacto, y de este modo prolonga el tiempo de conexión. Por otro lado el salto de chispas eléctrico designado como arco eléctrico libera una cantidad de calor relativamente grande, que conduce en especial a un intenso calentamiento de los contactos de interruptor en el punto de aplicación del arco eléctrico. Este calentamiento puede conducir a un daño o una destrucción de los contactos. Por ello es necesario apagar lo más rápidamente posible después de su aparición el arco eléctrico, que se produce irremediablemente durante un proceso de desconexión.

Con este fin se ha previsto normalmente a un lado de los contactos de interruptor un dispositivo de apagado, en especial una cámara de apagado. Para mover el arco eléctrico desde la región de contacto al dispositivo de apagado y de este modo acelerar el proceso de desconexión, el arco eléctrico se somete con frecuencia a un campo magnético que actúa transversalmente al tramo de arco eléctrico. Sobre el arco eléctrico compuesto de portadoras de carga movidas se ejerce, en el caso de una orientación correcta del campo magnético, una fuerza designada como fuerza de Lorentz que acelera el mismo en la dirección del dispositivo de apagado. Una traslación del arco eléctrico de este tipo forzada mediante un campo magnético se designa como soplado magnético.

Es habitual, en especial en el caso de aplicaciones de corriente continua, generar el campo magnético necesario para el soplado magnético por medio de un imán permanente dispuesto cerca del tramo de arco eléctrico. Debido a que un imán permanente genera un campo magnético estático, la eficacia del interruptor LS depende de la dirección de la corriente que fluye a través del mismo. Al invertirse el sentido del flujo de corriente se invierte precisamente también el sentido de la fuerza de Lorentz que actúa sobre el arco eléctrico. Esto significa que, en el caso de un flujo de corriente en contra del sentido previsto, el arco eléctrico no se mueve hasta el dispositivo de apagado, sino alejándose del mismo. Durante el funcionamiento del interruptor LS con una corriente alterna también cambia la fuerza de Lorentz de forma alternada. Esto produce de forma desventajosa una desconexión perturbada considerablemente con respecto al funcionamiento de corriente continua.

En el caso de un interruptor automático llamado de corriente universal, es decir, en el caso de un interruptor LS que es adecuado para corriente continua y corriente alterna con independencia de la polaridad, podría preverse el uso de una bobina magnética por la que fluye una corriente constante para el soplado. Esta bobina de soplado está conectada entre las líneas de alimentación del interruptor LS, de tal modo que la corriente de red en la bobina de soplado genera un campo magnético comparable a un imán permanente. Una bobina de soplado tiene la ventaja, con respecto a un imán permanente, de que su campo magnético se invierte también en el caso de una inversión del sentido de flujo de corriente. La inversión simultánea del flujo de corriente y del sentido de campo magnético produce que la fuerza de Lorentz resultante señala siempre en el mismo sentido, con independencia del respectivo sentido de flujo de corriente. En el caso de una disposición adecuada de la bobina se mueve de este modo el arco eléctrico siempre hasta el dispositivo de apagado.

El uso de una bobina de soplado por la que circula corriente constante tiene el inconveniente, sin embargo, de que la bobina de soplado se calienta mucho como consecuencia del flujo de corriente. Un calentamiento de la bobina de soplado y de este modo del espacio interior del interruptor LS es sin embargo indeseado. Asimismo es relativamente reducido el efecto de una bobina de soplado por la que circula corriente constante. Esto se debe a que el número de espiras de la bobina de soplado por la que circula corriente constante debe mantenerse reducido, a causa del espacio disponible en el interruptor LS.

Del documento GB 930 101 A se conoce un interruptor automático conforme al preámbulo de la reivindicación 1. El interruptor automático que allí se ha hecho patente comprende un contacto fijo y un contacto móvil, que puede bascular para establecer una unión eléctrica conmutable de dos líneas de alimentación con respecto a las mismas, así como una bobina de soplado para el soplado magnético de un arco eléctrico que se produce al separar los contactos, en donde la bobina de soplado está conectada de tal modo entre una línea de alimentación y un elemento de contacto para aplicarse al arco eléctrico, que después de la separación de los contactos se produce una unión eléctrica de las líneas de alimentación a través del arco eléctrico y de la bobina de soplado.

