BRPI0621242A2 - descarregador de surtos com estrutura de gaiola e método de produção para o mesmo - Google Patents

Abstract

DESCARREGADOR DE SURTOS COM ESTRUTURA DE GAIOLA E MéTODO DE PRODUçãO PARA O MESMO. A presente invenção refere-se a um descarregador de surtos com estrutura de gaiola e a um método para sua produção. De acordo com a invenção, durante o revestimento por extrusão ou encapsulamento de um módulo compreendendo dois encaixes de extremidade (3) e uma multiplicidade de blocos varistores (1) e pelo menos um elemento um elemento de reforço (9) com o intuito de formar a carcaça externa (5), os primeiros furos passantes (11) para o elemento de reforço (9) dos mesmos são vedados com silicone. Para tanto, segundos furos passantes (15) são proporcionados nos encaixes de extremidade (3), através dos quais passa o silicone durante a fundição ou pulverização, e entra nos furos passantes (11) a partir do exterior, para assim vedá-los contra a água e a umidade.

Description

Relatório Descritivo da Patente Invenção para "Descarregador De Surtos com Estrutura de Gaiola e Método de Produção Para o Mesmo".

Esta invenção refere-se a um descarregador de surtos com estrutura de gaiola, como revelado a título de exemplo no documento JP 62-149511 (número de pedido), e a um método para produção de um descarregador de surtos desse tipo.

Os descarregadores de surtos são conectados entre cabos sob tensão e a terra em sistemas de alimentação de energia elétrica de modo que, no caso de uma sobretensão no cabo, essa sobretensão seja dissipada para a terra, dessa forma protegendo os demais componentes no sistema alimentação de energia elétrica. Um descarregador de surtos desse tipo contém uma pilha de blocos varistores, retida entre dois elementos de conexão ou encaixes de extremidade. Essa disposição é acomodada em uma carcaça.

Com o intuito de assegurar que os blocos varistores efetuem bom contato um com o outro mesmo quando cargas mecânicas são aplicacjas, é necessário manter a pilha unida sob pressão. No caso de descarregadores de surtos com estrutura de gaiola, isso é feito por meio de elementos de reforço, geralmente hastes ou cabos, de preferência hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro (hastes GFC) mantidas sob tensão nos dois encaixes de extremidade.

Um dos problemas desse tipo de descarregador de surtos está em firmar os elementos de reforço de maneira segura nos encaixes de extremidade de modo que a resistência necessária seja mantida, mesmo no caso de cargas mecânicas como as que ocorrem no caso de descarregadores de surto instalados ao ar livre.

Esse problema é solucionado no pedido de patente japonês citado por meio de ranhuras na direção de empilhamento dos blocos varistores nos encaixes de extremidade, dentro das quais os elementos de reforço são inseridos, e munindo a extremidade dos elementos de reforço de uma rosca em que uma porca é rosqueada, cujo diâmetro é maior do que a ranhura no encaixe de extremidade, com isso retendo o elemento de reforço essencialmente por meio de um intertravamento.

De acordo com outra técnica conhecida, como revelado na Patente européia EP 93 915 343.3, as hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro também podem ser retidas nos encaixes de extremidade por pinos ou parafusos, perpendicularmente à direção longitudinal das hastes.

Um problema que ocorre nas técnicas conhecidas é que os cantos salientes das porcas e parafusos resultam na concentração do campo elétrico e no risco de descargas parciais.

O Pedido de Patente alemão DE 199 40 939 indica outra maneira possível de reter os elementos de reforço nos encaixes de extremidade. Para esse fim, uma luva que se afunila conicamente na direção do centro da pilha dos blocos varistores e que possui paredes laterais móveis é inserida em um furo cônico no encaixe de extremidade, e, agindo como uma luva de aperto de forma similar a uma cunha, mantém o elemento de reforço associado sob tensão firmemente por meio de uma conexão de encaixe por fricção ou força.

Essa técnica torna possível evitar as bordas salientes dos parafusos ou porcas, mas permanece o problema de que a umidade e/ou água pode entrar no interior do descarregador de surtos através dos furos passantes nos encaixes de extremidade, através dos quais se estendem as hastes reforçadas com fibra de vidro e nos quais as luvas de aperto são inseridas, provocando danos permanentes no descarregador de surtos.

