ES2308150T3 - Interruptor de potencia de alta tension con supresion de arco perfeccionada. - Google Patents
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Abstract
Un interruptor (200) de potencia para conmutar una fuente (215) de potencia de alta tensión, comprendiendo el interruptor de potencia: un primer contacto estacionario (210) configurado para acoplarse a una fuente (215) de potencia de alta tensión, un segundo contacto estacionario (212), un contacto giratorio (240) no estacionario configurado para ser colocado en una primera posición para acoplar eléctricamente el primer contacto estacionario (210) al segundo contacto estacionario (212) y, en una segunda posición, para desacoplar eléctricamente el primer contacto estacionario y el segundo contacto estacionario, donde una región del movimiento del contacto no estacionario entre la primera posición y la segunda posición comprende una región (250) de formación de arco, y un mecanismo (230) de circulación de fluido, configurado para hacer circular un fluido dieléctrico (130) a través de la región (250) del arco; estando sumergidos, durante el uso, en el fluido dieléctrico, el primer contacto estacionario (210), el segundo contacto estacionario (212), el contacto no estacionario (240) y el mecanismo (230) de circulación de fluido; caracterizado porque el mecanismo de circulación de fluido comprende un rotor (230) que hace circular al fluido dieléctrico hacia fuera, a través de la región (250) del arco.
Description
Interruptor de potencia de alta tensión con
supresión de arco perfeccionada.
La invención está relacionada con interruptores
eléctricos de alta tensión.
Los interruptores de potencia, algunas veces
denominados interruptores selectores o divisores, se utilizan en
operaciones de alta tensión para conectar una o más fuentes de
potencia a una carga. Las operaciones de alta tensión incluyen
generalmente aquellas que emplean tensiones mayores que 1000
voltios. Los interruptores de potencia pueden ser utilizados para
conmutar entre fuentes de potencia alternativas para permitir, por
ejemplo, la reconfiguración de un sistema de distribución de
potencia o el uso de una fuente temporal de potencia, mientras se
da servicio a una fuente de potencia principal.
A menudo, un interruptor de potencia debe ser
compacto debido a los usos pretendidos (por ejemplo, un una
instalación de distribución subterránea, y/o en una instalación
industrial polifásica, interna a un transformador de distribución o
de potencia, o equipos de conmutación de disyuntores). El tamaño
compacto de un interruptor de potencia reduce la distancia física
que puede conseguirse entre los contactos eléctricos del mecanismo
de conmutación. La reducida distancia física entre los contactos
eléctricos, a su vez, puede hacer que el interruptor sea vulnerable
a un arco ininterrumpido, debido a la potencia de alta tensión a
conmutar. El problema que surge con los arcos puede ser
especialmente agudo en el momento en que los contactos se separan,
por ejemplo, cuando un contacto estacionario y un contacto móvil
son desconectados. El arco puede tener lugar entre un contacto de
potencia y tierra, o entre uno o más contactos de potencia. Por
ejemplo, en un interruptor trifásico, el arco puede tener lugar
entre una fase y tierra, y/o entre una o más de las tres fases.
Para reducir la incidencia de los arcos sin
aumentar el tamaño del interruptor, los interruptores de potencia
son a menudo sumergidos en un baño de fluido dieléctrico. El fluido
dieléctrico es más resistente al arco que el aire. El fluido
eléctrico reduce, aunque no elimina, la distancia requerida entre
los contactos para suprimir el arco. Por tanto, los arcos
accidentales ocurrirán típicamente hasta que los contactos se
separen suficientemente para proporcionar la distancia de supresión
requerida. Aunque transitorios, tales arcos accidentales degradan
las cualidades aislantes del fluido dieléctrico, creando un camino
de elementos de carbonización y burbujas de gas, que es más
conductor que el fluido dieléctrico. Los arcos accidentales
repetidos pueden reforzar el camino conductor, un camino que
eventualmente puede proporcionar una conducción para los peligrosos
arcos ininterrumpidos.
Los arcos ininterrumpidos pueden ocasionar que
un interruptor de potencia falle catastróficamente. Más
específicamente, las temperaturas dentro del plasma formadas por un
arco ininterrumpido puede alcanzar decenas de miles de grados
Fahrenheit. Bajo un arco ininterrumpido, el fluido dieléctrico puede
vaporizarse y los contactos metálicos del interruptor de potencia
pueden fundirse y/o vaporizarse, creando una nube conductora
expansiva de gas ionizado a alta temperatura. A medida que la nube
conductora se expande, el arco se puede propagar a otros contactos
del interruptor de potencia, los cuales pueden crear otros caminos
defectuosos entre fases y entre fases y tierra. Además, el plasma
conductor y los gases pueden expandirse explosivamente como un
estallido por arco cuando son sobrecalentados por el arco
ininterrumpido. Puede abrirse una brecha en el sellado de los
equipos. En tal caso, el propio estallido del arco puede ejercer una
fuerza catastrófica sobre los alrededores. Además de los gases
sobrecalentados, el estallido del arco puede incluir metal fundido y
fragmentos de equipos transformados en proyectiles.
