ES2283817T3 - Dispositivo de proteccion de una red de distribucion de energia electrica. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1, 101) de protección de una red de distribución de energía eléctrica contra las sobretensiones debidas en particular a un impacto de rayo, comprendiendo este dispositivo de protección un primer electrodo (3) conectado eléctricamente a la red que debe protegerse, un segundo electrodo (4) conectado a un conductor de flujo a tierra, y medios (5) de focalización que pueden guiar un arco eléctrico generado entre los dos electrodos hacia un dispositivo (6) de fraccionamiento, comprendiendo dicho dispositivo una caja (2, 102) en la que se alojan los dos electrodos, los medios de focalización y el dispositivo de fraccionamiento, estando esta caja en comunicación con el exterior, caracterizado porque comprende al menos un canal (7, 107) de evacuación concebido para disminuir sensiblemente la temperatura de los gases generados por la formación del arco eléctrico, presentando dicho al menos un canal (7) de evacuación al menos un cambio de sección.
Description
Dispositivo de protección de una red de
distribución de energía eléctrica.
La presente invención se refiere al campo
técnico general de los dispositivos de protección de equipos o
instalaciones eléctricas, del tipo de aparatos eléctricos,
circuitos o redes de distribución, contra perturbaciones de
alimentación eléctrica.
La presente invención se refiere más
particularmente a un dispositivo de protección de una red de
distribución de energía eléctrica contra perturbaciones de tensión,
tales como las sobretensiones, debidas especialmente a un impacto
de rayo.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de protección de una red de distribución de energía
eléctrica contra las sobretensiones debidas especialmente a un
impacto de rayo, comprendiendo este dispositivo de protección un
primer electrodo conectado eléctricamente a la red que debe
protegerse, un segundo electrodo conectado a un conductor de flujo
a tierra, y medios de focalización que pueden guiar un arco
eléctrico generado entre los dos electrodos hacia un dispositivo de
fraccionamiento, comprendiendo dicho dispositivo una caja en la que
están alojados los dos electrodos, los medios de focalización y el
dispositivo de fraccionamiento, estando esta caja en comunicación
con el exterior mediante al menos un canal de evacuación concebido
para disminuir sensiblemente la temperatura de los gases generados
por la formación del arco eléctrico.
Se han considerado diferentes tipos de
dispositivos para proteger las redes de distribución de energía
eléctrica contra las sobretensiones. En particular, cuando se desea
proteger una instalación contra los efectos de un impacto de rayo
en sus inmediaciones, ya se conoce colocar un pararrayos de tipo
descargador de chispas en la parte superior de esta instala-
ción.
ción.
Un dispositivo de este tipo comprende dos
electrodos, uno conectado eléctricamente a la fase que debe
protegerse, y el otro a un conductor de flujo a tierra. Estos dos
electrodos están separados por una lámina de aire o un intervalo de
material dieléctrico. En funcionamiento, cuando una corriente de
rayo llega por el conductor de fase que debe protegerse y crea una
sobretensión que alcanza un valor predeterminado, se produce una
descarga en la lámina de aire o a lo largo del material dieléctrico
y se establece un arco eléctrico entre los dos electrodos. El
cortocircuito así formado permite el flujo de la corriente de rayo a
tierra.
La ventaja de este tipo de pararrayos es
permitir la evacuación de corrientes de rayo muy importantes, del
orden de varias decenas de kiloamperios. Sin embargo, un dispositivo
de este tipo presenta también dos inconvenientes principales.
El primero consiste en el hecho de que la
evacuación de la corriente mediante un arco eléctrico provoca una
liberación importante de gases calientes, incluso de llamas, lo que
puede dañar el entorno inmediato del dispositivo.
El segundo consiste en el hecho de que el arco
eléctrico generado provoca un cortocircuito entre fase y tierra y
que este arco eléctrico no se extingue espontáneamente tras el paso
de la corriente de rayo. Una corriente, denominada corriente
residual, sigue entonces fluyendo a tierra y puede provocar la
puesta fuera de servicio de la instalación.
Para solucionar el primer inconveniente, se
propuso, concretamente en el documento DE-196 04
947, encapsular los dos electrodos en una caja estanca para impedir
la expulsión de cualquier material peligroso. No obstante, tales
dispositivos no permiten cortar de manera eficaz la corriente
residual porque su capacidad no supera algunos kiloamperios, ya que
generalmente es del orden de un kiloamperio.