Com essa técnica, torna-se necessário, portanto, integrar completamente os encaixes de extremidade no projeto de uma carcaça externa, por exemplo, também pelo revestimento por extrusão dos encaixes de extremidade, ou tomar medidas adicionais para proteger os encaixes de extremidade da entrada de umidade em sua face superior. Essas técnicas conhecidas sofrem da desvantagem de exigirem uma grande quantidade de material relativamente caro para a carcaça externa, geralmente silicone de baixa viscosidade, de modo a revestir por extrusão todo o encaixe de extremidade, e de exigirem uma etapa adicional para encaixar a vedação adicional.

O objetivo da invenção é oferecer um descarregador de surtos com estrutura de gaiola, que não fique sujeito ao problema de descargas parciais decorrentes de bordas salientes de parafusos ou porcas, e no qual não ocorram problemas originados da entrada de umidade nos furos passantes nos encaixes de extremidade.

De acordo com a invenção, esse problema é solucionado por um descarregador de surtos de acordo com a reivindicação 1 e por um método para produção de um descarregador de surtos desse tipo de acordo com a reivindicação 7. As reivindicações dependentes estão relacionadas a aspectos vantajosos adicionais da invenção. Concretizações preferidas do descarregador de surtos serão descritas no texto a seguir, tomando como referência os desenhos, nos quais:

A Figura 1 ilustra uma vista geral de um descarregador de surtos com uma carcaça externa parcialmente cortada;

A Figura 2 ilustra uma vista do encaixe de extremidade do descarregador de surtos de acordo com a invenção;

A Figura 3 ilustra uma vista de corte através de um encaixe de extremmidade conforme ilustrado na Figura 2.

O descarregador de surtos que é ilustrado na Figura 1 tem estrutura de gaiola contém pelo menos um bloco varistor 1.

Discos de cerâmica conhecidos, com uma resistência dependente da tensão elétrica (resistor variável), podem ser usados como blocos varistores 1. Sob baixas tensões elétricas, eles operam como isoladores praticamente perfeitos, enquanto que sob alta tensão elétrica, apresentam boa condutividade. Os blocos varistores disponíveis no mercado são produzidos à base de óxido de zinco (ZnO). Entretanto, a invenção não se restringe a descarregadores de surtos de óxido de zinco desse tipo, podendo ainda ser utilizados outros óxidos metálicos, assim como carbeto de silício, por exemplo, para o bloco varistor. Além disso, além dos blocos varistores 1, também é possível usar blocos adicionais, por exemplo, blocos de metais ou blocos de espaço de centelha, para, desse modo, corresponder o comprimento do descarregador de surtos às exigências da respectiva aplicação a que ele se destina.

Os blocos varistores 1 disponíveis para comercialização apresentam-se na forma de cilindros circulares com diâmetro de, por exemplo, 5 cm, e altura de aproximadamente 4 cm. Eletrodos de alumínio, não ilustrados em detalhes, são encaixados em ambos os lados dos blocos varistores 1 a fim de assegurar melhor contato. Para melhorar ainda mais o contato, também é comum colocar discos delgados de alumínio, também não ilustrados, ou elementos de mola entre os blocos varistores 1.

Além disso, uma mola cônica ou similar pode ser disposta na pilha de blocos varistores, a fim de assegurar que o contato seja mantido no caso de oscilações de temperatura.

Uma pilha, que é formada com o empilhamento dos blocos varistores 1, como os apresentados, e possivelmente, de blocos de metal, um em cima do outro, é retida entre dois encaixes de extremidade 3 no descarregador conforme ilustrado na Figura 1. Os encaixes de extremidade 3 normalmente são formados de alumínio ou aço inoxidável e são projetados de modo que possam ser incluídos de maneira fácil nas instalações elétricas ou sistemas de alimentação de energia elétrica existentes, por exemplo, por meio de um parafuso central 4 que projeta para fora do descarregador de surtos e efetua contato elétrico satisfatório com os blocos varistores 1.

Para proteção contra o ambiente, esses descarregadores de surtos são circundados por uma carcaça externa 5 composta de silicone. A carcaça é formada por pulverização ou fundição.

Telas 7 são formadas no exterior da carcaça 5, com o objetivo de prolongar a distância de escoamento para a corrente.

Os descarregadores de surtos estão sujeitos a momentos de flexão consideráveis quando utilizados em um ambiente ao ar livre. Portanto, é necessário assegurar, mesmo quando sujeitos a cargas mecânicas relativamente consideráveis, que o contato entre os blocos varistores 1 e os encaixes de extremidade seja mantido, e que a fratura das bordas dos blocos varistores decorrente da inclinação entre os blocos varistores adjacentes seja evitada. Para obter tal efeito, hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro ou cabos 9 normalmente são fixadas, como elementos de reforço, entre os dois encaixes de extremidade 3. Estes mantêm os blocos varistores 1 unidos entre os dois encaixes de extremidade 3 por uma carga de tensão.