El documento US 2909633 describe un disyuntor
adaptado para el uso en sistemas de potencia de alta tensión.
El documento EP 0484747 divulga un interruptor
rotativo amortiguador que tiene una vaina cilíndrica llena de gas
eléctricamente aislante. El interruptor rotativo amortiguador tiene
al menos un contacto móvil y al menos un contacto estacionario, que
están sometidos a los arcos.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un interruptor de potencia de acuerdo con
la reivindicación 1.
Las implementaciones pueden incluir una o más de
las siguientes características. Por ejemplo, el mecanismo de
circulación de fluido puede dispersar las impurezas conductoras (por
ejemplo, elementos de carbonización y y/o burbujas) acumuladas
dentro de la región del arco por causa de un arco anterior. La
circulación del fluido dieléctrico con una velocidad suficiente
puede suprimir también los arcos aumentando en alrededor del diez
por ciento o más la longitud del fluido dieléctrico que debe
atravesar un arco para pasar a través de la región del arco. La
circulación puede proporcionar también un flujo mejorado del fluido
dieléctrico que no ha sido expuesto al arco, para mejorar
rápidamente la resistencia dieléctrica en la región del arco.
El mecanismo de circulación de fluido puede
incluir una paleta o paletas configuradas para aumentar el fluido
dieléctrico que fluye a través de la región del arco. La paleta
puede estar formada por un material no conductor, tal como,
plástico o fibra de vidrio. La paleta puede estar incluida como
parte del contacto no estacionario, o puede estar físicamente
separada del contacto. La paleta y el contacto no estacionario
pueden ser incluidos como parte de un rotor que esté acoplado a un
eje giratorio. Alternativamente, o además, la paleta puede montarse
directamente sobre el eje giratorio. En cualquier caso, la rotación
del eje puede hacer girar el contacto no estacionario entre la
primera posición y la segunda posición, al tiempo que hace que la
paleta haga circular el fluido dieléctrico a través de la región
del arco.
En otra implementación, el interruptor de
potencia de alta tensión, induce una corriente de convección con un
elemento de caldeo para reforzar la circulación del fluido
dieléctrico a través de la región del arco.
Otras características serán evidentes a partir
de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
interruptor de potencia de alta tensión, con supresión de arco
reforzada.
Las figuras 2 y 3 son vistas frontales de un
mecanismo de conmutación que puede ser utilizado para implementar
el interruptor de potencia de alta tensión de la figura 1.
Las figuras 4A-4E son vistas
frontales de ejemplos adicionales de configuraciones de
interruptores, que pueden ser utilizadas para implementar el
interruptor de potencia de alta tensión de la figura 1.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un
interruptor trifásico que puede ser utilizado para implementar el
interruptor de potencia de alta tensión de la figura 1, al tiempo
que proporciona una supresión mejorada del arco de fase a fase y/o
de fase a tierra.
La figura 6 es una vista frontal de un
interruptor y de un mecanismo de circulación por convección, que
puede ser utilizado para implementar el interruptor de potencia de
alta tensión de la figura 1.
Los símbolos de referencia similares en los
diversos dibujos, indican elementos similares.
Con fines ilustrativos, se describe un
interruptor de potencia de alta tensión, denominado algunas veces
selector o interruptor divisor, que utiliza un mecanismo de
circulación de fluido para reducir el arco durante la desconexión
(interrupción) de la potencia de alta tensión. Con fines de claridad
de la exposición, la descripción comienza con una relación de
mecanismos interruptores del interruptor de potencia de alta tensión
y de mecanismos empleados para suprimir el arco. La discusión
continúa desde los elementos generales de los mecanismos, y sus
relaciones de alto nivel, hasta una relación detallada de roles,
configuraciones y componentes ilustrativos de los elementos.
Haciendo referencia a la figura 1, un
interruptor 100 de potencia de alta tensión define un camino
eléctrico 105, entre una fuente 110 de potencia de alta tensión y
una carga 115. El camino eléctrico 105 incluye un mecanismo 120 de
conmutación, configurado para abrir o cerrar el camino eléctrico
105. El interruptor 100 de potencia de alta tensión incluye también
una caja 125 que contiene los elementos del interruptor 100 de
potencia de alta tensión sumergidos en un fluido dieléctrico 130
(por ejemplo, aceite mineral). El fluido dieléctrico 130 suprime el
arco 135 en una región 140 del arco, cuando se abre el mecanismo 120
de conmutación para desconectar la carga 115 de la fuente 110 de
potencia de alta tensión.
La capacidad del interruptor 100 de potencia de
alta tensión para suprimir el arco es una función de la impedancia
y de la tensión presentada entre los contactos abiertos del
mecanismo 120 de conmutación. La impedancia global, a su vez, puede
ser determinada basándose en la impedancia por unidad de longitud
presentada por el fluido dieléctrico 130 y de la longitud del
fluido dieléctrico 130 a través del cual debe viajar la corriente
para formar el arco entre los contactos del mecanismo 120 de
conmutación. El arco puede ser suprimido, por tanto, aumentando la
resistencia dieléctrica del fluido 130 y extendiendo el camino a
través del fluido dieléctrico 130 por el que debe viajar el
arco.
arco.
