ES3061737T3 - A switching apparatus for electrical systems - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aparato de conmutación para sistemas eléctricos

[0003] La presente invención se refiere a un aparato de conmutación para sistemas eléctricos, por ejemplo, a un conmutador de corte en carga para sistemas eléctricos de media tensión.

[0004] Los conmutadores de corte en carga son bien conocidos en el sector de los sistemas eléctricos de media tensión. Estos aparatos de conmutación, que generalmente se utilizan en redes eléctricas de distribución secundaria, pueden interrumpir y establecer corrientes en condiciones de circuito específicas, así como proporcionar funcionalidades de desconexión de circuitos (normalmente, poniendo a tierra una sección del lado de la carga de un circuito eléctrico). Los conmutadores de corte en carga más tradicionales tienen sus polos eléctricos inmersos en una atmósfera de hexafluoruro de azufre (SF<6>), dado que este gas aislante garantiza excelentes prestaciones en términos de capacidades de aislamiento dieléctrico y apagado de arco cuando se interrumpen corrientes.

[0005] Sin embargo, como es sabido, SF<6>es un gas de efecto invernadero muy potente, y su uso está sujeto a restricciones por razones de conservación del medio ambiente. Por esta razón, con el paso del tiempo, se ha realizado un esfuerzo considerable para diseñar conmutadores de corte en carga que no utilicen SF<6>como su gas aislante. Los conmutadores de corte en carga más recientes tienen polos eléctricos sumergidos en aire seco presurizado o en un gas aislante respetuoso con el medio ambiente, tal como mezclas de oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y/o gases fluorados.

[0006] Desafortunadamente, la experiencia ha demostrado que estos aparatos de conmutación modernos siguen teniendo aspectos a mejorar, especialmente en relación con sus capacidades de apagado de arco y aislamiento dieléctrico durante una maniobra de apertura.

[0007] Más particularmente, en estos aparatos de conmutación, durante maniobras de apertura, a menudo se ha observado que aparecen fenómenos de apagado de arco no deseados entre los elementos de contacto móviles de los polos eléctricos y la carcasa exterior metálica (normalmente, puesta en tensión de tierra) u otros componentes conductores (por ejemplo, barras colectoras o partes a tierra) de los polos del conmutador.

[0008] Se ha visto que estos fenómenos de reencendido de arco, que se deben básicamente a la menor capacidad térmica y resistencia dieléctrica del gas aislante respetuoso con el medio ambiente comparado con el SF<6>, ocurren generalmente durante la denominada "fase de recuperación dieléctrica", que sigue inmediatamente a la fase de extinción de los arcos eléctricos que surgen normalmente entre los contactos eléctricos durante la separación de los polos eléctricos, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación.

[0009] Obviamente, dichos fenómenos de reencendido de arco pueden provocar daños graves en los aparatos de conmutación, dado que involucran algunos de los componentes internos del aparato de conmutación, que generalmente no están diseñados para soportar tensiones eléctricas y térmicas elevadas.

[0010] Una manera de evitar estos problemas puede ser aumentar las distancias dieléctricas entre los componentes activos y los componentes puestos a tierra de los polos eléctricos. Sin embargo, esta solución implicaría un aumento del tamaño global del aparato de conmutación, fundamentalmente inaceptable para muchas aplicaciones eléctricas. Otra posible manera de mitigar los problemas mencionados anteriormente sería montar elementos de apantallamiento adecuados (difusores del campo eléctrico) en los componentes activos de los polos eléctricos, particularmente en los elementos de contacto móviles. Sin embargo, se ha experimentado que esta solución puede influir negativamente sobre otras prestaciones eléctricas del aparato de conmutación (tal como su capacidad de interrumpir la corriente), que están fundamentalmente asociadas con el diseño de los elementos de contacto móviles de los polos eléctricos.

[0011] El documento CN114649161 describe un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

[0012] La finalidad principal de la presente invención es dar a conocer un aparato de conmutación para sistemas eléctricos, en particular sistemas eléctricos de media tensión, que permita superar o mitigar los inconvenientes de la técnica anterior.

[0013] Dentro de esta finalidad, un objetivo de la presente invención es dar a conocer un aparato de conmutación que utiliza un gas aislante respetuoso con el medio ambiente, en el que se impiden o reducen notablemente los fenómenos de reencendido de arco entre los elementos de contacto y la carcasa exterior u otros componentes conductores internos (por ejemplo, barras colectoras, contactos de puesta tierra y similares) de los polos del conmutador.

[0014] Un objetivo adicional de la presente invención es dar a conocer un aparato de conmutación que pueda proporcionar prestaciones eléctricas de alto nivel, particularmente en relación con su capacidad de interrumpir corrientes.

[0015] Un objetivo más de la presente invención es dar a conocer un aparato de conmutación que tenga una estructura simple y compacta con un número relativamente bajo de componentes internos.

[0016] Un objetivo adicional de la presente invención es dar a conocer un aparato de conmutación que sea de fabricación relativamente simple y económica a niveles industriales.

[0017] La finalidad y los objetivos anteriores, así como otros objetivos que emergerán claramente a partir de la siguiente descripción y de los dibujos adjuntos, son proporcionados, según la invención, por un aparato de conmutación para sistemas eléctricos de media tensión, según la reivindicación 1 y las reivindicaciones dependientes relacionadas. En una definición general, el aparato de conmutación, según la invención, comprende uno o varios polos eléctricos, que están alojados en un volumen interno del aparato de conmutación, que está definido por una carcasa exterior. Para cada polo eléctrico, el aparato de conmutación comprende:

[0018] - un elemento de contacto fijo que incluye un contacto fijo y dispuesto en una posición fija con respecto a dicha carcasa;

[0019] - un elemento de contacto móvil que incluye un contacto móvil y es móvil de manera reversible entre una posición cerrada, en la que dicho contacto móvil está acoplado eléctrica y mecánicamente a dicho contacto fijo, y una posición abierta, en la que dicho contacto móvil está desacoplado eléctrica y mecánicamente de dicho contacto fijo.