Para solucionar el segundo inconveniente, se
propuso, concretamente en los documentos DE-44 35
968 y DE-44 39 730, colocar un dispositivo de
fraccionamiento, realizado en forma de un conjunto de placas
metálicas paralelas, cerca de los electrodos. Se prevén también
medios de focalización para guiar el arco eléctrico hacia este
conjunto de placas en el que va a fraccionarse y enfriarse, lo que
llevará a su extinción y por tanto al corte de la corriente
residual. No obstante, tales dispositivos de protección no están
encapsulados y provocan importantes liberaciones de llamas durante
su funcionamiento. En particular, el documento
US-A-3 154 385 describe un
dispositivo de protección de una red de distribución de energía
eléctrica contra las sobretensiones debidas especialmente a un
impacto de rayo, que es según los preámbulos de las reivindicaciones
1 y 11. Se conoce, por otra parte, por el documento
EP-869 118, un dispositivo dotado de una cámara de
enfriamiento de los gases procedentes del arco eléctrico, estando
dicha cámara equipada con tabiques internos destinados a prolongar
el tiempo de permanencia del gas en la cámara. La disposición
propuesta en este documento presenta sin embargo el inconveniente
de ser particularmente voluminosa, especialmente desde el punto de
vista del espesor del pararrayos, que está sobredimensionado con
respecto al de los dispositivos tradicionales, debido a la presencia
de la cámara. Este sobreespesor es por lo tanto susceptible de
dificultar la conexión del pararrayos sobre un cuadro eléctrico
normalizado tradicional.
Los objetos asignados a la invención pretenden
por tanto proporcionar una solución a los diferentes inconvenientes
enumerados anteriormente y proponer un nuevo dispositivo de
protección de una red de distribución de energía eléctrica contra
las sobretensiones, que permite un excelente enfriamiento de los
gases calientes generados durante el funcionamiento, teniendo un
diseño particularmente sencillo y fiable.
Otro objeto de la invención pretende proponer un
nuevo dispositivo de protección de una red de distribución de
energía eléctrica contra las sobretensiones que presenta un carácter
particularmente compacto y que puede conectarse a instalaciones
tradicionales.
Otro objeto de la invención pretende proponer un
nuevo dispositivo de protección de una red de distribución de
energía eléctrica contra las sobretensiones cuyo nivel de seguridad
está reforzado.
Otro objeto de la invención pretende proponer un
nuevo dispositivo de protección de una red de distribución de
energía eléctrica contra las sobretensiones cuya construcción es
particularmente sencilla y barata.
Los objetos asignados a la invención se alcanzan
mediante un dispositivo de protección de una red de distribución de
energía eléctrica contra las sobretensiones debidas especialmente a
un impacto de rayo, comprendiendo este dispositivo de protección un
primer electrodo conectado eléctricamente a la red que debe
protegerse, un segundo electrodo conectado a un conductor de flujo
a tierra, y medios de focalización que pueden guiar un arco
eléctrico generado entre los dos electrodos hacia un dispositivo de
fraccionamiento, comprendiendo dicho dispositivo una caja en la que
están alojados los dos electrodos, los medios de focalización y el
dispositivo de fraccionamiento, estando esta caja en comunicación
con el exterior mediante al menos un canal de evacuación concebido
para disminuir sensiblemente la temperatura de los gases generados
por la formación del arco eléctrico, caracterizado porque dicho al
menos un canal de evacuación presenta al menos un cambio de
sección.
Otras particularidades y ventajas de la
invención se comprenderán mejor a la vista de la descripción que
sigue y de los dibujos adjuntos dados a título puramente
ilustrativo y no limitativo, en los que:
- la figura 1 es una vista en sección
transversal de un dispositivo de protección según la presente
invención;
- la figura 2 es una vista en sección según la
línea II-II del dispositivo de protección
representado en la figura 1;
- la figura 3 es una vista en sección
transversal de otro dispositivo de protección según la
invención.
La presente invención se refiere a un
dispositivo 1, 101 de protección de una red de distribución de
energía eléctrica contra las sobretensiones debidas especialmente a
un impacto de rayo, comprendiendo este dispositivo de protección un
primer electrodo 3 conectado eléctricamente a la red que debe
protegerse, un segundo electrodo 4 conectado a un conductor de
flujo a tierra, y medios 5 de focalización que pueden guiar un arco
eléctrico generado entre los dos electrodos hacia un dispositivo 6
de fraccionamiento. Dicho dispositivo comprende una caja 2, 102 en
la que están alojados los dos electrodos 3, 4, los medios 5 de
focalización y el dispositivo 6 de fraccionamiento, estando esta
caja 2, 102 en comunicación con el exterior mediante al menos un
canal 7, 107 de evacuación concebido para presentar obstáculos
internos en contra de las liberaciones de fluido y de residuos que
proceden de la formación del arco eléctrico entre los dos
electrodos.
Así, cada uno de estos canales 7, 107 de
evacuación forma un conducto que permite, por una parte, detener
las eventuales partículas de materiales incandescentes dentro de la
caja 2 y, por otra parte, disminuir la presión, y por lo tanto la
temperatura de los gases generados por la formación del arco
eléctrico. Además, las instalaciones están protegidas de la
corriente residual porque un dispositivo de protección de este tipo
comprende un dispositivo 6 de fraccionamiento.