En vista de esto, el interruptor 100 de potencia
de alta tensión incluye un mecanismo 145 de circulación de fluido.
El mecanismo 145 de circulación de fluido ayuda a circular el fluido
dieléctrico 130 a través de la región 140 del arco. La circulación
del fluido dieléctrico 130 a través de la región 140 del arco mejora
la resistencia del fluido dieléctrico 130 en la región 140 del
arco, eliminando las impurezas conductoras originadas por el arco
(por ejemplo, los elementos de carbonización y las burbujas). A
menos que se eliminen de la región del arco, estas impurezas
conductoras pueden facilitar el arco continuo o futuro al
proporcionar un camino de impedancia menor entre los contactos del
mecanismo 120 de conmutación. La circulación del fluido dieléctrico
130 a través de la región 140 del arco, puede aumentar también la
longitud (por ejemplo, en aproximadamente un diez por ciento o más)
del camino a través del fluido dieléctrico 130. El alargamiento del
camino que debe recorrer un arco entre los contactos del mecanismo
120 de conmutación mejora la supresión del arco de la operación de
conmutación.
Las figuras 2 y 3 ilustran un mecanismo
giratorio 200 de conmutación con paletas que pueden ser utilizadas
para implementar el interruptor de potencia de alta tensión de la
figura 1. Las figuras 2 y 3 ilustran, cada una de ellas, distintos
aspectos del mecanismo giratorio 200 de conmutación. Con fines de
brevedad, la descripción de la figura 3 omite el material común a
la descripción de la figura 2.
Haciendo referencia a la figura 2, el mecanismo
giratorio 200 de conmutación incluye un bloque 205 de interruptor
que soporta los elementos del mecanismo giratorio 200 de conmutación
con una separación deseada. El bloque 205 de interruptor puede ser,
generalmente, de cualquier forma adecuada, tal como, por ejemplo, de
forma triangular cuadrada, o pentagonal. El bloque 205 de
interruptor tiene forma triangular en la implementación ilustrada.
Dos esquinas del bloque 205 de interruptor incluyen,
respectivamente, los contactos estacionarios 210 y 212 (en otras
implementaciones, la tercera esquina incluye también un contacto
estacionario). El primer contacto estacionario 210 está conectado a
una fuente 215 de potencia de alta tensión, mientras que el segundo
contacto estacionario 212 está conectado a una carga 220. El
mecanismo giratorio 200 de conmutación puede ser sumergido en un
fluido dieléctrico 130 dentro de la caja (depósito) de un
transformador o mecanismo de conmutación. El fluido dieléctrico
puede incluir, por ejemplo, ingredientes de base tales como aceites
minerales o aceites vegetales, fluidos sintéticos tales como
ésteres polioles, gas SF6, y fluidos de silicona, y mezclas de los
mismos.
El interruptor giratorio 200 de potencia incluye
un eje giratorio central 225. Hay acoplado un rotor 230 al eje
giratorio central 225, y gira basándose en la rotación del eje
central giratorio 225. Hay un núcleo central 232 que puede conectar
el rotor 230 de manera no conmutable a un contacto estacionario 210
o 212. El rotor 230 incluye brazos 235a-235c de
retención, que están situados formando 90º entre sí en una
configuración en forma de T y que se irradian desde el eje central
del rotor 230. Cada uno de los brazos 235a-235c de
retención está configurado de manera que retiene una lámina 240 de
contacto. En la implementación de la figura 2, el brazo 235b de
retención está provisto de una lámina 240 de contactos, mientras que
los brazos 235a y 235c se dejan vacíos. Esta configuración de rotor
proporciona un mecanismo de conmutación de una sola lámina. Se
pueden utilizar otras configuraciones de rotor, ejemplos de las
cuales se detallan a continuación, con respecto a las figuras
4A-4E.
El rotor 230 puede ser girado para poner en
contacto eléctrico al contacto estacionario 210 y la lámina 240 de
contactos, o para separar la lámina 240 de contactos del contacto
estacionario 210 e interrumpir el contacto eléctrico. El rotor 230
incluye también una o más paletas 245 que descansan sobre el mismo
eje radial del rotor 230 que los brazos 235a-235c
de retención. Las paletas 245 pueden estar colocadas formando
ángulos, por ejemplo, de 45º con respecto a los brazos
235a-235c de retención. Cada paleta 245 está
configurada de manera que presenta una superficie significativa en
una dirección de rotación del rotor 230, a través del fluido
dieléctrico 130. Además, o como alternativa, los brazos
235a-235c de retención pueden ser configurados con
características similares a las de una paleta (por ejemplo, las
crestas 247).
Se puede hacer girar al rotor 230, por ejemplo,
en la dirección de las agujas del reloj, para interrumpir el
contacto con la fuente 215 de potencia de alta tensión en el
contacto estacionario 210. Cuando el rotor 230 gira, las paletas
245 hacen que el fluido dieléctrico 130 circule hacia fuera del
rotor 230 y a través de una región 250 del arco. La circulación
hacia fuera del fluido dieléctrico 130 elimina las impurezas dentro
de la región 250 del arco, que pueden reducir la capacidad del
fluido dieléctrico 130 para suprimir el arco en la región 250 del
arco. Por ejemplo, la circulación hacia fuera del fluido dieléctrico
130 puede dispersar las burbujas y/o los elementos de carbonización
creados por el arco, a través
de la región 250 del arco, y que en otro caso aumentarían la conductancia eléctrica a través de la región 250 del arco.
de la región 250 del arco, y que en otro caso aumentarían la conductancia eléctrica a través de la región 250 del arco.