[0020] El aparato de conmutación comprende, además, para cada polo eléctrico, un elemento de apantallamiento que incluye un cuerpo conductor que tiene primeras superficies que definen una cavidad de acoplamiento para dicho elemento de contacto móvil y segundas superficies que tienen un perfil redondeado y están enfrentadas a uno o varios componentes circundantes de dicho polo eléctrico.

[0021] El elemento de apantallamiento está dispuesto en una posición fija con respecto a dicho elemento de contacto móvil y dicha carcasa exterior, y es acoplable mecánicamente con dicho elemento de contacto móvil cuando este último alcanza dicha posición abierta.

[0022] Particularmente, el elemento de apantallamiento está situado de manera que dicho elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento y está rodeado, por lo menos parcialmente, por dicho cuerpo conductor, cuando dicho elemento de contacto móvil alcanza dicha posición abierta.

[0023] Preferentemente, dicho cuerpo conductor se pone al mismo potencial de tensión de dicho elemento de contacto móvil, por lo menos, cuando dicho elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento. Según algunas realizaciones de la invención, dicho cuerpo conductor comprende resortes de contacto conductores fijados en dichas primeras superficies y que sobresalen de las mismas. Dichos resortes de contacto se acoplan de manera deslizante con dicho elemento de contacto móvil y conectan eléctricamente dicho cuerpo conductor a dicho elemento de contacto móvil, cuando el elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento. Según otras realizaciones de la invención, dicho elemento de apantallamiento incluye medios de conexión eléctrica que conectan eléctricamente dicho cuerpo conductor a dicho elemento de contacto móvil de manera permanente. Según algunas realizaciones de la invención, la cavidad de acoplamiento de dicho cuerpo conductor está conformada como una cavidad pasante, de manera que dicho elemento de contacto móvil entra y sale de dicha cavidad de acoplamiento en lados opuestos de dicho cuerpo conductor.

[0024] Según otras realizaciones de la invención, la cavidad de acoplamiento de dicho cuerpo conductor está conformada como una cavidad ciega, de manera que dicho elemento de contacto móvil entra y sale de dicha cavidad de acoplamiento solamente en un mismo lado de dicho cuerpo conductor.

[0025] Según algunas realizaciones de la invención, dicho cuerpo conductor está fabricado de múltiples partes separadas de material conductor.

[0026] Según otras realizaciones de la invención, dicho cuerpo conductor está fabricado de una sola pieza de material conductor.

[0027] Según una aplicación industrial de la presente invención, el aparato de conmutación es un conmutador de corte en carga para sistemas eléctricos de media tensión.

[0028] Otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la descripción de realizaciones preferidas pero no exclusivas de la presente invención, mostradas a modo de ejemplo en los dibujos adjuntos, en los que:

[0029] - la figura 1 representa esquemáticamente un aparato de conmutación, según la presente invención;

[0030] - las figuras 2 a 4 muestran vistas esquemáticas de un polo eléctrico del aparato de conmutación, según algunas realizaciones de la invención;

[0031] - las figuras 5 a 12 muestran vistas esquemáticas de un elemento de apantallamiento (difusor del campo eléctrico) incluido en cada polo eléctrico del aparato de conmutación, según algunas realizaciones de la invención. Haciendo referencia a las figuras, la presente invención se refiere a un aparato de conmutación 1.

[0032] El aparato de conmutación, según la invención, está adaptado particularmente para su uso en sistemas eléctricos de media tensión, es decir, en sistemas eléctricos que funcionan a niveles de tensión superiores a 1 kV CA y 1,5 kV CC hasta algunas decenas de kV, por ejemplo, hasta 72 kV CA y 100 kV CC.

[0033] Más particularmente, el aparato de conmutación 1 está particularmente adaptado para funcionar como un conmutador de corte en carga para sistemas eléctricos de media tensión. En este caso, estará diseñado para proporcionar funcionalidades de interrupción de circuitos o de establecimiento de corrientes en condiciones nominales, así como funcionalidades de desconexión de circuitos, en particular de puesta a tierra de una sección del lado de carga de un circuito eléctrico. En principio, no obstante, el aparato de conmutación según la invención puede, asimismo, utilizarse en sistemas eléctricos de baja tensión o incluso en sistemas eléctricos de alta tensión, y puede diseñarse para proporcionar funcionalidades de interrupción de circuitos asimismo bajo condiciones de fallo (interruptor automático).

[0034] El aparato de conmutación 1 comprende uno o más polos eléctricos 2.

[0035] Preferentemente, el aparato de conmutación 1 es del tipo multifase (por ejemplo, trifásico) y comprende una serie de polos eléctricos 2 (por ejemplo, tres).

[0036] El aparato de conmutación 1 comprende, preferentemente, una carcasa exterior 3 que define convenientemente un volumen interno donde están alojados los polos eléctricos.

[0037] Preferentemente, la carcasa exterior 3 está fabricada de un material conductor (por ejemplo, un material metálico). En este caso, la carcasa exterior 3 puede estar conectada eléctricamente a un conductor a tierra para ser puesta a la tensión de tierra, como se muestra en las mencionadas figuras. Sin embargo, según algunas realizaciones de la invención, la carcasa exterior 3 puede estar a un potencial flotante o puede estar fabricada de un material eléctricamente aislante.

[0038] Preferentemente, la carcasa exterior 3 tiene una forma alargada (por ejemplo, sustancialmente cilíndrica o de tipo paralelepípedo) que se desarrolla a lo largo de una dirección longitudinal A1. Convenientemente, los polos eléctricos 2 están dispuestos en yuxtaposición a lo largo de la dirección longitudinal principal A1 en correspondientes planos de referencia perpendiculares a la dirección longitudinal A1 (figura 1).

