BR102012010975A2 - dispositivo de comutação e aparelho de distribuição relacionado - Google Patents

Abstract

dispositivo de comutação e aparelho de distribuição relacionado um dispositivo de comutação para conectar/desconectar 5 uma linha de energia a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada que compreende ao menos uma fase apresentando um alojamento que aloja um contato móvel acoplável/desacoplável ala partir de um contacto fixo correspondente. a fase compreende um conjunto semicondutor elétrico apresentando um suporte isolante operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores 1 o eletricamente conectados em série uns com os outros; a pluralidade de dispositivos semicondutores é associada e eletricamente conectada ao contacto fixo e ao contacto móvel, sendo que o conjunto é configurado para ser instalado no alojamento de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contactos fixos e dos contactos móveis quando for acoplado ao contacto fixo.

Description

Dispositivo de comutação e aparelho de distribuição relacionado Descrição. A presente descrição se refere a um dispositivo de comutação para conectar/desGonectar uma iínha elétrica a/a partir de ao menos uma carga elétrica associada, e a um aparelho de distribuição que compreende tal dispositivo de comutação.

Como é sabido, os dispositivos de comutação são instalados em circuitos elétricos para conectar/desconectar uma linha de energia a/a partir de um ou mais cargas elétricas associadas.

Os dispositivos de comutação conhecidos compreendem ao menos uma fase, ou pólo, com um contacto móvel, que é móvel entre uma primeira posição conectada, na qual ê acoplado a um contacto fixo correspondente (dispositivo de comutação fechado), e uma segunda posição separada, na qual é separado do contacto fixo (dispositivo de comutação aberto). Por exemplo, se a carga elétrica for formada por um banco de capacitores, um dispositivo de comutação é fornecido para operacionalmente associar uma linha de média tensão AC ao banco de capacitores. Através da abertura ou fechamento do dispositivo de comutação, a energia reativa é adicionada ou removida da/para a linha de energia.

Cada fase do dispositivo de comutação é eletricamente conectada a uma linha de energia e carga elétrica associada, de ta! forma que uma corrente possa fluir entre a tinha de energia e a carga através do meio principal de condução fornecido pelos contactos fixos e móveis acoplados. A corrente que flui é interrompida através da separação dos contactos móveis a partir dos contactos fixos correspondentes, por exemplo, no caso de falhas.

Nestas soluções conhecidas, cada fase do dispositivo de comutação pode ser fornecida com um grande número de dispositivos semicondutores, que são eletricamente conectados em série uns com os outros e são aptos para bloquear a corrente que fui através dos mesmos em uma direção de bloqueio e para conduzir a corrente que flui através dos mesmos em uma direção permitida.

Os dispositivos semicondutores em geral, de uma fase, são operacionalmente conectados eletricamente em paralelo com o percurso principal da corrente fornecida pelo contacto móvel acoplado e peto contacto fixo. O grande número de dispositivos semicondutores é devido ao fato de que cada dispositivo semicondutor não pode suportar um valor de tensão acima de um determinado valor limite de operação, tipicamente em torno de 1 kV para os dispositivos padrão.

Como é sabido, através da sincronização oportuna do movimento do contacto móvel na forma de onda da corrente alternada que fluí através da fase do dispositivo de comutação, o percurso do condutor, fornecido pelos dispositivos semicondutores, pode ser vantajosamente utilizado para a corrente que flui, evitando ou ao menos reduzindo a geração de arcos elétricos durante a operação de abertura do dispositivo de comutação {quando a tinha é desconectada a partir de uma carga, por exemplo, um banco de capacitores), e limitando as tensões de corrente de entrada e transitórias geradas durante a operação de fechamento (quando a linha é acoplada na carga, por exemplo, o banco de capacitores).

No estado da arte atual, apesar das soluções conhecidas operarem de uma maneira bastante satisfatória, ainda há razão e desejo de maiores aperfeiçoamentos, em particular no que diz respeito à forma da disposição dos dispositivos semicondutores e o seu posicionamento em relação às partes restantes do dispositivo de comutação ao qual são associados.

Tai dispositivo é preenchido por um dispositivo de comutação para conectar/desconéctar uma linha de energia a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada, compreendendo ao menos uma fase apresentando um alojamento que aioja um contacto móvel acopíável/desacopláve! a/a partir de um contacto fixo correspondente. A fase compreende um conjunto semicondutor elétrico que apresenta um suporte isolante operacionaimente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores eletricamente conectados em série uns com os outros, a pluralidade de dispositivos semicondutores sendo associados e eletricamente conectados ao dito contacto fixo e ao dito contacto móvel, sendo que o conjunto é configurado para ser instalado no alojamento de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contactos fixos e dos contactos móveis quando for acoplado ao contacto fixo.

Na descrição a seguir, o dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição será descrito fazendo particular referência à sua aplicação em conectar/desconectar uma linha de média tensão AC a/a partir de um banco de capacitores, sem pretender de qualquer forma limitar as suas possíveis aplicações em intervalos inferiores ou superiores de tensões de operação e/ou para propósitos diferentes. Deve ser salientado que o termo "média tensão" utilizado na presente descrição se refere a aplicações elétricas com tensões nominais de 1 kV a até algumas dezenas de kV, por exemplo, 52 kV.