La circulación hacia fuera del fluido
dieléctrico 130, a través de la región 250 del arco, puede originar
también una aumento efectivo (por ejemplo, un aumento de alrededor
del diez por ciento o más) en la longitud del camino más corto
disponible 255 para el arco, aumentando así la barrera presentada
para el arco. Por ejemplo, en ausencia de la circulación del fluido
dieléctrico 130, la línea 255 puede representar el camino más corto
disponible para el arco, entre el contacto estacionario 210 y el
contacto giratorio 240. Sin embargo, el movimiento hacia fuera del
fluido dieléctrico 130 originado por la rotación de las paletas 245,
puede aumentar efectivamente la longitud del camino más corto
disponible 255 para el arco, por ejemplo, a un camino de arco
efectivamente más largo, representado conceptualmente por el arco
260. Para enfatizar visualmente las diferencias en la longitud
efectiva del camino, el camino de arco seguido por el arco 260
aparece geográficamente más largo que el camino 255 del arco. No
obstante, la longitud geográfica realmente atravesada por el arco
260 puede ser generalmente el mismo que el camino 255 del arco, al
tiempo que es efectivamente más largo, como se explica con más
detalle a continuación.
Es decir, aunque los caminos geográficos que
atraviesa un arco 260 cuando se mueve el fluido dieléctrico, en
comparación con un fluido dieléctrico esencialmente sin movimiento,
son los mismos, la longitud del fluido dieléctrico atravesado (la
distancia efectiva) puede ser diferente en los dos casos.
Específicamente, la distancia efectiva puede ser determinada
basándose en un vector suma de una velocidad de propagación del arco
260 a través del fluido dieléctrico 130 y de una velocidad del
fluido dieléctrico 130.
El efecto es análogo al presentado cuando un
bote de remos cruza un río que fluye rápidamente desde una orilla a
un punto directamente opuesto en la otra orilla. Incluso cuando el
bote viaja la distancia más corta en línea recta para llegar a la
otra orilla, el bote debe ejercer una fuerza aguas arriba contra la
corriente aguas abajo. En suma, el bote es forzado a viajar una
distancia efectiva mayor que si se viajase esa misma distancia
geográfica en línea recta y solamente se interpusiera agua
quieta.
Haciendo referencia a la figura 3, para fines
ilustrativos, el rotor 230 se muestra ahora con ángulo de rotación
algo mayor que el que fue ilustrado en la figura 2. La mayor
rotación del rotor 230 hace que la paleta 245 invada un camino 305
de arco más corto, entre el contacto estacionario 210 y la base del
brazo 235b de retención y el contacto giratorio 240 (por
simplicidad de la exposición, se desprecia el efecto del brazo 235a
de retención sobre el camino 305, aunque el efecto puede ser
similar al efecto de la paleta 245). Debido a que la paleta 245 se
fabrica a partir de un material no conductor (por ejemplo, un
polímero, fibra de vidrio y/o material de celulosa), el camino más
corto presentado por el arco se extiende ahora alrededor de la
paleta 245 como se ilustra con el camino extendido 310 del arco. Al
aumentar la distancia física, el arco debe atravesar el camino
entre el contacto estacionario 210 y el contacto giratorio 240, y la
barrera al arco aumenta también.
Más aún, cuando el contacto giratorio 240 gira
alejándose del contacto estacionario 210, la paleta 245 puede
impedir que un arco ya establecido se mantenga, mediante el
"descenso" del contacto giratorio 240 para acortar un camino
de arco que aumenta en otro caso. Específicamente, cuando se inicia
una conmutación para separar los contactos, el camino más corto del
arco descansará entre un punto de inicio en el contacto estacionario
210 y un punto extremo en la pared exterior 315 de la lámina 240 de
contactos. Sin embargo, cuando la lámina 240 de contactos gira
alejándose, el camino del arco inicialmente más corto se hace más
largo casi inmediatamente. A medida que continúa la rotación, se
define un nuevo camino de arco más corto (por ejemplo, un camino 305
del arco), basándose en un punto extremo que se desplaza
progresivamente hacia abajo desde el extremo exterior 315 de la
lámina 240 de contactos, hacia la base de la lámina 240 de
contactos. Un arco ya establecido puede intentar seguir este
cambiante camino más corto haciendo "descender" la lámina 240
de contactos. Como se ilustra en la figura 3, la paleta no
conductora 245 actúa suprimiendo el "descenso" aumentando aún
más el camino de arco más corto a medida que la lámina 240 de
contactos gira alejándose (por ejemplo, compárense los caminos 305
y 310). Se puede proporcionar una protección adicional contra el
"descenso" del arco mediante el revestimiento de la parte
inferior de la hoja 240 de contactos con un material no conductor
y/o fabricando y/o recubriendo un brazo 235 de retención del rotor
230 con un material no conductor.
