BRPI0904400A2 - interruptor de corrente de cabo de energia ou linha de energia - Google Patents

Abstract

INTERRUPTOR DE CORRENTE DE CABO DE ENERGIA OU LINHA DE ENERGIA. Este dispositivo de interruptor inclui uma derivação paralela (4) na qual uma câmara de comutação a vácuo é conectada para cortar corrente. A derivação é inativa em operação normal, com corrente passando nela somente quando o desconector (2) tiver iniciado seu movimento de abertura, pela transferóncia progressiva da corrente da linha de energia principal (1) para a derivação (4). Uma vez que o comutador a vácuo (6) fica no geral no estado de repouso, ela não mais precisa ser dimensionada para satisfazer exigências rigorosas elétricas e dielétricas para operação normal.

Description

"INTERRUPTOR DE CORRENTE DE CABO DE ENERGIA OU LINHA DE ENERGIA"

Esta invenção diz respeito a um interruptor de corrente delinha de energia (ou cabo de força) que tem uma câmara de comutação avácuo.

Interruptores e disjuntores de circuito em linhas ou cabos demédia ou alta tensão geralmente incluem revestimentos nos quais os contatosde comutação são alojados para movimento relativo entre uma posição emcontato com o outro, correspondendo à linha de energia fechada, e umaposição afastado um do outro, correspondendo à linha aberta. Essesrevestimentos são cheios com um fluido dielétrico no qual os contatos decomutação são imersos, e que ajuda cortar corrente pela extinção de um arcoque pode permanecer depois que os contatos de comutação tiverem separadoum do outro. Muitos diferentes fluidos (tais como ar, óleo, nitrogênio, etc.)foram propostos no passado, mas atualmente é comum usar hexafluoreto deenxofre (SF6), que tem boas propriedades dielétricas e é, portanto, bemadaptado para este propósito. Ainda assim, o uso desse gás precisa serlimitado, em virtude de ter os inconvenientes que seus produtos de deposiçãosão tóxicos e corrosivos, e que contribui para o efeito estufa. Dessa maneira,pode haver um incentivo para uso de câmaras de comutação a vácuo, que sãotambém empregadas em alguns disjuntores de circuito, os contatos decomutação sendo componentes internos dessas câmaras, que são também maisefetivos na finalização de correntes de arco; entretanto, seu uso eminterruptores modernos não pode ser considerado sem modificação adicionalpor questão de custo, em virtude de as câmaras de comutação de vácuo queprecisariam ser empregadas nesses interruptores serem muito pesadas emtermos de materiais e dimensões que teriam que ser adotados a fim de queeles possam satisfazer várias exigências elétricas e dielétricas, tal comocapacidade de suportar descargas elétricas.O objetivo da invenção é tornar o uso de câmaras decomutação a vácuo economicamente viáveis para interruptores. De acordocom um aspecto essencial, a invenção fornece um interruptor de corrente delinha de energia (ou cabo) incluindo uma câmara de comutação a vácuo comdois contatos de comutação arranjados para movimento relativo entre eles ecapazes de assumir uma posição fechada e uma posição aberta, cujointerruptor é caracterizado em que compreende:

• um desconector móvel conectado na linha de energia eadaptado para realizar um curso de seu movimento no qual ele pode assumiruma posição de linha fechada e uma posição de linha aberta; e

• uma derivação conectada na linha de energia em umaextremidade da derivação, a câmara de comutação a vácuo sendo conectadana dita derivação, a câmara de comutação sendo operada por uma parte móveldisposta entre a câmara de comutação a vácuo e uma segunda extremidade daderivação; e

• em que o desconector e a parte móvel ficam arranjados deuma maneira tal que o desconector toque a dita segunda extremidade duranteuma parte do curso intermediária à posição da linha fechada e a posição dalinha aberta, e de uma maneira tal que a parte móvel fique arranjada para terum primeiro estado no qual ela fica mecanicamente separada da câmara decomutação a vácuo e um segundo estado no qual ela atua um dos contatos decomutação da câmara de comutação a vácuo de forma a produzir a posiçãoaberta dos contatos de comutação.

As características essenciais da invenção podem sersumarizadas da seguinte maneira: a câmara de comutação a vácuo não situa-se na linha de energia principal (em série com o interruptor) que está sendocomutado, mas em paralelo com sua derivação; a derivação é viva, comcorrente passando por ela somente nos instantes imediatamente antes de umacorrente ser rompida, deixando a câmara de comutação em descanso emoperação normal, que possibilita impor menos exigências rigorosas para acâmara de comutação, de maneira tal que a câmara de comutação não maisprecisa ter muitos recursos; e o movimento do próprio desconector estabelecea passagem de corrente pela derivação enquanto está realizando seu cursopara abrir a linha de energia.