La invención se ha impuesto la tarea de indicar un interruptor automático con un soplado magnético de un arco eléctrico independiente del sentido de flujo de corriente y especialmente efectivo.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante las particularidades de la reivindicación 1. Según esto se ha previsto para el soplado magnético del arco eléctrico una bobina de soplado que, por un lado, está conectada a una línea de alimentación, en especial a la línea de alimentación asociada al contacto móvil. Por otro lado la bobina de soplado está unida a un elemento de contacto, que está previsto como derivación para el arco eléctrico. El elemento de contacto está configurado de tal modo que, después de la separación de los contactos, el arco eléctrico se aplica al elemento de contacto. La bobina de soplado está conectada de tal modo que, a través del arco eléctrico y de la bobina de soplado, las dos líneas de alimentación están unidas de forma conductora. El elemento de contacto está configurado como un patín de retenida, que circunda el contacto móvil en su posición de apertura al menos lateralmente con respecto a un tramo de arco eléctrico.

La invención se basa con ello en la idea de que un soplado magnético actúa de forma especialmente efectiva en el caso de un interruptor automático de corriente universal, si el sentido del campo magnético varía siempre con el sentido de flujo de corriente en el interior del arco eléctrico. Se aprovecha de la experiencia de que una variación de campo magnético de este tipo dependiente el flujo de corriente se consigue ventajosamente mediante una bobina de soplado. Con ello podría conseguirse una mejora con respecto a una bobina de soplado usual si la bobina de soplado sólo funcionara en el caso de un arco eléctrico disponible, es decir, por el que circula corriente. En cualquier otro momento debería interrumpirse por el contrario un flujo de corriente a través de la bobina de soplado, para impedir un consumo de energía innecesario y con ello un desarrollo de calor indeseado. El efecto descrito se consigue de forma reconocida si la bobina de soplado se contacta mediante el arco eléctrico. El arco eléctrico actúa aquí casi como interruptor, que conecta la bobina de soplado sólo si está disponible el arco eléctrico.

A causa del flujo de corriente a través de la bobina de soplado activada por arco eléctrico, y por ello sólo durante un breve espacio de tiempo, la potencia eléctrica transformada durante el proceso de desconexión en la bobina de soplado es reducida de forma despreciable. Como consecuencia de ello, en el caso de un diámetro de hilo relativamente pequeño, puede materializarse un elevado número de espiras de la bobina de soplado activada por arco eléctrico, con lo que el efecto es considerablemente mayor que el efecto de una bobina de soplado usual por la que circula corriente constante. Como consecuencia de la corriente tan solo durante un breve espacio de tiempo la bobina de soplado sólo se calienta escasamen-
te.

A causa de la configuración del elemento de contacto en forma de un patín de retenida, que circunda el contacto móvil en su posición de apertura al menos lateralmente con respecto al tramo de arco eléctrico, el contacto móvil se sumerge en su posición de apertura en el patín de retenida, en donde el arco eléctrico salta del contacto móvil al patín de retenida y, de este modo, conecta la bobina de soplado.

El elemento de contacto está dotado ventajosamente de un imán permanente, que genera un campo magnético aproximadamente perpendicular al tramo de arco eléctrico y, de este modo, desvía el arco eléctrico en dirección al elemento de contacto. De este modo se acelera considerablemente el salto del arco eléctrico al elemento de contacto.

Para acortar el tiempo de conmutación el interruptor LS comprende en una configuración conveniente dos rieles de desplazamiento, que alimentan el arco eléctrico desde la región de los contactos a una cámara de apagado. La región formada entre los rieles de desplazamiento está designada como región de ensanchamiento del arco eléctrico.

Por medio de una bobina de soplado arrollada en paralelo a la región de ensanchamiento del arco eléctrico se consigue, convenientemente, un soplado especialmente efectivo del arco eléctrico. Con ello se ha dispuesto con ello entre la región de ensanchamiento del arco eléctrico y la bobina de soplado una pared aislante, que impide el salto del arco eléctrico a la bobina de soplado.