Las figuras 4A-4E ilustran otras
maneras en las cuales puede configurarse el rotor 230 para
implementar un mecanismo giratorio de conmutación.
Haciendo referencia a la figura 4A, se ilustra
un mecanismo 410 de conmutación de lámina recta. Para configurar el
mecanismo 410 de conmutación de lámina recta, los brazos 235a y 235c
están provistos de láminas 240 de contacto, mientras que el brazo
235b no está provisto de una lámina de contactos. El mecanismo 410
de conmutación de lámina recta se utiliza, por ejemplo, para
conmutar la fuente A de potencia de alta tensión y una carga B.
La figura 4B muestra un mecanismo 430 de
conmutación de una lámina en V. El mecanismo 430 de conmutación de
lámina en V provee los brazos 235a y 235b de retención con láminas
240 de contactos para proporcionar dos contactos giratorios de la
misma longitud, formando un ángulo de 90º entre sí. También se
disponen tres contactos estacionarios 210. Dos de los contactos
estacionarios están conectados a una primera fuente A de potencia
de alta tensión y a una segunda fuente B de potencia de alta
tensión, respectivamente. El tercer contacto estacionario está
conectado a una carga C (por ejemplo, un conjunto de
núcleo-devanado de un transformador) y también está
conectado a un núcleo 230 del interruptor. El mecanismo 430 de
conmutación de lámina puede alimentar la carga C desde la fuente A
y/o desde la fuente B, y puede proporcionar una posición
completamente abierta en la cual la carga C no está conectada ni a
la fuente A ni a la fuente B. Específicamente, el mecanismo 430 de
conmutación de lámina en V puede seleccionar un circuito abierto; un
circuito entre la fuente A y la carga C; un circuito entre la
fuente B y la carga C; o un circuito entre las fuentes A y B y la
carga C. Son posibles también otras configuraciones del conmutador
de lámina en V. Por ejemplo, en una implementación alternativa, el
mecanismo de conmutación de lámina en V puede ser configurado para
conmutar dos cargas entre una fuente de potencia.
Haciendo referencia a la figura 4C, un mecanismo
450 de conmutación de lámina en T provee cada uno de los brazos
235a-235c de retención con una lámina 240 de
contactos. Por tanto, el mecanismo 450 de conmutación de lámina en
T proporciona tres contactos giratorios de la misma longitud,
formando cada uno de ellos con las demás un ángulo de 90º. También
se disponen tres contactos estacionarios 210. Cada contacto
estacionario 210 está unido a una fuente de potencia (por ejemplo,
la fuente A o la fuente B) o a una carga (por ejemplo, la carga C),
respectivamente. El mecanismo 450 de conmutación de lámina en T
puede conectar la carga C a la fuente A y/o a la fuente B.
Alternativamente, el mecanismo 450 de conmutación de lámina en T
puede conectar conjuntamente las fuentes A y B, al tiempo que deja
la carga C sin conectar a ninguna fuente. En suma, el mecanismo 450
de conmutación de lámina en T puede formar circuitos entre las
fuentes A y B; entre la fuente A y la carga C; entre la fuente B y
la carga C; o entre las fuentes A y B y la carga C. También son
posibles otras configuraciones del conmutador de lámina en T. Por
ejemplo, en una implementación alternativa, el mecanismo de
conmutación de lámina en T puede ser configurado para conmutar dos
cargas entre una fuente de potencia.
Las figuras 4D-4E ilustran
configuraciones de lámina en V y de lámina en T de mecanismos 470 y
490 de conmutación de contactos de efecto puente (MMB). En un
mecanismo de conmutación de contactos de efecto puente, a un
contacto eléctrico giratorio se le da un tamaño tal que, cuando se
conmuta una carga entre una primera y una segunda fuente de
potencia, el acoplamiento de la primera fuente de potencia con la
carga no se interrumpe hasta que se acopla a la carga la segunda
fuente de potencia. En suma, el mecanismo de conmutación de
contactos de efecto puente asegura que no se interrumpe una primera
conexión hasta que se ha hecho la segunda conexión. Las fuentes de
potencia pueden ser sincronizadas para no crear una falta de
potencia durante el tiempo en que se mantienen la primera y la
segunda conexión mientras se hace la conmutación. Más aún, con
respecto a los mecanismos 470, 490 de conmutación de lámina en V o
de lámina en T, se pueden utilizar otras configuraciones de
conmutación. Por ejemplo, los mecanismos 470 y 490 de conmutación
pueden ser configurados para conmutar dos cargas entre una sola
fuente de potencia.
Haciendo referencia a la figura 4D, un mecanismo
470 de conmutación de lámina en V de contactos con efecto puente
incluye un contacto giratorio 475 en forma de arco, que dispone de
unos brazos 235a y 235b de retención. El mecanismo 470 de
conmutación de lámina en V y MMB puede ser utilizado, por ejemplo,
en una aplicación de alta tensión en la cual se desea conmutar una
carga C desde una fuente de potencia inicial (por ejemplo, la
fuente A) a una fuente alternativa de potencia (por ejemplo, la
fuente B) sin interrupción. Para conmutar de la forma descrita, la
carga C puede ser conectada a un contacto estacionario que se
conecta también al núcleo.