[0039] El volumen interno del aparato de conmutación 1 está relleno de un gas aislante para procesos de aislamiento dieléctrico. Preferentemente, dicho gas aislante es aire seco u otro gas aislante que tenga un bajo impacto ambiental, tal como mezclas de oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y/o gases fluorados.

[0040] Preferentemente, para cada polo eléctrico, el aparato de conmutación 1 comprende un primer borne del polo 11 y un segundo borne del polo 12.

[0041] Según algunas realizaciones de la invención (por ejemplo, cuando el aparato de conmutación es un conmutador de corte en carga), el aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, también un borne de tierra 13 además de los bornes del polo 11, 12 mencionados anteriormente (figura 1).

[0042] El primer borne del polo 11 está conectado eléctricamente a un correspondiente primer conductor 501 de una línea eléctrica 500 (por ejemplo, un conductor de fase conectado eléctricamente a una fuente de alimentación eléctrica equivalente) mientras que el segundo borne del polo 12 está conectado eléctricamente a un segundo conductor 502 de una línea eléctrica (por ejemplo, un conductor de fase conectado eléctricamente a una carga eléctrica equivalente). Cuando está presente, el borne de tierra 13 está conectado eléctricamente a un conductor de tierra. En términos generales, para cada polo eléctrico, el aparato de conmutación 1 comprende, por lo menos, un par de contactos eléctricos 51, 61 (cada uno, conectado eléctricamente a un correspondiente borne del polo), que pueden acoplarse y desacoplarse entre sí.

[0043] Para mayor claridad, se especifica que los términos "acoplado", "desacoplado" y otros términos similares utilizados en esta descripción se refieren a un acoplamiento o desacoplamiento eléctrico y mecánico de diferentes partes, salvo que se especifique lo contrario o resulte evidente de la descripción o las figuras.

[0044] El aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, un elemento de contacto fijo 5 dispuesto en una posición fija con respecto a la carcasa exterior 3 y que incluye, por lo menos, un contacto fijo 51.

[0045] Preferentemente, el elemento de contacto fijo 5 está conectado eléctricamente al primer borne del polo 11 a través de disposiciones de conexión eléctrica adecuadas.

[0046] El aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, un elemento de contacto móvil 6 que incluye un contacto móvil 61.

[0047] Preferentemente, el elemento de contacto móvil 6 está conectado eléctricamente al segundo borne del polo 12 a través de disposiciones de conexión eléctrica adecuadas.

[0048] El elemento de contacto móvil 6 es móvil de manera reversible entre una posición cerrada C (figura 2) y una posición abierta O (figura 3).

[0049] En la posición cerrada C, el contacto móvil 61 está acoplado al contacto fijo 51 mientras que, en la posición abierta O, el contacto móvil 61 está desacoplado del contacto fijo 51.

[0050] Una transición de cada elemento de contacto móvil 6 desde la posición cerrada C hasta la posición abierta O forma una maniobra de apertura del aparato de conmutación, mientras que una transición de cada elemento de contacto móvil 6 desde la posición abierta O hasta la posición cerrada C forma una maniobra de cierre del aparato de conmutación.

[0051] Preferentemente, cada elemento de contacto móvil 6 se desplaza a lo largo de un correspondiente plano de movimiento. Haciendo referencia a las figuras mencionadas, dicho plano de movimiento es, por ejemplo, un plano de referencia paralelo al plano de observación de las figuras 2 a 4.

[0052] En las realizaciones mostradas en las figuras mencionadas, el elemento de contacto móvil 6 es móvil de manera rotatoria en torno a un eje de rotación A, que es preferentemente paralelo a, o coincidente con la dirección longitudinal principal A1 del aparato de conmutación, entre la posición cerrada C y la posición abierta O.

[0053] El elemento de contacto móvil 6 puede rotar según un primer sentido de rotación, que está convenientemente orientado alejándose del correspondiente elemento de contacto fijo 5, o según un segundo sentido de rotación, que es opuesto al primer sentido de rotación mencionado y está orientado hacia el correspondiente elemento de contacto fijo 5.

[0054] El elemento de contacto móvil 6 rota según el primer sentido de rotación mencionado anteriormente, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación, y según el segundo sentido de rotación mencionado anteriormente, durante una maniobra de cierre del aparato de conmutación. Haciendo referencia a un plano de observación de las figuras 2 a 4, el primer y el segundo sentidos de rotación mencionados anteriormente están orientados en sentidos antihorario y horario, respectivamente.

[0055] Según otras realizaciones de la invención (no mostradas), sin embargo, el elemento de contacto móvil 6 puede ser móvil de de manera rotatoria-translacional o puede ser móvil de manera translacional entre la posición cerrada C y la posición abierta O mencionadas anteriormente.

[0056] Según algunas realizaciones (por ejemplo, cuando el aparato de conmutación es un conmutador de corte en carga), el aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, un elemento de contacto de puesta a tierra 9 dispuesto en una posición fija con respecto a la carcasa exterior 3 y que incluye un contacto de puesta tierra 91, como se muestra en las figuras mencionadas.

[0057] El elemento de contacto de puesta a tierra 9 está conectado eléctricamente al borne de tierra 13 a través de disposiciones de conexión eléctrica adecuadas.

[0058] Según estas realizaciones, cada elemento de contacto móvil 6 es móvil de manera reversible entre la posición abierta O y una posición a tierra E.

[0059] En la posición a tierra E (figura 4), el contacto móvil 61 del elemento de contacto móvil está acoplado al contacto de puesta a tierra 91 del elemento de contacto de puesta a tierra 9.

[0060] Una transición de cada elemento de contacto móvil 6 desde la posición abierta O hasta la posición de puesta a tierra E forma una maniobra de desconexión del aparato de conmutación, mientras que una transición de cada elemento de contacto móvil 6 desde la posición de puesta a tierra E hasta la posición abierta O forma una maniobra de reconexión del aparato de conmutación.