En una forma de ejecución especialmente conveniente un primer riel de desplazamiento se conecta con ello de forma eléctricamente conductora al elemento de contacto. La conexión eléctrica del primer riel de desplazamiento al elemento de contacto favorece el salto del arco eléctrico del elemento de contacto al riel de desplazamiento. En una ejecución alterativa ventajosa el primer riel de desplazamiento se aproxima exclusivamente al elemento de contacto hasta una distancia de aislamiento y se une, a través de una línea que discurre en paralelo a la bobina de soplado, a la línea de alimentación correspondiente. De este modo se conecta solamente la bobina de soplado, para mover el arco eléctrico del elemento de contacto al riel de desplazamiento. En esta ejecución se interrumpe el flujo de corriente a través de la bobina de soplado, en cuanto el arco eléctrico ha saltado a los rieles de desplazamiento. De este modo se reduce ulteriormente un calentamiento de la bobina de soplado a causa de la potencia eléctrica invertida en la misma. La bobina de soplado puede materializarse con esto de forma especialmente ahorradora de
espacio.

Las ventajas conseguidas con la invención consisten en especial en que, por medio de una bobina de soplado activada por arco eléctrico, tiene lugar un soplado magnético especialmente efectivo de un arco eléctrico, ya que la bobina de soplado funciona sólo en caso necesario, es decir, al producirse un arco eléctrico. De forma ventajosa el sentido de la fuerza de Lorentz depende con ello solamente del sentido de arrollado de la bobina de soplado, pero no del sentido de flujo de corriente dentro del arco eléctri-
co.

A continuación se explican con más detalle ejemplos de ejecución de la invención con base en un dibujo. Con ello muestran:

la figura 1 una vista parcial de un interruptor automático con un contacto fijo, un contacto móvil y una bobina de soplado,

la figura 2 un corte II-II a través del interruptor automático conforme a la figura 1,

la figura 3 un corte III-III a través del interruptor automático conforme a la figura 1,

la figura 4, en una representación conforme a la figura 1, una forma de ejecución alterativa del interruptor automático.

La figura 1 muestra en una vista parcial un interruptor automático (interruptor LS) 1, que está dispuesto a través de dos líneas de alimentación 2 en un circuito de corriente no representado con más detalle. La línea de alimentación 2 está unida de forma eléctricamente conductora a través de un estribo de contacto 4 a un contacto fijo 5. La línea de alimentación 3 está conectada eléctricamente a través de conductores 6 y 7 a un brazo de contacto 8 que soporta por el extremo un contacto móvil 9. El brazo de contacto 8 está montado con ello de forma basculante alrededor de un eje de giro 10, de tal modo que en la posición de cierre no representada del interruptor automático 1 el contacto móvil 9 está situado sobre el contacto fijo 5. El circuito de corriente está conectado en este caso a través de la línea de alimentación 2, el estribo de contacto 4, el contacto fijo 5, el contacto móvil 9, el brazo de contacto 8, los conductores 7 y 6 y la línea de alimentación 3.

El interruptor LS 1 está dotado de un cortocircuito 11 representado sólo a modo indicativo que, al recibir una condición de activación prefijada, entrega un impulso mecánico al brazo de contacto 8 y a un cerrojo de interruptor no representado con más detalle. Como condición de activación puede estar fijada por ejemplo una corriente de cortocircuito dentro del circuito de corriente. Como consecuencia del impulso mecánico entregado por el cortocircuito 11 al brazo de contacto 8, bascula el brazo de contacto 8 hasta la posición de apertura representada conforme a la figura 1. Como consecuencia de este basculamiento del brazo de contacto 8, que también puede producirse manualmente de una forma conocida por sí misma, se separan uno de otro el contacto fijo 5 y el contacto móvil 9. Durante el movimiento de separación sucesivo del contacto fijo 5 y del contacto móvil 9 se produce un llamado arco eléctrico B, en el que mediante ionización del aire situado entre los contactos 5 y 9, se mantiene el flujo de corriente entre las líneas de alimentación 2 y 3. El arco eléctrico discurre aproximadamente a lo largo de la línea de unión de los contactos 5 y 9 en su posición de apertura. Este tramo está designado por ello como tramo de arco eléctrico 12.