Haciendo referencia a la figura 4E, un mecanismo
490 de conmutación de lámina en T con contactos de efecto puente
incluye un contacto giratorio 495 en forma de arco, similar
generalmente al contacto giratorio 475 del mecanismo 470 de
conmutación de lámina en V MMB, pero describiendo un arco mayor. La
capacidad de conmutación del mecanismo 490 de conmutación de lámina
en T MMB es similar a la de un mecanismo estándar de conmutación de
lámina en T (por ejemplo, al mecanismo 450 de conmutación de lámina
en T), pero con la funcionalidad añadida de conmutación de
contactos con efecto puente. El contacto giratorio 495 describe un
arco semicircular y tiene un tamaño tal que puede acoplar
eléctricamente tres contactos estacionarios 210 antes de interrumpir
una conexión previa. Por ejemplo, el mecanismo 490 de conmutación
de lámina en T MMB puede ser accionado para completar una conexión
entre las fuentes A y B y la carga C. Alternativamente, el mecanismo
490 de conmutación de lámina en T MMB puede completar un circuito
entre dos cualquiera de la fuente A, la fuente B y la carga C.
La figura 5 ilustra un conmutador trifásico 500
de potencia que incluye tres interruptores giratorios
510a-510c con paletas 245 (a modo de ejemplo,
cualquiera de los mecanismos de conmutación descritos previamente
podrían ser utilizados como conmutador giratorio 510). Cada uno de
los conmutadores giratorios 510a-510c incluye
también un rotor 230 con brazos 235 de retención y al menos una
lámina 240 de contactos. Cada uno de los interruptores giratorio
510a-510c está configurado para conmutar una sola
fase (por ejemplo, la primera fase) de una o más fuentes de
potencia, y/o una o más cargas.
Por ejemplo, una primera fuente 512 de potencia
de alta tensión podría conectar su primera fase al contacto
estacionario 515a, su segunda fase al contacto estacionario 515b y
su tercera fase al contacto estacionario 515c. Una segunda fuente
517 de potencia de alta tensión podría conectar su primera, segunda
y tercera fases a los contactos estacionarios
520a-520c, respectivamente. Así, el primer
componente 510a de conmutación podría seleccionar alternativamente
la primera fase de la primera y segunda fuentes de potencia (por
ejemplo, entre los contactos estacionarios 515a y 520a), un segundo
componente 510b podría seleccionar alternativamente la segunda fase
de la primera y segunda fuentes de potencia (por ejemplo, entre los
contactos estacionarios 515b y 520b), y un tercer componente 510c
de conmutación podría seleccionar alternativamente la última fase de
la primera o segunda fuente de potencia (por ejemplo, entre los
contactos estacionarios 515c y 520c).
El interruptor trifásico 500 de potencia puede
ser configurado para conmutar simultáneamente cada uno de los
interruptores giratorios 510a-510c. Más
específicamente, se puede hacer girar una manivela 525 para cargar
los resortes 530 que están acoplados a un eje 535. El eje 535 puede
conectarse a cada uno de los interruptores giratorios
510a-510c. Por ejemplo, el eje 535 puede extenderse
a través de un eje de rotación de cada uno de los interruptores
giratorios 510a-510c. Cuando se liberan, los
resortes 530 pueden hacer que el eje 535 haga girar los mecanismos
giratorios 510a-510c simultáneamente, con una
velocidad que es independiente de la velocidad del operador.
Alternativamente, cada uno de los mecanismos giratorios
510a-510c de conmutación puede incluir un
accionamiento independiente para accionar cada uno de los
interruptores giratorios 510a-510c, basándose en la
rotación del eje 535. En cualquier caso, el interruptor trifásico
500 de potencia puede ser utilizado para conmutar simultáneamente
desde las tres fases de la primera fuente 512 de potencia (por
ejemplo, los terminales estacionarios 515a-515c) a
las tres fases de la segunda fuente 517 de potencia (por ejemplo,
los terminales estacionarios 520a-c).
Alternativamente, el interruptor trifásico 500 de potencia puede ser
configurado para conmutar dos cargas entre una sola fuente
trifásico de potencia.
El interruptor trifásico 500 de potencia incluye
también los deflectores 540a y 540b que se interponen casi
totalmente entre las diferentes fases. Más específicamente, un
primer deflector 540a separa el interruptor giratorio 510a (fase
uno) del interruptor giratorio 510b (fase dos). El segundo deflector
540b separa el interruptor giratorio 510b (fase dos) del
interruptor giratorio 510c (fase tres). Los deflectores 540a y 540b
se fabrican a partir de material no conductor, tal como, por
ejemplo, papel ondulado o cartulina, fibra de vidrio o plástico.
Los deflectores 540a y 540b pueden disponerse separadamente.