[0061] En las realizaciones mostradas en las mencionadas figuras, el elemento de contacto móvil 6 es móvil de manera rotatoria en torno al eje de rotación A entre la posición abierta O y posición de puesta a tierra E.

[0062] El elemento de contacto móvil 6 rota según el primer sentido de rotación mencionado anteriormente, durante una maniobra de desconexión del aparato de conmutación, y según el segundo sentido de rotación mencionado anteriormente, durante una maniobra de reconexión del aparato de conmutación.

[0063] Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, según otras realizaciones (no mostradas), el elemento de contacto móvil 6 puede ser móvil de manera rotatoria-translacional o móvil de manera translacional entre la posición abierta O y la posición de puesta a tierra E.

[0064] Según otras realizaciones de la invención (por ejemplo, cuando el aparato de conmutación es un interruptor automático o un contactor -no mostrado), el aparato de conmutación puede comprender solamente los elementos de contacto fijo y móvil 5, 6 para cada polo eléctrico.

[0065] En una implementación industrial del aparato de conmutación, cada elemento de contacto fijo 5 puede estar formado por, o incluir un cuerpo conformado de material eléctricamente conductor, y el correspondiente contacto fijo 51 puede estar formado por una o varias superficies de contacto de dicho cuerpo conformado.

[0066] A modo de ejemplo, cada elemento de contacto fijo 5 puede estar formado por una pieza conformada de material conductor dotada de una o varias láminas de contacto que incluyen superficies de extremo libre adecuadas que forman el contacto fijo 51.

[0067] De manera similar, cada elemento de contacto móvil 6 puede estar formado por, o incluir un cuerpo conformado de material eléctricamente conductor, y el correspondiente contacto móvil 61 puede estar formado por una o varias superficies de contacto de dicho cuerpo conformado.

[0068] Como ejemplo, cada elemento de contacto móvil 6 puede estar formado por una pieza en forma de lámina de material conductor que tenga superficies de extremo libre adecuadas que forman el contacto móvil 61.

[0069] Cuando está presente, asimismo, cada elemento de contacto de puesta a tierra 9 puede estar formado por, o incluir un cuerpo conformado de material eléctricamente conductor, y el correspondiente contacto de puesta a tierra 91 puede estar formado por una o varias superficies de contacto de dicho cuerpo conformado.

[0070] Como ejemplo, cada elemento de contacto de puesta a tierra 9 puede estar formado por una pieza conformada de material conductor dotada de una o varias láminas de contacto que incluyen superficies de contacto libre adecuadas que forman el contacto de puesta a tierra 91.

[0071] En las realizaciones de la invención mostradas en las figuras 2 a 4, el aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, un conjunto de soplador 8 configurado para proporcionar un flujo de gas comprimido hacia el elemento de contacto fijo 5 del polo eléctrico, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación.

[0072] El conjunto de soplador 8 está configurado para proporcionar un flujo de gas comprimido cuando el elemento de contacto móvil 6 empieza a separarse del elemento de contacto fijo 5, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación. De este modo, los gases calientes formados en una región de arco eléctrico del polo eléctrico (es decir, en una parte del volumen interno afectado por los arcos eléctricos que surgen entre los contactos eléctricos 51, 61 en separación) son evacuados oportunamente, por lo tanto contribuyendo de manera efectiva a extinguir estos fenómenos de arco eléctrico.

[0073] Preferentemente, el conjunto de soplador 8 incluye un mecanismo de accionamiento (no mostrado) conectado al elemento de contacto móvil 6. De este modo, el funcionamiento del conjunto de soplador está coordinado con los movimientos del elemento de contacto móvil 6 y el conjunto de soplador 8 puede intervenir oportunamente en cuanto el elemento de contacto móvil 6 comienza a alejarse del elemento de contacto fijo 5, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación.

[0074] Según otras realizaciones de la invención (no mostradas), sin embargo, el aparato de conmutación 1 no comprende conjuntos de soplador en los polos eléctricos.

[0075] En general, la mayor parte de los componentes del aparato de conmutación descrito anteriormente, tales como la carcasa exterior 3, los bornes del polo 11, 12, 13, los elementos de contacto 5, 6, 9 y, posiblemente, el conjunto de soplador 8 de cada polo eléctrico, pueden estar dispuestos de acuerdo con soluciones de tipo conocido. Por lo tanto, a continuación, estas se describirán únicamente con relación a los aspectos de interés de la invención en aras de una mayor brevedad.

[0076] Preferentemente, el aparato de conmutación 1 comprende un eje de transmisión de movimiento (no mostrado) fabricado de material eléctricamente aislante y un conjunto de accionamiento (no mostrado) configurado para proporcionar fuerzas de accionamiento adecuadas para accionar los componentes móviles del aparato de conmutación. El eje de transmisión de movimiento mencionado anteriormente está acoplado mecánicamente a dicho conjunto de accionamiento móvil y al elemento de contacto móvil 6 de cada polo eléctrico. El eje de transmisión de movimiento puede, por lo tanto, transmitir fuerzas mecánicas para mover el elemento de contacto móvil 6 de cada polo eléctrico durante las maniobras del aparato de conmutación.

[0077] En las realizaciones mostradas en las figuras mencionadas, el eje de transmisión de movimiento mencionado anteriormente rota, preferentemente, en torno a un eje de rotación paralelo a, o coincidente con la dirección longitudinal principal A1 del aparato de conmutación (o el eje de rotación A de cada elemento de contacto móvil 6, cuando dichos elementos de contacto se mueven rotacionalmente) y transmite fuerzas de rotación a los elementos de contacto móviles.

[0078] En las realizaciones en las que los elementos de contacto móviles se desplazan de manera rotacional-translacional o translacional, el eje de transmisión de movimiento mencionado anteriormente se puede disponer de manera diferente, en función de las necesidades.