Outros aspectos, recursos e vantagens da invenção sãodescritos com referência aos desenhos anexos, em que:

• As figuras 1, 2, 3, 4, 5 e 6 mostram diagramaticamentediversos sucessivos estados do dispositivo durante operações para abrir ocircuito e em seguida fechá-lo;

• As figuras 7 e 8 mostram uma modalidade prática dodispositivo de duas vistas diferentes; e

• As figuras 9, 10, 11, 12, 13 e 14 são análogas às figuras 1 a6, e mostram diversos sucessivos estados de uma outra possível modalidadedo dispositivo.

A descrição começa com aquelas figuras dos desenhos queexplicam como o interruptor funciona. A figura 1 mostra uma linha 1 que éuma linha de transmissão de energia principal, na qual situa-se umdesconector 2, este desconector sendo adaptado para fechar, ou abrir, emrotação em torno de um pivô 3. O dispositivo também inclui uma derivaçãoparalela 4 que consiste em uma parte estacionária 5, na qual uma câmara decomutação a vácuo 6 é conectada, e uma parte móvel 7. A parte estacionária 5inclui uma primeira extremidade 8 da derivação 4, que é conectada na linhade energia 1; a parte móvel 7 inclui uma segunda extremidade 9 (aextremidade oposta da extremidade 8) da derivação 4, a segunda extremidade9 sendo, quando na posição mostrada na figura 1, próxima da linha de energia1 e do desconector 2, mas separada delas. A parte estacionária 5 e a partemóvel 7 ficam então em continuidade elétrica uma com a outra, e sãoarticuladas uma na outra em uma junção 10. A parte móvel 7 é rotacionávelem torno de um pivô estacionário 11. A câmara de comutação a vácuo 6contém um par de contatos de comutação 12 e 13, dos quais o primeirocontato 12 é suportado por uma haste estacionária 14 que estende-se até aprimeira extremidade 8 da derivação, enquanto o segundo contato 13 ésuportado por uma haste móvel 15 que estende-se até a junção 10. Molas 16estendem-se a partir de um ponto preso na parte móvel 7 para predispor aparte 7 em direção à posição mostrada, e a diferença de pressão faz com que ahaste 15 mantenha a câmara de comutação a vácuo 6 fechada (mas colocandoa o contato de comutação 13 na sua posição fechada). Neste estado dodispositivo, no qual o desconector fecha a linha de energia 1, corrente passalivremente pela linha, mas não pela derivação 4 a despeito do fato de que acâmara de comutação a vácuo 6 está fechada.

A abertura da linha de energia 1 é controlada pivotando odesconector 2. O dispositivo fica então no estado mostrado na figura 2, noqual o desconector está tocando a segunda extremidade 9 da derivação 4 efecha-o, permitindo assim que corrente passe na derivação 4. Entretanto, alinha de energia principal permanece fechada, e assim a transferência dacorrente para a derivação 4 é progressiva. O movimento pivô do desconector2 é terminado pela abertura da linha de energia 1, como está mostrado nafigura 3. O dito movimento pivô também move a parte móvel 7 da derivaçãoem torno do pivô 11 (isto pode ocorrer começando do estado mostrado nafigura 2). A câmara de comutação a vácuo 6 permanece fechada, de formaque a corrente é então completamente comutada para a derivação 4 e, emdecorrência disto, não cai nenhum arco, quando o desconector deixa a linhade energia 1.

A câmara de comutação a vácuo 6 é aberta quando a distânciapercorrida pelo movimento do desconector 2 fica maior, com a parte móvel 7da derivação fazendo com que a haste 15 mova-se de maneira a abrir oscontatos de comutação 12 e 13, esta situação estando mostrada na figura 4.Uma vez que a câmara de comutação a vácuo 6 esteja aberta, corrente nãomais passa tanto na derivação 4 quanto na linha de energia principal 1: adisjunção do circuito é portanto completa. A câmara de comutação a vácuo 6foi submetida a passagem de corrente rapidamente nos estados mostrados nasfiguras 2 e 3, mas não no estado operacional estável mostrado na figura 1.