Por exemplo, os dispositivos de comutação de acordo com a presente descrição podem ser concebidos como um disjuntor híbrido para desconectar uma linha de energia a partir da carga elétrica associada, após a ocorrência de falhas no circuito, tais como uma falha de curto circuito.

Outras características e vantagens serão mais evidentes a partir da descrição das formas de realização de exemplo, porém não exclusivas, do dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição, ilustradas nos desenhos acompanhantes, nos quais: a figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; as figuras de 2 a 4 são vistas em corte ilustrando a parte interna de um alojamento do dispositivo de comutação na figura 1, em três posições diferentes assumidas pelo contacto móvel; a figura 5 é uma vista transversal (ou de secção) de uma primeira forma de realização de um conjunto semicondutor elétrico, o qual é apropriado para ser utilizado em um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; - a figura 6 é uma vista explodida do conjunto na figura 5; - a figura 7 é uma vista em planta de uma placa de circuito impresso utilizada no conjunto da figura 5; a figura 8 é uma vista em perspectiva da placa de circuito impresso na figura 7, com os díodos e varistores montados nela; a figura 9 ilustra a placa de circuito impresso na figura 8, após ter sido enrolada; as figuras 10 e 11 são uma vista em perspectiva e uma vista explodida, respectivamente, de uma segunda forma de realização de um conjunto semicondutor elétrico, o qual é apropriado para ser instalado em um alojamento de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição; a figura 12 ilustra um período de uma corrente alternada que flui através de uma fase de um dispositivo de comutação de acordo com a presente descrição, A figura 1 ilustra uma forma de realização de exemplo de um dispositivo de comutação de múltiplas fases 1 de acordo com a presente descrição, o qual é apropriado para conectar/desconectar uma linha de energia, por exemplo, uma linha de média tensão AC, a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada. Por razões de simplificação, na descrição a seguir será feita referência apenas para uma fase 2 do dispositivo de comutação 1; no entanto, é para ser entendido que o que se segue é aplicável a todas as fases 2 do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição, O dispositivo de comutação 1 ilustrado na figura 1 compreende, por exemplo, três fases 2, ou pólos 2, cada um dos quais é conectado eletricamente a uma fase correspondente da linha de energia e a uma carga elétrica associada. O número de fases 2 pode ser diferente do ilustrado, de acordo com os requisitos das aplicações específicas para o dispositivo de comutação 1.

Cada fase 2 compreende um contato móvel 4 acopíável/desacopiãvel a/a partir de um contato fixo correspondente 5 (ver figuras de 2 a 4). O contacto fixo 5 e o contacto móvel 4 são conectados eletricamente a um primeiro terminal 6 e a um segundo terminal 7, respectivamente, os quais são adequados para conectar a fase 2 na fase correspondente da linha de energia e da carga elétrica associada.

Cada fase 2 compreende um conjunto semicondutor elétrico (ou conjunto elétrico), tal como o conjunto 50, de acordo com uma primeira forma de realização de exemplo ilustrada nas figuras de 1 a 6, ou conjuntos elétricos de acordo com as formas de realização alternativas, tais como, por exemplo, o conjunto 200 ilustrado nas figuras de 9 a 10. O conjunto elétrico apresenta um suporte eletricamente isolante operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores 51 eletricamente conectados em série uns com os outros. Os dispositivos semicondutores 51 são dispositivos adequados para o bloqueio do fluxo de corrente que flui através do mesmo em um sentido de bloqueio e através do mesmo para a condução da corrente que flui no sentido permitido. Exemplos não limitativos de tais dispositivos semicondutores 51 são os diodos ou tiristores.

Os dispositivos semicondutores 51 são associados e eletricamente conectados ao contacto fixo 5 e ao contacto móvel 4 através dos primeiros meios de conexão e dos segundos meios de conexão, respectivamente, do conjunto elétrico. Em particular, os dispositivos semicondutores 51 em gerai são capazes de proporcionar um meio condutor para a corrente que flui através da fase 2; tal meio condutor é operacionalmente conectado eletricamente em paralelo com o meio condutor principal fornecido pelos contactos fixos e móveis 4, 5, acoplados.

Cada fase 2 compreende um alojamento 3, para o contacto fixo 5 e o contacto móvel 4, de preferência, um alojamento isolador elétrico 3 (feito, por exemplo de resina epóxl) definindo um ambiente vedado preenchido com gás isolante elétrico, tal como, por exemplo, SF6 ou C02 ou N2; alternativamente, o ambiente vedado definido pelo alojamento 3 pode ser um ambiente a vácuo. O alojamento 3 é, por exemplo, um alojamento padrão para o contacto móvel e o contacto fixo de um disjuntor de média tensão de tipo conhecido, tal como, por exempío, o invólucro do pólo de um disjuntor de média tensão HD4 produzido pela ABB €>. O conjunto elétrico é configurado para ser instalado no alojamento 3, de ta! forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos contactos fixos 5 e dos contactos móveis 4, quando forem acoplados aos contactos fixos 5. Por exemplo, as figuras de 2 a 4 ilustram a parte interna de um alojamento 3 com um conjunto 50 instalado no mesmo.