[0079] En general, también los componentes descritos anteriormente del aparato de conmutación se pueden disponer en función de soluciones de tipo conocido y no se describirán en mayor detalle, para mayor brevedad.

[0080] Además, el aparato de conmutación 1 puede comprender diversos componentes adicionales (no mostrados en las figuras mencionadas), que se pueden realizar en función de soluciones de tipo conocido y no se describen aquí para mayor brevedad.

[0081] Según la invención, el aparato de conmutación 1 comprende, para cada polo eléctrico, un elemento de apantallamiento 10 que incluye un cuerpo conductor 101.

[0082] El cuerpo conductor 101 tiene primeras superficies 106 que definen una cavidad de acoplamiento 102 destinada a alojar el elemento de contacto móvil 6 del correspondiente polo eléctrico.

[0083] El cuerpo conductor 101 tiene, además, segundas superficies 107 enfrentadas a los componentes circundantes (por ejemplo, la carcasa exterior 3, el elemento de contacto fijo 5 y, posiblemente, el elemento de contacto de puesta a tierra 9) del correspondiente polo eléctrico. Tal como es evidente por de las mencionadas figuras, las segundas superficies 107 forman, en la práctica, la superficies exteriores del cuerpo conductor 101. Obviamente, durante el funcionamiento del aparato de conmutación, estás superficies exteriores quedarán perpendiculares a las líneas de fuerza de los campos eléctricos que surgen entre el cuerpo conductor 101 y los componentes conductores circundantes del polo eléctrico.

[0084] Ventajosamente, las superficies exteriores 107 del cuerpo conductor 101 tienen un perfil redondeado, es decir, no muestran esquinas o bordes afilados. De este modo, favorecen una distribución espacial uniforme y homogénea de las líneas de campo eléctrico y dificultan la aparición de arcos eléctricos no deseados entre el cuerpo conductor 101 y los componentes conductores circundantes del polo eléctrico.

[0085] Preferentemente, cada elemento de apantallamiento 10 comprende medios de soporte 108, 109 configurados para mantener el cuerpo conductor 101 en su posición operativa, acoplándolo mecánicamente a otro componente de soporte, por ejemplo, la carcasa exterior 3 o el elemento de contacto móvil 6 del correspondiente polo eléctrico. En la realización de la figura 5, dichos medios de soporte incluyen separadores adecuados 109, preferentemente fabricados de material eléctricamente aislante. En la realización de las figuras 8 a 10, dichos medios de soporte incluyen un tornillo de soporte 108 fabricado, preferentemente, de material eléctricamente conductor.

[0086] Los medios de soporte mencionados anteriormente se pueden disponer en soluciones de diferentes tipos.

[0087] Según la invención, cada elemento de apantallamiento 10 está dispuesto en una posición fija con respecto al elemento de contacto móvil 6 del correspondiente polo eléctrico.

[0088] Cada elemento de apantallamiento 10 es, sin embargo, acoplable mecánicamente con el correspondiente elemento de contacto móvil 6, cuando este alcanza la posición abierta O.

[0089] Más particularmente, cada elemento de apantallamiento 10 está dispuesto de manera que atraviesa la trayectoria de movimiento del elemento de contacto móvil 6 en una posición correspondiente a la posición abierta O de este último. De este modo, el elemento de contacto móvil 10 se puede alojar en la cavidad de acoplamiento 102 del elemento de apantallamiento 10 y estar rodeado, por lo menos parcialmente, por el cuerpo conductor 101, cuando el elemento de contacto móvil 6 alcanza la posición abierta O durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación.

[0090] Según algunas realizaciones de la invención, especialmente cuando los polos eléctricos 2 comprenden elementos de contacto de puesta a tierra 9 (por ejemplo, cuando el aparato de conmutación está configurado como un conmutador de corte en carga), la cavidad de acoplamiento 102 del cuerpo conductor 101 está configurada como una cavidad pasante, de manera que el elemento de contacto móvil 6 puede entrar y salir de esta en lados opuestos del cuerpo conductor.

[0091] En estas realizaciones de la invención, el elemento de contacto móvil 6 pasa a través de la cavidad de acoplamiento 102 durante la operación del aparato de conmutación. En la práctica, el elemento de contacto móvil entra a la cavidad de acoplamiento 102 cuando alcanza la posición abierta O durante una maniobra de apertura (en un lado del cuerpo conductor enfrentado al elemento de contacto fijo 5) o una maniobra de reconexión 102 (en un lado opuesto del cuerpo conductor enfrentado al elemento de contacto de puesta a tierra 9) del aparato de conmutación, y sale de la cavidad de acoplamiento 102 cuando se aleja de la posición abierta O durante una maniobra de desconexión (en un lado del cuerpo conductor enfrentado al elemento de contacto de puesta a tierra 9) o una maniobra de cierre (en un lado opuesto del cuerpo conductor enfrentado al elemento de contacto fijo 5) del aparato de conmutación.

[0092] Según otras realizaciones de la invención, por ejemplo, cuando los polos eléctricos 2 no comprenden elementos de contacto de puesta a tierra (por ejemplo, cuando el aparato de conmutación está configurado como un interruptor automático o un contactor), la cavidad de acoplamiento 102 del cuerpo conductor 101 puede estar configurada como una cavidad ciega. En este caso, el elemento de contacto móvil 6 entra y sale de la cavidad de acoplamiento 102 en un mismo lado de dicho cuerpo conductor solamente.

[0093] En estas realizaciones de la invención, el elemento de contacto móvil 6 alcanza una posición de fin de recorrido cuando está alojado en la cavidad de acoplamiento 102. En la práctica, el elemento de contacto móvil 6 entra a la cavidad de acoplamiento 102 (en un lado del cuerpo conductor enfrentado al elemento de contacto fijo 5) cuando alcanza la posición abierta O durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación, y sale de la cavidad de acoplamiento 102 (en el mismo lado del cuerpo conductor) cuando sale de la posición abierta O durante una maniobra de cierre del aparato de conmutación.