À medida que o movimento pivô do desconector 2 temcontinuidade, o dispositivo atinge o estado mostrado na figura 5, no qual odesconector escapou do contato com a segunda extremidade 9 da parte móvel7, que fica portanto agora livre. As molas de retorno 16 então restabelecem aparte móvel 7 para sua posição inicial, e a câmara de comutação a vácuo 6 éfechada, novamente pela operação da diferença de pressão. A derivação 4 foiassim colocada no mesmo potencial da linha de energia 1 no lado da primeiraextremidade 8. O desconector 2 está bem afastado da derivação 4 de maneiraa impedir que caia qualquer arco. Ele pode ficar em encaixe com um contatoterra 18, de maneira a garantir aterramento da tensão na linha de energia 1.

E possível fechar novamente a linha de energia 1 pelomovimento pivô do desconector 2 na direção contrária de acordo com oprocedimento seguinte mostrado na figura 6. A parte móvel 7 é mantida noestado mostrado nas figuras 1 e 5 pelo contato com o batente estacionário 19 epelas molas 16, enquanto a segunda extremidade 9 é acoplada no restante daparte móvel 7 da derivação por meio de um pivô 20. Este pivô 20 é equipadocom um elemento limitador que impede seu movimento na direção deabertura, junto com uma mola que predispõe-no em direção à posição dobatente. Portanto, ele é unidirecional: a segunda extremidade 9 move-se como restante da parte móvel 7 desde que o desconector 2 esteja se movendo nadireção para abrir a linha de energia 1, como mostrado nas figuras 1 a 5 (istoé, no sentido anti-horário), o batente estacionário sendo operativo, mas elepode mover-se sem movimento do restante da parte móvel 7, quando odesconector 2 está fechando a linha de energia 1 no sentido oposto (horário)mostrado na figura 6. O desconector 2 pode então inverter para a posição departida mostrada na figura 1 movendo somente a segunda extremidade 9, semmover o restante da parte móvel 7 e, portanto, sem nem agir na câmara decomutação a vácuo 6 nem fazer com que qualquer contato seja feito entre alinha Iea derivação 4, isto sendo conseguido da seguinte maneira. A figura 6indica uma camada isolante 21 aplicada em uma segunda face 23 da segundaextremidade 9, oposta à sua primeira face 22, que tem um revestimentocondutor e que fica voltada para a linha de energia 1, o desconector 2encaixando por atrito a segunda face isolada 23 durante a abertura da linha 1.

As figuras 7 e 8 mostram a construção de uma possívelmodalidade da invenção. Pode-se ver nela alguns dos componentessupradescritos, que não precisam ser novamente descritos. Mas vale a penadescrever alguns deles. Assim, a parte móvel 7 em si não é condutora. Ela éprovida com uma corda ou fita 24 que estende-se da haste móvel 15 até asegunda extremidade 9, evitando o pivô 20. A corda ou fita 24 é flexível econdutora. A camada isolante 21 pode ser formada em uma peça, presa emtorno da segunda extremidade 9 e acavalando-se na parte móvel 7. Além domais, é conveniente prover uma ligação 25, articulada na parte móvel 7 edeslizando na haste móvel 15, de forma que a parte móvel 7 possa mover ahaste 15, a ligação 25 sendo, tanto na posição de início mostrada na figura 1quanto na posição mostrada na figura 8, separada de um colar 37 naextremidade da haste 15 por uma folga que atrasa a transição do estadomostrado na figura 2 para o mostrado na figura 4. O movimento da haste 15começa uma vez que esta folga tenha sido absorvida quando a linha 25encontra o colar 37.

Uma segunda modalidade está descrita a seguir com referênciaàs figuras 9 a 14, que mostram algumas etapas na sua operação. O interruptormostrado aqui difere do supradescrito em que a parte móvel (que aqui tem areferência 27) da derivação (que aqui tem a referência 26) fica arranjada paramovimento deslizante, bem como movimento de giro, os outros elementos domesmo interruptor sendo inalterados e levando as mesmas referênciasanteriores. A derivação 27 dessa forma tem um corrediço 28 paralelo ao eixoda câmara de comutação a vácuo 6, o corrediço sendo móvel em movimentolinear em uma guia corrediça estacionária 29. Uma segunda extremidade 9 daderivação 26 é novamente mostrada, sendo adjacente ao desconector 2 naposição de partida, esta extremidade sendo revestida com uma camadacondutora na sua primeira face 22 voltada para o desconector, e com umisolante na sua face oposta 23. A segunda extremidade 9 é acoplada nocorrediço 28 pelo pivô 20.

No estado mostrado na figura 9, a linha de energia 1 é fechadapelo desconector 2. A câmara de comutação a vácuo 6 é fechada, seuscontatos 12 e 13 sendo encaixados um no outro, mas sem corrente passandopela derivação 26.