De acordo com a forma de realização de exemplo ilustrado nas figuras de 2 a 4, o contacto móvel 4 é, de preferência, um pistão 4 (ou haste 4) acionado através dos meios de acionamento 8 (compreendendo, por exemplo, um motor elétrico associado com um mecanismo de transmissão), de tal forma a se mover no alojamento 3 ao longo de uma direção axiai (indicada nas figuras de 2 a 4 peio eixo X ilustrado); o contacto fixo 5 é configurado, por exemplo, como um elemento fêmea 5 {ou haste oca 5), apropriado para nele receber uma porção do pistão 4. O contacto móvel 4 e o contacto fixo 5 podem apresentar qualquer outro formato ou configuração adequada. O contacto móvel 4 é capaz de assumir ao menos: - uma primeira posição, na qual é mecanicamente acoplado ao contacto fixo 5 {por exemplo, na figura 4, ele é inserido no contacto fixo 5); - uma segunda posição, na qual ele é separado espacialmente do contacto fixo 5 (por exemplo, nas figuras de 2 a 3, ele está fora da porção oca correspondente do contacto fixo 5) e eletricamente conectado ao segundo meio de conexão do conjunto elétrico (ver a figura 3); - uma terceira posição, na qual é separado espacíalmente do contacto fixo 5 e desconectado eletricamente do segundo meio de conexão do conjunto elétrico (ver a figura 2). O movimento do contacto 4 entre estas três posições é vantajosamente sincronizado com a forma de onda da corrente alternada que flui através da fase 2, conforme irá se tornar mais evidente a partir da descrição a seguir.

De preferência, o conjunto elétrico, de acordo com a presente descrição, é configurado para envolver, ao menos, o contacto fixo 5. Em particular, o conjunto elétrico pode compreender o dito contacto fixo 5 montado no mesmo. O conjunto elétrico é configurado para permitir a passagem do contacto móvel 4 através do mesmo para o acoplamento/desacoplamenfo no/do contacto fixo 5. Em particular, o conjunto elétrico compreende um orifício (ver, por exemplo, o orifício 55 do conjunto 50 ilustrado, ou o orifício 550 do conjunto 200 ilustrado) apropriado para receber o contacto fixo 5, e se estende ao longo do eixo X para permitir a passagem do contacto móvel 4 através do mesmo, a fim de acopíar/desacoplar no/do contacto fixo 5. O segundo meio de conexão do conjunto elétrico é, de preferência, colocado na entrada do orifício para a passagem do contacto móvel 4, e é configurado para operacionalmente fazer contacto com o contacto móvel 4 durante uma parte de seu movimento. Por exemplo, o contacto móvel 4 desliza para o segundo meio de conexão , De acordo com uma forma de realização de exemplo, o conjunto elétrico compreende uma placa de circuito impresso dobrável 60 com as tiras condutoras 61, feitas, por exemplo, de cobre, na qual a pluralidade de dispositivos semicondutores 51 è montada (por exemplo, soldados). A placa de circuito impresso 60 do conjunto 50 mostrado nas figuras de 1 a 6 é enrolada através do acoplamento de suas extremidades opostas 62, 63 (que delimitam a sua extensão longitudinal), de tai forma a apresentar uma forma substancialmente cilíndrica. As tiras condutoras 61 são concebidas para formar, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, um percurso em forma espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores 51 (ver em particular a placa de circuito impresso 60 enrolada na figura 9). A figura 7 é uma vista em planta do circuito impresso placa 60 desenrolada, com as suas tiras condutoras 61 dispostas ao longo de três linhas paralelas 100, 101, 102 que se estendem entre as extremidades opostas 62, 63 da placa de circuito impresso 60. As linhas 100, 101, 102 são definidas de tal forma a, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, as extremidades 68, 681 das linhas 101, 102 (colocadas na segunda extremidade 63 da placa de circuito impresso 60) fazerem contacto com as extremidades 67, 671 correspondentes das linhas 100, 101 (colocadas na primeira extremidade oposta 62 da placa de circuito impresso 60).

Em particular, os orifícios 66 são definidos nas extremidades 68, 681 e são adequados para corresponder, enroladas sobre a placa de circuito impresso 60, com os orifícios 651 correspondentes definidos nas extremidades 67, 671. Os meios de fixação, tais como os pinos condutores (não visíveis nos exemplos ilustrados), são inseridos através dos orifícios 65 a 67 correspondentes, de tal forma a travar a placa de circuito impresso 60 na configuração enrolada.

Em adição, um orifício 64 na linha 100 e um orifício 66 na linha 102 (mostrado na figura 7) delimitam, enrolado sobre a placa de circuito impresso 60, o percurso em espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores 51. Portanto, o orifício 64 e o orifício 66 constituem os pontos de enirada/saída para a corrente que fluí através dos dispositivos semicondutores 51 em gerai.