[0094] Como resulta evidente a partir de lo anterior, el elemento de apantallamiento 10 de cada polo eléctrico forma un difusor del campo eléctrico u homogeneizador, asociado operativamente al elemento de contacto móvil 6 del correspondiente polo eléctrico.

[0095] Cuando el elemento de contacto móvil 6 se aloja en la cavidad de acoplamiento 102, el cuerpo conductor 101 del elemento de apantallamiento rodea el elemento de contacto móvil 6 y homogeneiza el campo eléctrico en torno a este último, reduciendo de ese modo la probabilidad de fenómenos de ruptura no deseados.

[0096] A diferencia de las soluciones del estado de la técnica, el elemento de apantallamiento 10 es estacionario con respecto al elemento de contacto móvil 6 (en la práctica, no se mueve junto con este último). El elemento de apantallamiento 10 se acopla operativamente al elemento de contacto móvil 6 solamente cuando este último alcanza la posición abierta O.

[0097] Durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación, el elemento de apantallamiento 10 sirve para homogeneizar el campo eléctrico en torno al elemento de contacto móvil 6 durante la última fase de dicha maniobra (la denominada "fase de recuperación dieléctrica"), cuando el elemento de contacto móvil 6 alcanza la posición abierta O. Por lo tanto, el elemento de apantallamiento 10 puede impedir de manera efectiva, o reducir posibles fenómenos de reencendido de arco entre el elemento de contacto móvil 6 y otros componentes activos o puestos a tierra del correspondiente polo eléctrico, incluso si el elemento de contacto móvil 6 ha sido diseñado para optimizar otras prestaciones eléctricas (capacidad de interrupción de corriente) del aparato de conmutación y no específicamente con este objetivo. Como resultado, se mejoran las prestaciones del aparato de conmutación en términos de aislamiento dieléctrico entre los componentes conductores de los polos eléctricos.

[0098] Por otra parte, el elemento de apantallamiento 10 está separado físicamente del elemento de contacto móvil 6 durante la mayor parte de la maniobra de apertura, particularmente durante la fase inicial de esta última, cuando el elemento de contacto móvil 6 se aleja del correspondiente elemento de contacto fijo 5 y los correspondientes contactos eléctricos 51, 61 comienzan a separarse entre sí. Por lo tanto, el elemento de apantallamiento 10 no tiene una influencia apreciable sobre otras prestaciones eléctricas del aparato de conmutación, particularmente sobre su capacidad de corte.

[0099] Preferentemente, el cuerpo conductor 101 se pone al mismo potencial de tensión del elemento de contacto móvil 6, por lo menos, cuando dicho elemento de contacto móvil está alojado en la cavidad de acoplamiento 102 del cuerpo conductor 101. De este modo, se pueden impedir de manera efectiva a posibles fenómenos de arco eléctrico entre el elemento de contacto móvil 6 y dicho cuerpo conductor.

[0100] Según algunas realizaciones de la invención, el cuerpo conductor 101 del elemento de apantallamiento 10 se pone al mismo potencial de tensión del elemento de contacto móvil 6, solamente cuando este último alcanza la posición abierta O.

[0101] En las realizaciones de las figuras 5 a 7, el elemento de apantallamiento 10 comprende resortes de contacto conductores 105 fijados al cuerpo conductor 101 y que sobresalen de las primeras superficies 106 de este último, de manera que entran en contacto deslizante con el elemento de contacto móvil 6, cuando este último entra a la cavidad de acoplamiento 102. De este modo, los resortes de contacto 105 pueden conectar eléctricamente el cuerpo conductor 101 y el elemento de contacto móvil 6 cuando este último está alojado en la cavidad de acoplamiento 102. Según otras realizaciones de la invención, el cuerpo conductor 101 del elemento de apantallamiento 10 está permanentemente al mismo potencial de tensión que el elemento de contacto móvil 6. En este caso, el elemento de apantallamiento 10 comprende medios de conexión eléctrica que conectan eléctricamente el cuerpo conductor 101 al elemento de contacto móvil 6 de manera permanente. En la realización de las figuras 8 a 10, dichos medios de conexión eléctrica comprenden un tornillo 108 fabricado de material conductor y que acopla de manera rotatoria el elemento de contacto móvil 6 al cuerpo conductor estacionario 101. De este modo, el elemento de contacto móvil 6 se puede desplazar con respecto al cuerpo conductor 101 en torno al eje de rotación A y, al mismo tiempo, estar conectado eléctricamente a dicho cuerpo conductor. Se hace evidente como, en la realización de las figuras 8 a 10, el tornillo conductor 108 funciona, asimismo, como un elemento de soporte que sujeta el cuerpo conductor 101 en su posición operativa (posiblemente, en cooperación con otros componentes de soporte).

[0102] Según algunas realizaciones de la invención, el cuerpo conductor 101 está fabricado de múltiples partes separadas 101A, 101B de material conductor.

[0103] En la realización de las figuras 5 a 7, el cuerpo conductor 101 incluye un par de semicarcasas 101A, 101B fabricadas de material conductor, que están yuxtapuestas entre sí y separadas mutuamente. Las semicarcasas conductoras 101A, 101B tienen, preferentemente, una forma alargada (por ejemplo, semióvalo) y están yuxtapuestas mutuamente a lo largo de un plano sustancialmente paralelo a sus ejes longitudinales principales. Las semicarcasas conductoras 101A, 101B incluyen superficies internas opuestas 106 (en este caso, con forma cóncava) enfrentadas mutuamente y que forman las primeras superficies mencionadas anteriormente del cuerpo conductor.