Alternativamente, los deflectores 540a y 540b pueden estar
integrados, por ejemplo, con el bloque 545 del interruptor, el eje
535 y/o un rotor 230. En cualquier caso, los deflectores 540a y
540b forman una barrera eléctrica para suprimir el arco entre las
fases independientes, o entre una fase y tierra, que en otro caso
podrían originar daños al interruptor trifásico 500 de potencia.
Impidiendo que ocurra un arco inicial entre fase y fase o entre fase
y tierra, los deflectores 540a y 540b pueden aumentar la seguridad
y fiabilidad del interruptor trifásico 500 de potencia.
La figura 6 ilustra un mecanismo giratorio
adicional 600 de conmutación, que puede ser utilizado para
implementar el interruptor de potencia de alta tensión de la figura
1. El mecanismo giratorio 600 de conmutación incluye un rotor de
contactos (por ejemplo, un rotor 605 de lámina recta). El rotor 605
de lámina recta está configurado para conectar o desconectar un
primer contacto estacionario A y un segundo contacto estacionario B
de una manera similar a la descrita anteriormente. Una caja 610
contiene los componentes del mecanismo giratorio 600 de conmutación
sumergidos en un fluido dieléctrico 130. El mecanismo giratorio 600
de conmutación hace circular el fluido dieléctrico 130 utilizando
un mecanismo de convección. Más específicamente, el mecanismo
giratorio 600 de conmutación incluye un elemento 615 de caldeo
configurado para inducir una corriente 620 de convección en el
fluido dieléctrico 130, mediante el calentamiento del fluido
dieléctrico 130 en una parte inferior de la caja. El fluido
dieléctrico calentado 130 se eleva desde la parte inferior de la
caja 610 y hace que el fluido dieléctrico 130 más frío de la parte
superior de la caja 610 se sedimente (es decir, se induce la
corriente 620 de convección). De esta manera, la corriente 620 de
convección hace que el fluido dieléctrico 130 circule y disperse la
formación las impurezas que están dentro de las regiones 625 del
arco. El mecanismo giratorio 600 de conmutación emplea la
circulación por convección sola o en combinación con otros métodos
o sistemas de supresión del arco, tal como, por ejemplo, una paleta
y/o un deflector.
Dentro del alcance de las reivindicaciones
siguientes, hay otras implementaciones.
Claims (25)
1. Un interruptor (200) de potencia para
conmutar una fuente (215) de potencia de alta tensión, comprendiendo
el interruptor de potencia:
un primer contacto estacionario (210)
configurado para acoplarse a una fuente (215) de potencia de alta
tensión,
un segundo contacto estacionario (212),
un contacto giratorio (240) no estacionario
configurado para ser colocado en una primera posición para acoplar
eléctricamente el primer contacto estacionario (210) al segundo
contacto estacionario (212) y, en una segunda posición, para
desacoplar eléctricamente el primer contacto estacionario y el
segundo contacto estacionario, donde una región del movimiento del
contacto no estacionario entre la primera posición y la segunda
posición comprende una región (250) de formación de arco, y
un mecanismo (230) de circulación de fluido,
configurado para hacer circular un fluido dieléctrico (130) a
través de la región (250) del arco;
estando sumergidos, durante el uso, en el fluido
dieléctrico, el primer contacto estacionario (210), el segundo
contacto estacionario (212), el contacto no estacionario (240) y el
mecanismo (230) de circulación de fluido;
caracterizado porque el mecanismo de
circulación de fluido comprende un rotor (230) que hace circular al
fluido dieléctrico hacia fuera, a través de la región (250) del
arco.
2. El interruptor de la reivindicación 1, que
comprende además una conexión no conmutable configurada para
acoplar conjuntamente el contacto giratorio no estacionario (240) y
el contacto secundario estacionario (212).
3. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el mecanismo (230) de circulación de fluido comprende una
paleta (245) configurada para hacer circular el fluido dieléctrico
(130) a través de la región (250) del arco.
4. El interruptor de la reivindicación 3, en el
que la paleta (245) comprende un elemento (247) del contacto
giratorio no estacionario.
5. El interruptor de la reivindicación 3, que
comprende además un eje giratorio (225) acoplado al contacto
giratorio no estacionario (240) y a la paleta (245), y está
configurado para hacer girar el contacto giratorio no estacionario
entre la primera posición y la segunda posición, originando que la
paleta haga circular el fluido dieléctrico (130) a través de la
región (250) del arco.
6. El interruptor de la reivindicación 5, en el
que el contacto giratorio no estacionario (240) y la paleta (245)
comprenden un primer rotor.
7. El interruptor de la reivindicación 6, en el
que el contacto giratorio no estacionario (240) y la paleta (245)
comprenden elementos separados del primer rotor.
8. El interruptor de la reivindicación 5, en el
que la paleta (245) está acoplada directamente al eje giratorio
(225).
9. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el mecanismo (230) de circulación de fluido está configurado
para hacer circular el fluido dieléctrico (130) a través de la
región (250) del arco, de forma que la longitud a través del fluido
dieléctrico del camino más corto (255) del arco aumenta
efectivamente en alrededor del diez por ciento o más en
longitud.
10. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que las impurezas del fluido dieléctrico (130) comprenden burbujas
formadas por el arco.
11. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que las impurezas del fluido dieléctrico (130) comprenden elementos
de carbonización formados por el arco.
12. El interruptor de la reivindicación 3, en el
que la paleta (245) comprende un material no conductor.
13. El interruptor de la reivindicación 12, en
el que la paleta (245) está configurada para invadir el camino más
corto del arco, entre el primer contacto estacionario (210) y el
contacto giratorio no estacionario (240) con el fin de suprimir que
el arco siga el camino de arco más corto entre el primer contacto
estacionario (210) y el contacto giratorio no estacionario (240),
cuando el primer contacto no estacionario gira desde la primera
posición a la segunda posición.
14. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el mecanismo (230) de circulación de fluido comprende un
elemento (615) de caldeo configurado para hacer circular el fluido
dieléctrico (130) a través de la región del arco, induciendo una
corriente (620) de convección en el fluido dieléctrico.
15. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que la fuente de potencia de alta tensión comprende una fuente
polifásica (512) de potencia y el interruptor comprende un primer
contacto estacionario (515a), un segundo contacto estacionario
(515b) y un contacto giratorio no estacionario asociado con cada
fase.
16. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el fluido dieléctrico (130) comprende un aceite mineral.
17. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el fluido dieléctrico (130) comprende un aceite vegetal.
18. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el fluido dieléctrico (130) comprende un éster poliol.
19. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el fluido dieléctrico (130) comprende un gas SF6.
20. El interruptor de la reivindicación 1, en el
que el fluido dieléctrico (130) comprende un fluido de silicona.
21. Un interruptor polifásico (500) de potencia,
para conmutar una fuente polifásica (512) de potencia de alta
tensión, comprendiendo el interruptor:
un interruptor (510a) de la primera fase, de
acuerdo con la reivindicación 1, configurado para conmutar una
primera fase de la fuente polifásica de potencia de alta
tensión,
un interruptor (510b) de la segunda fase, de
acuerdo con la reivindicación 1, configurado para conmutar una
segunda fase de la fuente polifásica de potencia de alta tensión,
y
un primer deflector (540a) configurado para
separar casi toda la región del arco del conmutador (540b) de la
primera fase, de casi toda la región del arco del interruptor (510b)
de la segunda fase, para suprimir el arco entre el interruptor de
la primera fase y el interruptor de la segunda fase, donde el primer
deflector comprende un material no conductor;
en el que el interruptor (510a) de la primera
fase, el interruptor (510b) de la segunda fase y el primer deflector
(540a) están sumergidos, durante el uso, en un fluido dieléctrico
(130).
22. El interruptor polifásico de potencia de la
reivindicación 21, donde el interruptor comprende además:
un interruptor (510c) de la tercera fase
configurado para conmutar una tercera fase de la fuente polifásica
(512) de alta tensión;
un segundo deflector (540b) configurado para
separar casi toda la segunda región del arco del interruptor (510b)
de la segunda fase, de casi toda la región del arco del interruptor
(510c) de la tercera fase, para suprimir el arco entre el
interruptor de la segunda fase y el interruptor de la tercera fase,
donde el segundo deflector comprende un material dieléctrico.
23. El interruptor polifásico de potencia de la
reivindicación 21, donde el interruptor polifásico de potencia está
configurado para funcionar en un fluido dieléctrico (130) y que
comprende además un mecanismo de circulación de fluido para hacer
circular el fluido dieléctrico.
24. El interruptor polifásico de potencia de la
reivindicación 23, en el que el mecanismo de circulación de fluido
comprende una paleta (245).
25. El interruptor polifásico de potencia de la
reivindicación 21, en el que:
el interruptor es un interruptor trifásico (500)
de potencia para conmutar una fuente trifásica (512) de potencia de
alta tensión;
el interruptor de la primera fase es un primer
interruptor giratorio (510a) configurado para conmutar una primera
fase de una fuente trifásica de potencia de alta tensión;
el interruptor de la segunda fase es un segundo
interruptor giratorio (510b) configurado para conmutar una segunda
fase de una fuente trifásica de potencia de alta tensión;
el primer deflector (540a) está configurado para
interponerse casi totalmente entre el primer interruptor giratorio
(510a) y el segundo interruptor giratorio (510b), para suprimir el
arco entre la primera fase y la segunda fase de la fuente trifásica
de potencia de alta tensión;
el interruptor de potencia comprende además un
tercer interruptor giratorio (510c) configurado para conmutar una
tercera fase de la fuente trifásica de potencia de alta tensión; y
un segundo deflector (540b) configurado para interponerse casi
totalmente entre el segundo interruptor giratorio (510b) y el tercer
interruptor giratorio (510c) para suprimir el arco entre la segunda
fase y la tercera fase de la fuente trifásica de potencia de alta
tensión;
el primer, segundo y tercer interruptores
giratorios (510a, 510b, 510c) comprenden, cada uno de ellos, una
paleta (245) configurada para hacer circular el fluido dieléctrico
(130); y
el primer, segundo y tercer interruptores
giratorios (510a, 510b, 510c) y el primer y segundo deflectores
(540a, 540b) se sumergen, durante el uso, en el fluido dieléctrico
(130).
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