Vantajosamente, os cortes 600 (mostrados, por exemplo, nas linhas tracejadas na figura 7) podem ser definidos na placa de circuito impresso 60 ao menos entre as linhas de 100 a 102, de tal forma a aumentar o isolamento elétrico entre as camadas do. percurso em espiral. A figura 8 mostra a placa de circuito impresso 60 da figura 7 desenrolada, com os d iodos 51 montados nas tiras condutoras 61. A série de díodos 51 resiste à tensão de operação do dispositivo de comutação 1, e o número de diodos 51 é tal que cada diodo 51 resiste uma tensão de operação inferior a uma tensão nominal máxima (cerca de 1,6 kV AC para os díodos de encapsuiamento típico 51, tais como os diodos 51 mostrados na figura 8). Na forma de realização de exemplo ilustrada, os trinta e três diodos de encapsuiamento padrão 51 são, por exemplo, montados na placa de circuito impresso 60, cada um suportando, durante a sua operação, uma tensão de cerca de 1 kV AC, para as aplicações do dispositivo de comutação 1 com tensões nominais de cerca de 38 kV AC, É evidente que o número de linhas 100, 101, 102 e/ou o número de diodos 51 montados nela pode ser diferente dos ilustrados; por exemplo, o número de diodos 51 mostrados na figura 8 pode ser reduzido para o dispositivo de comutação 1 em operação em aplicações de tensões menores, simplesmente através da remoção de um grupo predefínido de diodos 51 a partir das tiras condutoras 61 correspondentes. O dispositivo de comutação 1 pode compreender os meios de detecção para monitorar a integridade dos diodos 51 e emitir um sinal de alarme no caso de condições de falha.

De acordo com uma forma de realização de exemplo, os dispositivos semicondutores 54, operando como dispositivos limitadores de tensão 54, também são montados nas tiras condutoras 61 da placa de circuito impresso 60, de tal forma a ser eletricamente em paralelo com os diodos 51. Para este propósito, conforme mostrado na forma de realização de exemplo da figura 8, são utilizados os varistores 54, tais como, por exemplo, os varistores 54 de ôxido de zinco.

Conforme mostrado na forma de realização de exemplo das figuras 5 e 6, o suporte isolante do conjunto 50 compreende uma caixa eletricamente isolante 56 {por exemplo, feita de plástico), que apresenta uma forma substanciatmente cilíndrica, alojando a placa de circuito impresso 60 enrolada mostrada na figura 9. Um orifício 55 para a passagem do contacto móvel 4 é definido centralmente e ao longo da extensão longitudinal total da caixa isolante 56, nominalmente, a partir de uma borda superior 73 para uma borda inferior 742 da caixa isolante 56. A placa de circuito impresso 60 enrolada é colocada em uma sede 69, a qual é radialmente definida na caixa isolante 56 em torno do orifício 55, e que se estende longitudinalmente entre a borda superior 73 e a borda inferior 742 da caixa isolante 56 (ver em particular na figura 5).

Vantajosamente, a sede 69 com a placa de circuito impresso 60 enrolada inserida no mesmo, é preenchida com material isolante, tal como resina, para aumentar o isolamento elétrico entre as camadas do percurso em espiral que suporta os diodos 51, e para aumentar a estabilidade da estrutura constituída pela placa de circuito impresso 60 e pelos dispositivos semicondutores 51 (e 54, se presente) montados nela. O segundo meio de conexão do conjunto 50 é acoplado, de preferência fixado, na borda superior 73, de taf forma a ser colocado na entrada do orifício 55 para a passagem do contacto móvel 4, Em particular, o segundo meio de conexão cobre a entrada do orifício 55, e é, portanto, configurado para ser penetrado pelo contacto móvel 4 que entra no, ou saí do, orifício 55. Em particular, conforme mostrado na forma de realização de exempfo nas figuras 5 e 6, o segundo meio de conexão compreende ao menos duas placas condutoras 74 com orifícios passantes 740« e um anel de contacto 75 entre as duas piacas 74.

As placas 74 são conectadas eletricamente na pluralidade de díodos 51 montados na placa de circuito impresso 80 enrolada na sede 69, e o ane! de contacto 75 faz contacto com a superfície de deslizamento do contacto móve! 4 que passa através dos orifícios 740 das piacas 74, Em particular, o anel de contacto 75 é apropriado para fazer contacto com o contacto móve! 4 com atrito reduzido. O conjunto 50 ilustrado compreende ainda uma cobertura 76 feita de material isolante (por exemplo, plástico), que é acoplada, de preferência fixada, na borda superior 73 da caixa isolante 56, de tal forma a cobrir as placas 74 e o anel de contacto 75. A cobertura 76 apresenta uma entrada 77 para a passagem do contacto móvel 4 através da mesma; de preferência, um elemento anelar 82 pode ser acoplado nas bordas da entrada 77 para guiar a passagem do contacto móvel 4 no/a partir do anel de contacto 75 (ver as figuras 5 e 6). O conjunto 50 compreende uma base de montagem 59 feita de material condutor elétrico (por exemplo, alumínio) que é apropriada para ser conectada ao primeiro terminal 6 da fase 2, a partir da instalação do conjunto 50 no interior do alojamento 3. O contacto fixo 5 apresenta uma porção oca 12 para receber uma respectiva porção do contacto móvel 4 (constituída pelo pistão 4 na forma de realização de exempfo mostrada nas figuras de 2 a 4), e compreende os anéis de contacto 10 na entrada de sua porção oca 12. Os anéis de contacto 10 são adequados para melhorar o contacto entre o contacto fixo 5 e o pistão 4 deslizante. O contacto fixo 5 ê fixado na base de montagem 59 por meio de um parafuso 11. A caixa isolante 56 é montada sobre a base de montagem 59 de tal maneira que o contacto fixo 5 é inserido no orifício 55; em particular, a caixa isolante 56 é fixada na base de montagem 59 através de uma pluralidade de parafusos 70 (ver as figuras 5 e 6). O primeiro meio de conexão do conjunto 50 compreende: ao menos um dos parafusos 70 que é conectado eletricamente nos díodos semicondutores 51 em gera! da placa de circuito impresso 60, e a base de montagem 59 conectada nos contactos fixos 5 e 6 no terminal da fase 2, De preferência, o conjunto 50 é configurado para permitir a passagem através dele de gás isolante elétrico, utilizado para o preenchimento do alojamento 3 (após o conjunto 50 ter sido inserido dentro do alojamento 3), Em particular, o conjunto 50 compreende as partições na sede 69 (uma das quais é representada esquematicamente através de linhas tracejadas na figura 6 e indicada pelo número de referência 700), se estendendo radiaimente em relação ao orifício 55, entre a borda superior 73 e a borda inferior 742 da caixa ísolante 56.