[0104] Las primeras superficies 106 de las semicarcasas conductoras 101A, 101B definen una cavidad de acoplamiento 102 entre dichas semicarcasas, que está conformada convenientemente como una ranura alargada.

[0105] Las semicarcasas 101A, 101B incluyen superficies orientadas en oposición 107 (en este caso, con forma convexa), que forman las segundas superficies del cuerpo conductor.

[0106] Las segundas superficies 107 de las semicarcasas conductoras 101A, 101B tienen un perfil redondeado y definen la superficie exterior del cuerpo conductor 101.

[0107] En esta realización de la invención, el elemento de contacto móvil 6 se desplaza en torno al eje de rotación A. Cuando este alcanza la posición abierta O (por ejemplo, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación), el elemento de contacto móvil 6 se aloja en la cavidad de acoplamiento 102 y está rodeado parcialmente por las semicarcasas conductoras 101A, 101B.

[0108] Cuando el correspondiente polo eléctrico comprende un contacto de puesta a tierra 9, el elemento de contacto móvil 6 puede pasar a través de la cavidad de acoplamiento 102 entre las semicarcasas conductoras 101A, 101B (en lados opuestos de estas últimas), cuando este tiene que alejarse de la posición abierta O para alcanzar una posición de puesta a tierra E (maniobra de desconexión) o una posición cerrada C (maniobra de cierre). Ventajosamente, las semicarcasas conductoras 101A, 101B comprenden resortes de contacto 105 que sobresalen de las primeras superficies opuestas (cóncavas) 106 y entran en contacto deslizante con el elemento de contacto móvil 6, cuando este último alcanza la posición abierta O y está alojado en la cavidad de acoplamiento 102.

[0109] Cada semicarcasa conductora 101A, 101B se mantiene en posición mediante uno o más componentes de soporte 109 (por ejemplo, separadores de soporte o componentes similares) convenientemente fabricados de material eléctricamente aislante.

[0110] En la realización de las figuras 8 a 10, el cuerpo conductor 101 del elemento de apantallamiento 10 está dispuesto de manera similar a la realización de las figuras 5 a 7 en muchos aspectos.

[0111] En este caso, las semicarcasas conductoras separadas 101A, 101B tienen una forma alargada ligeramente diferente y están dotadas de aberturas alargadas 104 que se extienden a lo largo de sus ejes longitudinales principales. La primera y la segunda superficies 106, 107 de cada semicarcasa conductora 101A, 101B definen, en cooperación, la correspondiente abertura alargada 104.

[0112] El elemento de contacto móvil 6 está acoplado de forma rotatoria a las semicarcasas conductoras 101A, 101B por medio de un tornillo 108, de manera que se puede desplazar con respecto a dichas semicarcasas conductoras. El tornillo 108 tiene, asimismo, la función de unir entre sí las semicarcasas conductoras. Convenientemente, el tornillo 108 está fabricado de material eléctricamente conductor. De este modo, las semicarcasas conductoras 101A, 101B están conectadas eléctricamente al elemento de contacto móvil 6. Esta solución permite poner permanentemente las semicarcasas conductoras 101A, 101B y el elemento de contacto móvil 6 a una misma tensión sin la necesidad de resortes de contacto.

[0113] Según algunas realizaciones de la invención, el cuerpo conductor 101 está fabricado de una sola pieza de material conductor.

[0114] En la realización de las figuras 11 y 12, el cuerpo conductor 101 es una pieza en forma de U invertida de material conductor.

[0115] El cuerpo conductor 101 tiene un par de partes laterales alargadas paralelas, enfrentadas entre sí, 101D que tienen extremos libres adecuados y una parte transversal 101C que une las partes laterales 101D distalmente desde los extremos libres de dichas partes laterales.

[0116] Las partes laterales 101D y la parte de unión 101C tienen superficies internas 106 (en este caso, con forma plana) que forman las primeras superficies mencionadas anteriormente del cuerpo conductor.

[0117] Las primeras superficies 106 de las partes conductoras 101C, 101D definen una cavidad de acoplamiento 102 conformada convenientemente como una ranura alargada.

[0118] Las partes conductoras 101C, 101D incluyen superficies redondeadas exteriores 107 (en este caso, con forma convexa), que forman las segundas superficies del cuerpo conductor definiendo la superficie exterior del cuerpo conductor 101.

[0119] Las partes conductoras enfrentadas mutuamente 101D están dotadas de aberturas alargadas 104A que se extienden a lo largo de sus ejes longitudinales principales. La primera y la segunda superficies 106, 107 de cada parte conductora 101D definen, en cooperación, la correspondiente abertura alargada 104A.

[0120] En esta realización de la invención, asimismo, el elemento de contacto móvil 6 se desplaza en torno al eje de rotación A. Cuando este alcanza la posición abierta O (por ejemplo, durante una maniobra de apertura del aparato de conmutación), el elemento de contacto móvil 6 está alojado en la cavidad de acoplamiento 102 y está rodeado parcialmente por las partes conductoras 101C, 101D del cuerpo conductor.

[0121] Cuando el correspondiente polo eléctrico comprende un contacto de puesta a tierra 9, el elemento de contacto móvil 6 puede pasar a través de la cavidad de acoplamiento 102 entre las partes conductoras 101C, 101D (en lados opuestos del cuerpo conductor), cuando este tiene que alejarse de la posición abierta O para alcanzar una posición de puesta a tierra E (maniobra de desconexión) o una posición cerrada C (maniobra de cierre).

[0122] Ventajosamente, las partes conductoras 101D pueden comprender resortes de contacto (no mostrados) que sobresalen de las primeras superficies opuestas 106 y entran en contacto deslizante con el elemento de contacto móvil 6, cuando este último alcanza la posición abierta O.

[0123] El cuerpo conductor 101 se mantiene en su posición mediante uno o varios componentes de soporte 109 (por ejemplo, separadores de soporte o componentes similares) fabricados convenientemente de material eléctricamente aislante.