El contacto móvil 9 está dispuesto en su posición de apertura dentro de un patín de retenida 13. El patín de retenida 13 está configurado fundamentalmente como paralelepípedo hueco de un material conductor. El patín de retenida 13 está abierto con ello sobre una superficie lateral 14 vuelta hacia el contacto fijo 5 así como sobre una superficie lateral 15, vuelta hacia el eje de giro 10 del brazo de contacto 8, de tal modo que el espacio interior 16 del patín de retenida 13 forma una cavidad, dentro de la cual puede bascular el brazo de contacto 8. Sobre la superficie lateral 17 alejada del eje de giro 10 el patín de retenida 13 soporta un imán permanente 18, cuyo eje norte-sur 19 está orientado al menos aproximadamente hacia el eje de giro 10. El eje norte-sur 19 discurre de este modo aproximadamente en paralelo al brazo de contacto 8 en su posición de apertura. De este modo se consigue que el campo magnético S estático, generado por imanes permanentes 18 (representado en la figura 3), esté situado casi perpendicularmente sobre el tramo de arco eléctrico 12.

El patín de retenida 13 está conectado eléctricamente a una bobina de soplado 20, que está unida a su vez eléctricamente a la línea de alimentación 3. Como puede verse en una vista conjunta de las figuras 1 y 2, la bobina de soplado 20 está arrollada en un plano de bobina 21, que está dispuesto en paralelo a un plano de contacto 22. El plano de contacto 22 está definido con ello como el plano en el que el brazo de contacto 8 puede bascular, y que contiene los contactos 5 y 9 así como el tramo de arco eléctrico 12. Entre la bobina de soplado 20 y el plano de contacto 22 está dispuesta una pared aislante 23. De este modo se impide que el arco eléctrico B salte a la bobina de soplado 20 y cortocircuite la misma.

El interruptor LS 1 comprende asimismo dos rieles de desplazamiento 24 y 25, que comienzan en las proximidades en cada caso de un punto extremo del tramo de arco eléctrico 12 y se extienden desde allí hasta una cámara de apagado 26. Con ello aumenta la distancia entre los rieles de desplazamiento 24, 25 en su recorrido hasta la cámara de apagado 26. El primer riel de desplazamiento 24 asociado al contacto móvil 9 está aplicado con ello de forma eléctricamente conductora sobre el patín de retenida 13. El segundo riel de desplazamiento 25 está formado por una parte del estribo de contacto 4, alejada del cortocircuito 11 y prolongada más allá del contacto fijo 5. Los rieles de desplazamiento 24 y 25 se extienden con ello aproximadamente dentro del plano de contacto 22. La superficie abarcada por el tramo de arco eléctrico 12, los rieles de desplazamiento 24, 25 y la cámara de apagado 26 está designada como región de ensanchamiento 27 del arco eléctrico B.

Al separar los contactos 5 y 9 se produce el arco eléctrico B - como se indica en la figura 1 - a lo largo del tramo de arco eléctrico 12 entre el contacto fijo 5 y el contacto móvil 9. En el entorno del contacto móvil 9 el arco eléctrico B recibe la influencia del campo magnético S estático, dibujado en la figura 3, del imán permanente 18. Sobre el arco eléctrico B compuesto por portadoras de carga movidas se aplica, por medio del campo magnético S, una fuerza de Lorentz F1 perpendicularmente al tramo de arco eléctrico 12 y perpendicularmente a la dirección de campo magnético imperante dentro del patín de retenida 13.

Como se deduce de la figura 3, el sentido del campo magnético dentro del patín de retenida 13 es aproximadamente paralelo al eje norte-sur 19 del imán permanente 18. El arco eléctrico B se desplaza como consecuencia de la fuerza de Lorentz F1 en la dirección de una pared lateral 28 ó 29 del patín de retenida 13. La dirección de la fuerza de Lorentz F1 está orientada - dependiendo del sentido de flujo de corriente dentro del arco eléctrico B - hacia la pared lateral 28 o diametralmente opuesta hacia la pared lateral opuesta 29. Después del salto del arco eléctrico B a la pared lateral 28 ó 29, el flujo de corriente se produce a continuación a través del contacto fijo 5 y el arco eléctrico B así como a través del patín de retenida 13. Desde allí se conduce a través de la bobina de soplado 20 hasta la línea de alimentación 3. El arco eléctrico B conecta de este modo automáticamente la bobina de soplado 20, que a continuación genera un campo magnético M aproximadamente perpendicular. Bajo la influencia de este campo magnético M se aplica al arco eléctrico B una fuerza de Lorentz adicional F2, que se aplica al arco eléctrico B en la dirección de los rieles de desplazamiento 24, 25. Bajo el efecto de la fuerza de Lorentz F2 salta el arco eléctrico B del contacto fijo 5 al segundo riel de desplazamiento 25 adyacente o del patín de retenida 13 al primer riel de desplazamiento 24 correspondiente. Aquí se alimenta el arco eléctrico a lo largo de la región de ensanchamiento 27 a la cámara de apagado 26, en donde se apaga el arco eléctrico B.