Ao menos um canal de ventilação 701 (tal como o canal de ventilação 701 representado esquematícamente na figura 6 através de linhas tracejadas) passa através de uma ou mais das partições 700; o conjunto 50 é configurado de tai forma que ao menos um canal de ventilação 701 seja acessível a partir da parte externa do conjunto 50. Em particular, cada canal de ventilação 701 é acessível em uma primeira extremidade por meio das aberturas passantes 78 (definidas na borda 73) e através das aberturas passantes 79 (definidas na cobertura 76). A segunda extremidade dos canais de ventilação pode ser operacionalmente conectada a meios para injetar o gás isolante elétrico no interior do alojamento 3, por exemplo, durante a fabricação do dispositivo de comutação 1.

Um exemplo de operação do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição será descrito agora, através da referência feita a um dispositivo de comutação 1 com o conjunto 50 instalado no alojamento 3 de sua fase 2 (como ilustrado nas figuras de 2 a 4), sem de forma alguma se opor aos princípios de operação dos dispositivos de comutação 1 utilizando outras formas de realização alternativas do conjunto elétrico de acordo com a presente descrição, taí como o conjunto 200 ilustrado nas figuras de 9 a 10. A partir da situação ilustrada na figura 4 (que corresponde ao dispositivo de comutação 1 fechado), o contacto móvel 4 é inserido na porção oca 12 correspondente do contacto fixo 5 (que por sua vez é inserido no orifício 55 do conjunto 50). Em condições normais de operação, o acoplamento entre o contacto móvel 4 e o contacto fixo 5 forma o meio principal de condução da corrente que flui através da fase 2, entre os primeiro e segundo terminais 6, 7» Nesta situação, o meio condutor fornecido pelos diodos 51 em geral é curto circuitado pelo meio principal de condução proporcionado pelo contacto móvel 4 e contacto fixo 5 acoplados.

Quando uma operação de abertura do dispositivo de comutação 1 for necessária, por exemplo, devido a uma falha ou para desconectar um banco de capacitores a partir da linha de energia associada ao dispositivo de comutação 1, o contacto móvel 4 é atuado através dos meios de acionamento 8 de fal forma a separar espacialmente a partir do contacto fixo 5 (por exemplo, conforme mostrado na forma de realização de exemplo mostrada nas figuras de 2 a 3, a separação espada! ocorre quando o contacto móvel 4 saí da porção oca 12 correspondente do contacto fixo 5). O movimento do contacto 4 ao longo do eixo X ilustrado é calibrado de tat forma que a dita separação espacial começa no primeiro ponto de passagem por zero 500 da forma de onda da corrente alternada que flui através da fase 2 (ver a figura 12), ou apòs um curto período de tempo (por exempio, um ou dois ms) em relação ao dito primeiro ponto de passagem por zero 500. Imediaíamente após o primeiro ponto de passagem por zero 500, a direção da corrente permite a condução de tal corrente pelos diodos 51 em gerai.

Portanto, na separação espacial entre os contactos fixos e móveis 5, 4, a corrente que flui através da fase 2 começa a fluir através do meio condutor fornecido pelos diodos 51 em geral. Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre o contacto fixo 5 e o contacto móvel 4, ou é ao menos substancialmente reduzida.

Após a separação espacial do contacto fixo 5, o contacto móvel 4 contínua o seu movimento ao longo do eixo X, desliza sobre o anel de contacto 75 colocado na entrada do orifício 55, e chega na situação ilustrada na figura 3. Em íaí posição, a extremidade do contacto móvel 4 está ainda mecanicamente em contacto com o anel de contacto 75. Portanto, durante o deslizamento a partir de sua posição mostrada na figura 4 para a sua posição mostrada na figura 3, o contacto móvel 4 é eletricamente conectado aos diodos 51 em geral através do anel de contacto 75 e das placas condutoras 74, de tal forma a permitir que a corrente flua através da fase 2.

Em seguida, o contacto móvel 4 contínua a deslizar ao longo do eixo X, e se separa espacialmente do anel de contacto 75, até que atinja a sua posição final ilustrada na figura 2, na qual a operação de abertura do dispositivo de comutação 1 é concluída. O movimento do contacto 4 é calibrado de tai forma que a separação espacial entre a extremidade do contacto móvel 4 e o anel de contacto 75 ocorra em um segundo ponto de passagem por zero 501 da forma de onda da corrente alternada, ou apôs um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) em relação ao dito segundo ponto de passagem por zero 501. Conforme ilustrado na figura 12, o segundo ponto de passagem por zero 501 è consecutivo no tempo em relação ao primeiro ponto de passagem por zero 500; imediaíamente após o segundo ponto de passagem por zero 501, a direção da corrente bloqueia a condução de tal corrente através dos diodos 51 em geral.

Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre os segundos meios de conexão 74, 75 do conjunto 50 e o contacto móvel 4 separando a partir deles, ou é ao menos substancialmente reduzida, A operação de fechamento dos dispositivos de comutação 1 é o processo inverso, a partir da situação ilustrada na figura 2, na qual a corrente não pode fluir através da fase 2.

Quando for necessário fechar o dispositivo de comutação 1, o meio de condução 8 promove o deslizamento do contacto móvel 4 ao longo do eixo X, em direção ao contacto fixo 5. O movimento do contacto 4 é calibrado de tat forma que a extremidade do contacto móvel 4 comece a entrar mecanicamente em contacto com o anel de contacto 75 (ver figura 3) um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) antes de dito ponto primeiro ponto de passagem por zero 500.- Desta forma, é evitada a geração de arcos elétricos entre o contacto móvel 4 e o anel de contacto 75, ou é ao menos substancialmente reduzida.

Imediatamente após o primeiro ponto de passagem por zero 500, a corrente começa a fluir através dos diodos 51 em geral, os quais atuam de forma a limitar a corrente de entrada e as tensões transientes geradas entre a linha da fase e a carga elétrica associada à fase 2, Em particular, a corrente de entrada e as tensões transientes são geradas quando a carga elétrica associada ao dispositivo de comutação 1 for um banco de capacitores para adição/remoçâo de potência reativa na/a partir da tinha de energia associada ao dispositivo de comutação 1, de acordo com uma primeira aplicação de exemplo de tal dispositivo de comutação 1.

Em seguida, o contacto móvel 4 penetra no orifício 55 da caixa isolante 56, até entrar no interior da porção oca 12 correspondente do contacto fixo 5 (ver a figura 4). O movimento do contacto móvel 4 é calibrado de tal forma que o contacto mecânico com o contacto fixo 5 comece um curto período de tempo (por exemplo, um ou dois ms) antes do segundo ponto de passagem por zero 501 da forma de onda da corrente. Desta forma, nenhum arco elétrico é gerado entre o contacto móvel 4 e o contacto fixo 5, devido a corrente estar fluindo através dos diodos 51 em geral. O meio condutor proporcionado pelos diodos 51 em geral é curto circuitado pelo meio condutor principaf re-estabelecido, proporcionado pelo acoplamento do contacto móvel 4 com o contacto fixo 5.

As operações de abertura e fechamento descritas podem ser realizadas em uma segunda aplicação de exemplo do dispositivo de comutação 1 concebido como um disjuntor híbrido para interromper as correntes devido a falhas elétricas. Neste caso, precisam ser fornecidos diodos de alta capacidade de corrente no conjunto 50.

De acordo com uma forma de realização alternativa de exemplo, não ilustrada nas figuras, o suporte isolante do conjunto nos dispositivos de comutação 1 pode compreender um bloco de material isolante, por exemplo, uma resina fundida, na qual são embutidos ao menos os dispositivos semicondutores 51 (de preferência os diodos 51) com as conexões elétricas para conectar eletricamente os ditos dispositivos semicondutores 51 em série uns com os outros, O bloco isolante pode embutir também os varistores 54 conectados eletricamente em paralelo com os dispositivos semicondutores 51. O bloco isolante é apropriado para ser instalado em um respectivo alojamento 3 de uma fase 2 do dispositivo de comutação 1, de preferência, de tal forma a envolver completamente o contacto fixo 5. Por exemplo, o bloco isolante apresenta uma forma substancialmente cilíndrica com um orifício centrai, definido ao longo de sua extensão longitudinal; o orifício centra! é adequado para receber o contacto móvel 4 para o acopiamento/desacoplamenío no/a partir do contacto fixo 5, o qual é inserido no orifício central.

Se o bloco isolante for moldado como um bloco monolítico, de preferência, os dispositivos semicondutores 51 serão embutidos no bloco isolante do conjunto elétrico de tal forma a ser disposto no interior do alojamento 3 ao longo de um percurso em espiral que se estende ao redor do orifício central do bloco de isolamento em si.

De acordo com outra forma de realização de exemplo, o conjunto elétrico do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição pode apresentar uma estrutura modular, na qual o suporte isolante para os dispositivos semicondutores 51 de dito conjunto compreende ao menos um primeiro membro modular e um segundo membro modular mutuamente acoplados. O primeiro membro modular e o segundo membro modular suportam um primeiro grupo e um segundo grupo de dispositivos semicondutores 51, respectivamente, no qual os meios de conexão são interpostos entre o primeiro membro modular e o segundo membro modular para conectar eletricamente o primeiro grupo e o segundo grupo de dispositivos semicondutores 51 em série um com o outro.

Por exemplo, o bloco isolante supra citado pode ser formado como uma pilha de porções de discos de resina, cada uma apresentando ao menos um grupo de dispositivos semicondutores 51 embutidos na mesma, na qual os meios de conexão elétrica são previstos entre as porções de disco adjacentes.