No texto a seguir, os elementos de fixação são denominados hastes 9, sem que isso imponha qualquer restrição à invenção.

A Figura 2 ilustra uma vista plana de um encaixe de extremidade para um descarregador de surtos de acordo com a invenção. O encaixe de extremidade 3 é essencialmente na forma de um bloco circular cilíndrico, cujo diâmetro é maior do que o dos blocos varistores. Furos passantes 11, que se estendem na direção de empilhamento, são formados ao longo da circunferência dos encaixes de extremidade na região radial do encaixe de extremidade, projetando-se para além dos blocos varistores. Um furo passante 25 adicional para o parafuso central 4 é formado, de preferência com uma rosca interna, no centro do encaixe de extremidade.

No caso do descarregador de surtos de acordo com a invenção, as hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro 9 são retidas nos furos 11 através dos encaixes de extremidade 3. As hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro são retidas firmemente nesses furos passantes por meios adequados, como cunhas, luvas de cunha, união adesiva, luvas de dobramento, entre outros.

Além disso, o encaixe de extremidade tem pelo menos um segundo furo passante 15. Esse furo passante 15, no qual nenhum elemento de reforço é retido, é utilizado como uma conexão de fluxo entre os dois lados do encaixe de extremidade enquanto a carcaça externa está sendo formada por pulverização ou fundição.

Além disso, no caso do encaixe de extremidade ilustrado, o lado do encaixe de extremidade que está voltado para longe da pilha de blocos varistores é provido de uma ranhura ou canal circunferencial 17, no qual o primeiro e o segundo furos passantes 11 e 15 se abrem. A ranhura é delimitada por uma borda externa saliente 19 e uma borda interna 21.

De modo a impedir a entrada de umidade no interior do descarregador de surtos a partir do exterior através desse furo passante, fazem-se necessárias medidas para vedar os furos passantes 11 contra a água.

No caso do descarregador de surtos de acordo com a invenção, a gaiola é, primeiramente, formada a partir dos dois encaixes de extremidade 3, dos blocos varistores 1 e das hastes reforçadas com fibra de vidro 9, firmemente conectadas aos encaixes de extremidade 3. Essa gaiola é então colocada em um molde, formando uma vedação estanque nos respectivos ombros 23 dos encaixes de extremidade, conforme ilustrado na Figura 3. O molde pode ser projetado de modo que os parafusos 7 também sejam formados ao mesmo tempo em que a carcaça externa 5, por pulverização ou fundição com silicone.

O silicone de baixa viscosidade, preferido para esta aplicação, é relativamente caro. Assim, como é possível observar na Figura 1, a carcaça é estendida na região dos blocos varistores 1, isto é, tem uma seção transversal mais estreita do que na região de sobreposição com o encaixe de extremidade 3.

De acordo com a invenção, além dos primeiros furos passantes 11, nos quais as hastes reforçadas com fibra de vidro 9 são acomodadas, os segundos furos passantes 15 também são formados nos encaixes de extremidade 3. A extremidade desses furos que está voltada para o exterior do descarregador de surtos é incorporada na ranhura 17, como foi explicado. De preferência, são proporcionados vários segundos furos passantes, Também é possível dispor uma multiplicidade de ranhuras de segmento parcial em vez da ranhura circunferencial contínua 17, cada uma das quais se estende por apenas um segmento da circunferência, e com cada primeiro furo passante 11, junto com pelo menos um segundo furo passante 15, abrindo-se em uma das ranhuras de segmento parcial 17.

Durante a produção do descarregador de surtos, uma chapa 17 é retida, por meio de um parafuso central 4, no furo central com uma rosca interna 23 do encaixe de extremidade. A chapa 27, ilustrada na Figura 1, termina nivelada com a borda externa 19 na borda externa do encaixe de extremidade 3, formando uma vedação, com uma cavidade permanecendo na região da ranhura 17. Caso seja necessário, furos de respiro separados podem ser proporcionados na chapa.