Después del apagado del arco eléctrico B están separadas eléctricamente las líneas de alimentación 2 y 3. Debido a que en el caso de una inversión del sentido de flujo de corriente dentro del arco eléctrico B también se invierte el sentido de flujo de corriente dentro de la bobina de soplado 20 y de este modo el sentido del campo magnético M, el sentido de la fuerza de Lorentz F2 depende exclusivamente del sentido de arrollamiento de la bobina de soplado 20, pero no del sentido de flujo de corriente. El sentido de arrollamiento de la bobina de soplado 20 se ha elegido con ello de tal modo, que el sentido de la fuerza de Lorentz F2 está orientada hacia la región de ensanchamiento 27 del arco eléctrico B.

La figura 4 muestra un perfeccionamiento ventajoso del interruptor LS 1. A diferencia de la forma de ejecución conforme a la figura 1 el primer riel de desplazamiento 24 no está aquí unido directamente al patín de retenida 13. Más bien se forma una distancia de aislamiento 30 entre el riel de desplazamiento 24 y el patín de retenida 13. El riel de desplazamiento 24 está conectado a la línea de alimentación 3 por medio de una línea aparte 31. Esta ejecución tiene la ventaja de que, después de un salto del arco eléctrico B al riel de desplazamiento 24, la bobina de soplado se queda sin corriente. Por medio de esto se evita un calentamiento adicional de la bobina de soplado 20 y con ello del interruptor LS.

Claims (7)

1. Interruptor automático con un contacto fijo (5) y un contacto móvil (9), que puede bascular para establecer una unión eléctrica conmutable de dos líneas de alimentación (2, 3) con respecto a las mismas, así como con una bobina de soplado (20) para el soplado magnético de un arco eléctrico (B) que se produce al separar los contactos, en donde la bobina de soplado (20) está conectada de tal modo entre una línea de alimentación (3) y un elemento de contacto (13) para acoplarse al arco eléctrico (B), que después de la separación de los contactos (5, 9) se produce una unión eléctrica de las líneas de alimentación (2, 3) a través del arco eléctrico (B) y de la bobina de soplado (20), caracterizado porque el elemento de contacto está configurado como un patín de retenida (13), que circunda el contacto móvil (9) en su posición de apertura al menos lateralmente con respecto a un tramo de arco eléctrico (12).

2. Interruptor automático según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de contacto (13) está dotado ventajosamente de un imán permanente (18), que genera un campo magnético (5) aproximadamente perpendicular a un tramo de arco eléctrico (12).

3. Interruptor automático según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por dos rieles de desplazamiento (24, 25) unidos eléctricamente en cada caso con una línea de alimentación (2, 3), para guiar el arco eléctrico (B) hasta una cámara de apagado (26), en donde la región de ensanchamiento (27) del arco eléctrico (B), formada entre los rieles de desplazamiento (24, 25), se ensancha hacia la cámara de apagado (26).

4. Interruptor automático según la reivindicación 3, caracterizado porque la bobina de soplado (20) está arrollada en un plano de bobina (21) paralelo a la región de ensanchamiento (27) del arco eléctrico
(B).

5. Interruptor automático según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque un primer riel de desplazamiento (24) está aplicado de forma eléctricamente conductora, para su contactado, al elemento de contacto (13).

6. Interruptor automático según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque entre un primer riel de desplazamiento (24), asociado al elemento de contacto (13), y el elemento de contacto (13) está formada una distancia de aislamiento (30).

7. Interruptor automático según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque entre la bobina de soplado (20) y los contactos (5, 9) está dispuesta una pared aislante (23).