[0124] El aparato de conmutación 1, según la invención, proporciona ventajas relevantes con respecto a los sistemas de conmutación correspondientes conocidos en el estado de la técnica.

[0125] La disposición de un elemento de apantallamiento estacionario (difusor del campo eléctrico) para cada polo eléctrico, como se ha descrito anteriormente, permite reducir notablemente, o impedir los fenómenos de reencendido de arco entre los elementos de contacto móviles de los polos eléctricos y los componentes conductores circundantes, incluso si el volumen interno del aparato de conmutación está relleno con un gas aislante que tiene una capacidad de aislamiento dieléctrico menor comparado con SF<6>.

[0126] Por otra parte, dado que este se acopla operativamente con el correspondiente elemento de apantallamiento estacionario solamente cuando alcanza una posición abierta, cada elemento de contacto móvil puede estar diseñado adecuadamente para optimizar las prestaciones eléctricas del aparato de conmutación sin restricciones relevantes derivadas de la presencia del elemento de apantallamiento.

[0127] La disposición de un elemento de apantallamiento 10 para cada polo eléctrico es relativamente fácil de llevar a cabo a nivel industrial, y no tiene un impacto sustancial sobre la complejidad estructural y el tamaño de los polos eléctricos.

[0128] El aparato de conmutación, según la invención, puede así realizarse con una estructura relativamente simple y compacta.

[0129] El aparato de conmutación, según la invención, es por lo tanto relativamente fácil de fabricar a nivel industrial a costes industriales competitivos comparados con las soluciones disponibles en el estado de la técnica.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

1.Aparato de conmutación (1), que comprende:

- uno o varios polos eléctricos (2);

- una carcasa (3) que define un volumen interno, en el que se alojan dichos polos eléctricos;

- para cada polo eléctrico, un elemento de contacto fijo (5) que incluye un contacto fijo (51) y dispuesto en una posición fija con respecto a dicha carcasa;

- para cada polo eléctrico, un elemento de contacto móvil (6) que incluye un contacto móvil (61) y es móvil de manera reversible entre una posición cerrada (C), en la que dicho contacto móvil está acoplado a dicho contacto fijo (51), y una posición abierta (O), en la que dicho contacto móvil está desacoplado respecto de dicho contacto fijo; de manera que dicho aparato de conmutación comprende, para cada polo eléctrico, un elemento de apantallamiento (10) que incluye un cuerpo conductor (101) que tiene primeras superficies (106) que definen una cavidad de acoplamiento (102) para dicho elemento de contacto móvil (6) y segundas superficies (107) que tienen un perfil redondeado y están enfrentadas a uno o varios componentes circundantes (3, 5) de dicho polo eléctrico, en el que dicho elemento de apantallamiento (10) es estacionario con respecto a dicho elemento de contacto móvil (6) y dicha carcasa (3),

caracterizado por que

dicho elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento (102) y está rodeado, por lo menos parcialmente, por dicho cuerpo conductor (101), cuando dicho elemento de contacto móvil alcanza dicha posición abierta (O).

2.Aparato de conmutación, según la reivindicación 1,caracterizado por quedicho cuerpo conductor (101) se pone al mismo potencial de tensión que dicho elemento de contacto móvil (6), por lo menos, cuando dicho elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento (102).

3.Aparato de conmutación, según la reivindicación 2,caracterizado por quedicho cuerpo conductor (101) comprende resortes de contacto conductores (105) dispuestos en dichas primeras superficies (106), acoplándose de manera deslizante dichos resortes de contacto con dicho elemento de contacto móvil (6) y conectando eléctricamente dicho cuerpo conductor (101) a dicho elemento de contacto móvil, cuando el elemento de contacto móvil está alojado en dicha cavidad de acoplamiento (102).

4.Aparato de conmutación, según la reivindicación 2,caracterizado por quedicho elemento de apantallamiento (10) incluye medios de conexión eléctrica (108) que conectan eléctricamente dicho cuerpo conductor (101) a dicho elemento de contacto móvil (6) de manera permanente.

5.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quedicha cavidad de acoplamiento (102) está conformada como una cavidad pasante, de manera que dicho elemento de contacto móvil (6) entra y sale de dicha cavidad de acoplamiento en lados opuestos de dicho cuerpo conductor (101).

6.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quedicha cavidad de acoplamiento (102) está conformada como una cavidad ciega, de manera que dicho elemento de contacto móvil (6) entra y sale de dicha cavidad de acoplamiento solamente en un mismo lado de dicho cuerpo conductor (101).

7.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quedicho cuerpo conductor (101) está fabricado de múltiples partes separadas (101A, 101B) de material conductor.

8.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado por quedicho cuerpo conductor (101) está fabricado en una sola pieza de material conductor.

9.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quecomprende, para cada polo eléctrico, un elemento de contacto de puesta a tierra (9) dispuesto en una posición fija con respecto a dicha carcasa y que incluye un contacto de puesta a tierra (91), siendo móvil de manera reversible dicho elemento de contacto móvil entre dicha posición abierta (O) y una posición de puesta a tierra (E), en la que, por lo menos, un contacto móvil (61) está acoplado a dicho contacto de puesta a tierra (91).

10.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quecomprende, para cada polo eléctrico, un conjunto de soplador (8) configurado para proporcionar un flujo de gas comprimido hacia

dicho elemento de contacto fijo (5), de manera que evacúa gases calientes, durante una maniobra de apertura de dicho aparato de conmutación.

11.Aparato de conmutación, según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quedicho elemento de contacto móvil (6) es móvil de manera rotatoria en torno a un eje de rotación (A).

12.Aparato de conmutación, según una o más de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quees un conmutador de corte en carga de media tensión.

13.Un sistema eléctrico de media tensión que comprende un aparato de conmutación (1), según una o más de las reivindicaciones anteriores.