Durante a fundição da carcaça externa, uma ou mais aberturas de entrada para o silicone de baixa viscosidade são normalmente proporcionadas na região das telas 7, e furos de ventilação correspondentes são proporcionados de forma similar na região das telas 7. O silicone penetra no molde, forma a carcaça externa 5 com as telas 7, no processo estendendo-se através dos furos passantes 15 e das ranhuras 17, continuando dentro dos furos passantes 11 com as hastes reforçadas com fibra de vidro. Isso resulta em que os furos passantes 11 são hermeticamente vedados pelo lado externo com as hastes plásticas reforçadas com fibra de vidro 9 e protegidos da umidade, em um processo, com a formação da carcaça externa

Como é possível ver na Figura 2, um segundo furo passante 15 pode ser preferencialmente proporcionado para dois primeiros furos passantes 11. Isso não é absolutamente necessário, e é possível proporcionar um segundo furo passante para cada primeiro furo passante 11, ou um segundo furo passante único 15 pode ser proporcionado para todos os primeiros furos passantes 11.

O diâmetro interno dos segundos furos passantes 15 pode ser escolhido de tal maneira que o silicone de baixa viscosidade possa fluir através deles durante o processo de fundição.

A Figura 3 ilustra um corte através de um encaixe de extremidade ao longo da linha A-A na Figura 2. Como pode ser observado, os segundos furos passantes 15 têm uma seção transversal consideravelmente menor do que a dos primeiros furos passantes 11. Ainda que a invenção tenha sido descrita com referência a uma concretização preferida, a invenção não se restringe a essa concretização; os versados na técnica serão capazes de identificar diversas variações e modificações dentro do escopo de proteção das reivindicações em anexo.

Claims (7)

1. - Descarregador de surtos, compreendendo: pelo menos um bloco varistor (1); dois encaixes de extremidade (3), que são dispostos em lados opostos do bloco varistor (1); pelo menos um elemento de reforço (9), que mantém o bloco varistor (1) e os encaixes de extremidade (3) unidos e se estende através de um primeiro furo (11) através de pelo menos um dos encaixes de extremidade (3); uma carcaça externa (5) composta de silicone, formada por fundição ou pulverização em volta do bloco varistor (1), do elemento de reforço (9) e de partes dos encaixes de extremidade (3); caracterizado pelo fato de que os segundos furos passantes (15) são formados em pelo menos um encaixe de extremidade (3) e se abrem em uma ranhura (17) no lado do encaixe de extremidade (3) que está voltado para longe do bloco varistor (1), com a ranhura (17) estendendo-se a partir de um segundo furo passante (15) até um primeiro furo passante (11), e com o segundo furo passante (15), a ranhura (17) e o primeiro furo passante (11) sendo vedados com silicone no lado do encaixe de extremidade (3) que está voltado para longe do bloco varistor (1).

2. - Descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bloco ou blocos varistores (1) são formados de um óxido metálico, de preferência óxido de zinco.

3. Descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os encaixes de extremidade (3) são formados de metal, preferencialmente de alumínio.

4. Descarregador de surtos, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a carcaça (5) do descarregador de surtos é provida de telas (7).

5. Descarregador de surtos, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o elemento de reforço (9) é uma haste ou cabo de plástico reforçado com fibra de vidro que mantém o encaixe de extremidade (3) e o bloco varistor (1) unidos com uma carga de tração.

6. Descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um elemento de fixação na forma de uma cunha ou luva de cunha retém a haste plástica reforçada com fibra de vidro (9) no furo passante (11).

7. Método de produção de um descarregador de surtos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas: montar pelo menos um elemento de reforço (9) em um primeiro furo passante (11) em um primeiro encaixe de extremidade (3); dispor uma pilha de blocos varistores (1) no encaixe de extremidade (3) e ao longo do elemento de reforço (9); encaixar um segundo encaixe de extremidade na pilha de blocos varistores e os elementos de reforço (9) de tal maneira que os blocos varistores (1) fiquem localizados entre os dois encaixes de extremidade (3); montar o elemento de reforço (9) em um primeiro furo passante (11) no segundo encaixe de extremidade (3); revestir por extrusão ou encapsular partes dos dois encaixes de extremidade (3), os blocos varistores (1) e o elemento de reforço (9) com o intuito de formar uma carcaça externa (5) composta de plástico, com o plástico fluindo através dos segundos furos passantes (15) e da ranhura (17) para dentro dos encaixes de extremidade (3), e com os primeiros furos passantes (11) sendo vedados no lado dos encaixes de extremidade (3) que está voltado para longe dos blocos varistores (1).