O estado mostrado na figura seguinte, figura 10, correspondeao da figura 2: o desconector está em contato com a segunda extremidade 9sem ter saído de contato com o barramento, 30, da linha de energia 1. Acorrente está também passando pela derivação 26. A câmara de comutação avácuo 6 permanece fechada por meio de um dispositivo para atrasar aabertura, tal como o dispositivo supradescrito, com a ligação pivotada 25 (quenão está mostrada aqui).

O estado mostrado na figura seguinte, figura 11, correspondeao mostrado na figura 3: o desconector 2 não está mais em encaixe com obarramento 30, e transferiu corrente na linha de energia 1 para a derivação 26,embora ela permaneça em contato com a segunda extremidade 9, que ela estáempurrando de forma que a parte móvel 27 fique deslizante na guia corrediça29. Os contatos 12 e 13 são separados, que também abre a derivação 26. Acâmara de comutação a vácuo 6 age para extinguir o arco.

A figura 12 mostra um estado no qual o desconector deixou asegunda extremidade 9 para trás, que permite que a parte móvel 27 sejaretornada e a câmara de comutação a vácuo seja novamente fechada. Isto éconseguido pela diferença de pressão que age como uma mola de retorno.

A figura 13 mostra que, como na figura 5 anterior, odesconector 2 pode ficar localizado em um contato terra 18, a parte inferior dalinha 1 sendo então posta em um potencial terra, enquanto toda a derivação 26está na mesma tensão que a parte superior da linha de energia 1 em virtude dea câmara de comutação a vácuo 6 estar fechada.

A figura 14 é similar à figura 6, e mostra o fechamento dointerruptor: o desconector 2 passa pela segunda extremidade 9, fazendo comque ela ligue o pivô 20. Em virtude de o deslizamento na superfície 23 ter seurevestimento isolante, o desconector não configura nenhum caminho decorrente através da derivação 26 a partir da linha de energia 1, mas fechanovamente a linha 1 uma vez que ela tenha tocado o barramento 30. Isto levao sistema de volta para o estado mostrado na figura 9. A segunda extremidade9 escapou e retorna para sua posição de equilíbrio inicial.

Claims (7)

1. Interruptor de corrente de cabo de energia ou linha deenergia incluindo uma câmara de comutação a vácuo (6) com dois contatos decomutação (12, 13) arranjados para movimento relativo entre eles e capazesde assumir uma posição fechada e uma posição aberta, caracterizado pelo fatode que o dito interruptor compreende:um desconector móvel (2) conectado na linha de energia eadaptado para assumir uma posição de linha fechada (1) e uma posição delinha aberta durante um curso de seu movimento; euma derivação (4) conectada na linha de energia em umaprimeira extremidade (8) da derivação, a câmara de comutação a vácuo sendoconectada na dita derivação, a derivação incluindo uma parte móvel (7)disposta entre a câmara de comutação a vácuo e uma segunda extremidade (9)da derivação oposta à sua primeira extremidade; eem que o desconector (2) e a parte móvel ficam arranjadas deuma maneira tal que o desconector toque a dita segunda extremidade (9)durante uma parte do curso intermediária à posição de linha fechada e aposição da linha aberta, e de uma maneira tal que a parte móvel fiquearranjada para ter um primeiro estado no qual ele fica desencaixado da câmarade comutação a vácuo e um segundo estado no qual ele atua um dos contatosde comutação (13) da câmara de comutação a vácuo de forma a produzir aposição aberta dos contatos de comutação.

2. Interruptor de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que inclui uma mola de retorno (16) para retornar a parte móvelpara uma posição na qual a dita segunda extremidade (9) está próxima dalinha de energia (1).

3. Interruptor de acordo com a reivindicação 1 oureivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita segunda extremidadetem uma primeira face eletricamente condutora (22) que fica voltada para alinha de energia (1), e uma segunda face isolante, e em que o desconector (2)é móvel em direções alternadas.

4. Interruptor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a dita segunda extremidade é conectada auma outra parte da parte móvel por meio de um pivô (20) para movimento emuma direção, o dito pivô tendo um batente de extremidade e uma mola deretorno, e sendo adaptado para mover-se e retrair-se quando o desconectormóvel de forma alternada (2) estiver movendo no dito curso da posição abertada linha de energia para a posição fechada da linha de energia.

5. Interruptor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o desconector (2) é pivotado.

6. Interruptor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dita parte móvel (7) é pivotada.

7. Interruptor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dita parte móvel fica arranjada paramovimento deslizante.