Conforme mostrado na forma de realização alternativa de exemplo ilustrada nas figuras 10 e 11, o conjunto 200 é formado como uma pilha composta pelo acoplamento em uma forma alternada de discos de montagem 201 (cada um feito de material isolante, tai como plástico, e suportando um grupo de dispositivos semicondutores 51 e, se desejado, os respectivos varístores 54), e cobrindo os discos 202 (feitos de material isolante, tal como plástico, e adequados para cobrir os lados frontal e traseiro de cada disco de montagem 201). A pilha montada 200 ê apropriada para ser instalada em cada alojamento 3 da fase 2 do dispositivo de comutação 1, de preferência, de tal forma a envolver completamente o contacto fixo 5; conforme mostrado na forma de realização de exemplo da figura 11, os discos de cobertura e montagem 201. 202 apresentam orifícios centrais 203 mutuamente correspondentes ao acoplamento dos discos de montagem e cobertura 201, 202, de ta! forma a formar o orifício central 550 ao longo da extensão longitudinal do conjunto 200. O orifício central 550 é apropriado para receber o contacto móvel 4 para o acoplamento/desacoplamento no/a partir do contacto fixo 5, que é inserido no orifício 550.

Cada disco de montagem 201 compreende uma sede 205 definida em torno de seu orifício 203» dentro da qual é colocada uma placa de circuito impresso com os dispositivos semicondutores 51 (e, se presentes, os varistores 54) montados nela. Os meios de conexão, tais como os pinos condutores 207, passam através dos discos de cobertura 202, de tal forma a conectar eletricamente em série um com o outro os grupos de dispositivos semicondutores 51 colocados em diferentes discos de montagem 201, e de tal forma a fornecer os meios de conexão para o conjunto 200 e para outras partes do dispositivo de comutação 1.

As aberturas 206 são definidas nos discos de cobertura 202 para, através das mesmas, passar o gás de enchimento do alojamento 3. A estrutura modular do conjunto elétrico, de acordo com as duas formas de realização de exemplo descritas, garante uma particular versatilidade do dispositivo de comutação 1» uma vez que um ou mais dos membros modulares (tal como as porções de disco do bloco isotante, ou os discos de montagem 201 do conjunto 200) podem ser adicionados ou removidos de acordo com as tensões nominais da aplicação específica do dispositivo de comutação 1, Na prática, tem sido visto como o dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição permite oferecer algumas melhorias em relação às soluções conhecidas.

Em particular, o conjunto elétrico de acordo com a presente descrição (tal como o conjunto 50 ilustrado ou o conjunto 200 ilustrado) permite a inserção de um grande número de dispositivos semicondutores 51 (e, se presentes, varistores 54) no interior do volume limitado fornecido peto alojamento 3 da fase 2, mantendo uma distância e isolamento adequado entre os dispositivos semicondutores 51, e garantindo uma distribuição uniforme, através de cada dispositivo semicondutor 51, da tensão global aplicada em toda a série global de dispositivos semicondutores 51, A disposição de dispositivos semicondutores 51 ao longo de um percurso em espiral é partícuiarmente apropriada para estes propósitos, ta! como no conjunto 50 com a placa de circuito impresso 60 enrolada.

Além disso, o conjunto elétrico 50, 200 do dispositivo de comutação 1 de acordo com a presente descrição é configurado para ser inserido em um alojamento de pólo padrão 3 nos contactos móveis e fixos de um disjuntor de tensão média de tipo conhecido. Portanto, as dimensões e as conexões elétricas do dispositivo de comutação 1 são as mesmas de um disjuntor de média tensão padrão; desta forma, o dispositivo de comutação 1 é facilmente instaláve! em armários padrão para a distribuição de energia de tensão média.

Além disso, todas as partes/componentes podem ser substituídas por outros elementos tecnicamente equivalentes; na prática, os tipos de materiais, e as dimensões, podem ser qualquer uma, de acordo com as necessidades e o estado da arte. Por exemplo, em vez de usar os díodos de encapsulamento padrão 51, diferentes tipos de díodos podem ser usados, tais como, por exemplo, díodos de fixação por crimps ou parafusos montados em suportes adequados fornecidos no conjunto elétrico do dispositivo de comutação 1; o conjunto elétrico pode ser formado em um número diferente de partes, e/ou as partes podem ser de formatos diferentes, e/ou posicionado de forma diferente, e/ou acoplado de forma diferente. Também é possível realizar qualquer combinação das formas de realização anteriores.

Claims (19)

1. Dispositivo de comutação (1) para conectar/desconectar uma iinha de energia a/a partir de, ao menos, uma carga elétrica associada, compreendendo ao menos uma fase (2) apresentando um alojamento (3) que aloja um contacto móvel (4) acoplável/desacopiávef a/a partir de um contacto fixo correspondente (5), caracterizado pelo fato de que a dita fase (2) compreende um conjunto semicondutor elétrico (50, 200) apresentando um suporte isofante (56, 201) operacionalmente associado com uma pluralidade de dispositivos semicondutores (51) conectados eletricamente em série uns com os outros, a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) sendo associada e eletricamente conectada ao dito contacto fixo (5) e ao dito contacto móvel (4), sendo que o dito conjunto (50, 200) é configurado para ser instalado no dito alojamento (3) de tal forma a envolver ao menos uma porção de ao menos um dos ditos contactos fixos (5) e ditos contactos móveis (4) quando ele for acoplado ao contacto fixo (5).

2. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto (50) é configurado de tal forma que a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) é disposta no dito alojamento (3) ao longo de um percurso em espiral,

3. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de o dito conjunto (50, 200) é configurado para envolver o contacto fixo (5) e para permitir a passagem, através do mesmo, do contacto móvel (4) para o acoplamento/desacoplamento no/a partir do contacto fixo (5),

4. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto (50) compreende o dito contacto fixo (5) montado nele.

5. Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o dito conjunto (50) compreende os primeiros meios de conexão (70, 59) conectando eletricamente a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) no contacto fixo (5), e os segundos meios de conexão (74, 75) apropriados para conectar eletricamente a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) no contacto móvel (4), sendo que o dito contacto móvel (4) é capaz de assumir ao menos: - uma primeira posição, na qual é acoplado no contacto fixo (5); - uma segunda posição, na qual é separado espacialmente do contacto fixo (5) e eletricamente conectado aos segundos meios de conexão (74, 75); urna terceira posição, na qual é separado espacialmente do contacto fixo (5) e eletricamente desconectado dos segundos meios de conexão (74, 75).

6. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito contacto móvel (4) se move ao longo de uma direção axíal (X) para assumir as ditas primeira, segunda e terceira posições, e dito conjunto (50, 200} compreende um orifício (55, 204) apropriado para receber o contacto fixo (5) e que se estende ao longo de dita direção axiai (X) para permitir a passagem, através do mesmo, do contacto móvel (4), a fim de acopiar/desacopíar no/a partir do contacto fixo (5),

7. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os ditos segundos meios de conexão (74, 75) do conjunto (50) são colocados na entrada do orifício (55) para a passagem do contacto móveí (4), e são configurados para operacionalmente entrar em contacto com o contacto móvel (4).

8. Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto (50, 204) é configurado para permitir a passagem, através do mesmo, de gás ísolante elétrico.

9. Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto (50) compreende uma placa de circuito impresso (60) com tiras condutoras (61) sobre as quais a dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51) é montada, sendo que a dita placa de circuito impresso (60) é enrolada.

10. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado peío fato de que a dita placa de circuito impresso (60) é enrolada através do acoplamento de suas primeira e segunda extremidades opostas (61, 62), sendo que as ditas tiras condutoras (61) são concebidas para formar um percurso em espiral para a montagem da pluralidade de dispositivos semicondutores (51).

11. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as ditas tiras condutoras (61) são dispostas ao iongo de linhas paralelas (100, 101, 102) que se estendem entre as ditas primeira e segunda extremidades opostas (61, 62) da ptaca de circuito impresso (60), sendo que as ditas Unhas (100, 101, 102) são definidas de tai forma que as extremidades (68, 681) das linhas (102, 101) colocadas na dita segunda extremidade (63) da placa de circuito impresso (60) são apropriadas para entrar em contacto com as extremidades correspondentes (67, 671) de uma linha adjacente (101, 100) colocada na dita primeira extremidade (62) da placa de circuito impresso (60), enrolada sobre a piaca de circuito impresso (60).

12. Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os cortes (600) são definidos na dita placa de circuito impresso (60) entre as ditas linhas paralelas (100, 101, 102).

13. Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações de 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito suporte isolante (56) compreende uma caixa isolante (56) com uma sede (69) apropriada para alojar a dita placa de circuito impresso (60) enrolada,

14, Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado peto fato de que a dita caixa isolante (56) compreende as partições (700) que se estendem através da extensão longitudinal da sede (69), sendo que ao menos um canal de ventilação (701) passa através de ao menos uma de ditas partições, o dito conjunto (50) sendo configurado de taf forma que ao menos um canal de ventilação (701) é acessível a partir do exterior do conjunto (50),

15, Dispositivo de comutação (1) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiros meios de conexão (70, 59) do conjunto (50) compreendem uma base de montagem (59) sobre a qual a caixa isolante (56) é montada e na qual o contacto fixo (5) é fixado, e os meios de fixação (70) para fixar a caixa isolante (56) na base de montagem (59).

16. Dispositivo de comutação de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto (50) compreende uma cobertura isolante (76) que é operacionalmente acoplada na dita caixa isolante (56) de tai forma a cobrir os ditos segundos meios de conexão (74, 75) e que é configurada para permitir a passagem, através da mesma, de dito contacto móvel (4).

17. Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o dito suporte isolante compreende ao menos um bloco de material isolante no qual ao menos um grupo de dita pluralidade de dispositivos semicondutores é embutido,

18, Dispositivo de comutação (1) de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o dito suporte isolante compreende ao menos um primeiro membro modular (201) e um segundo membro modular (201) acoplados mutuamente, o dito primeiro membro modular (201) e o dito segundo membro de modular (201) suportam um primeiro grupo e um segundo grupo de dita pluralidade de dispositivos semicondutores (51), respectivamente, sendo que os meios de conexão (207) são interpostos entre os ditos primeiro e segundo membros modulares (201, 202) para conectar eletricamente em série os ditos primeiro e segundo grupos de dispositivos semicondutores (51).

19. Aparelho de distribuição compreendendo ao menos um dispositivo de comutação (1} caracterizado por ser de acordo com uma ou mais dentre as reivindicações anteriores.