Ventajosamente, los obstáculos internos
presentados por cada uno de los canales 7, 107 de evacuación están
constituidos por al menos un deflector 20, 120 que puede formar un
ángulo comprendido entre 45º y 180º y/o al menos un cambio de
sección.
Por "deflector" se entiende en el
presente documento un dispositivo que modifica la dirección de la
trayectoria de los gases, para garantizar su expansión. Un
deflector que forma un ángulo de 90º corresponde así a una curva
sensiblemente en ángulo recto, mientras que un deflector que forma
un ángulo de 180º ocasionará una media vuelta de los gases.
En el marco de la invención, los deflectores
podrán realizarse ventajosamente mediante la disposición de los
propios canales 7, 107, haciendo seguir a estos últimos un recorrido
sinuoso.
Por "cambio de sección" se entiende
aquí una variación de la sección transversal del propio canal, que
se obtiene modificando las dimensiones del conducto que forma el
canal.
Ventajosamente, dicho al menos un canal 7, 107
se extiende sensiblemente en el mismo plano que el dispositivo 6 de
fraccionamiento.
Dicho en otros términos, el eje de simetría del
dispositivo 6 de fraccionamiento y el eje de simetría de dicho al
menos un canal 7, 107 de evacuación son sensiblemente
coplanarios.
Esta disposición permite obtener un dispositivo
de protección cuyo espesor E sensiblemente no está determinado por
los elementos 7, 107 de evacuación de los gases, sino tan sólo por
los elementos "activos", tales como los electrodos, el
dispositivo de focalización y el dispositivo de fraccionamiento.
Preferiblemente, el dispositivo 6 de
fraccionamiento está dispuesto entre los medios 5 de focalización y
la entrada de cada uno de los canales 7, 107 de evacuación.
Más preferiblemente, el dispositivo 6 de
fraccionamiento está realizado con ayuda de un conjunto de placas
14 metálicas paralelas. Estas últimas pueden entonces mantenerse a
distancia unas de otras con ayuda de dos láminas 15 que presentan
orificios encajados en salientes 16 laterales que llevan cada una de
las placas 14 metálicas.
Ventajosamente, los medios 5 de focalización
definen un espacio 10 piramidal invertido entre los electrodos 3, 4
y el dispositivo 6 de fraccionamiento.
Dicho en otros términos, los medios 5 de
focalización definen un espacio de guiado de arco que presenta
sensiblemente una forma general divergente en dirección al
dispositivo de fraccionamiento. Esta forma divergente en V permite
guiar y encaminar el arco eléctrico hacia el dispositivo 6 de
fraccionamiento.
Preferiblemente, la caja 2 está realizada en un
material dieléctrico, tal como un material termoendurecible o
termoplástico, como el policarbonato.
Ahora va a describirse más en detalle la
variante de realización que corresponde a las figuras 1 y 2.
Un dispositivo 1 de protección según la
invención, tal como está representado en las figuras 1 y 2, está
constituido a partir de una caja 2 realizada en un material
dieléctrico tal como un material termoendurecible o termoplástico,
como el policarbonato. Esta caja 2 comprende especialmente dos
electrodos 3, 4, medios 5 de focalización, un dispositivo 6 de
fraccionamiento y dos canales 7 de evacuación.
Más precisamente, una pieza 9 dieléctrica está
colocada entre los electrodos 3, 4 que están alojados en un espacio
10 piramidal invertido delimitado por los medios 5 de focalización.
Estos últimos están constituidos con ayuda, por una parte, de dos
piezas 11 conductoras inclinadas en forma de "V" y
convergentes, al nivel de sus extremos inferiores, hacia la pieza 9
dieléctrica y, por otra parte, de dos placas 12 conductoras
verticales una frente a otra a ambos lados de la pieza 9
dieléctrica. Una placa 13 aislante está intercalada ventajosamente
entre las piezas 11 conductoras y las placas 12 conductoras.
Las piezas 11 conductoras se prolongan por
piezas 17 paralelas; el dispositivo 6 de fraccionamiento está fijado
en la caja 2 por encima de los extremos superiores de las piezas
11, entre las piezas 17. Este dispositivo 6 de fraccionamiento está
realizado con ayuda de un conjunto de placas 14 metálicas verticales
paralelas mantenidas a distancia unas de otras mediante dos láminas
15 que están situadas a ambos lados de las placas 14 metálicas y
que presentan orificios encajados en salientes 16 laterales que
llevan cada una de las placas 14 metálicas. Estas placas 14 son
sensiblemente paralelas a las piezas 17; la distancia entre las
placas 14 de extremo y las piezas 17 correspondientes es
sensiblemente igual al intervalo que separa las placas 14. Uno de
los electrodos 3, 4 está conectado a la red de distribución de
energía eléctrica que debe protegerse, el otro a un conductor de
flujo a
tierra.
tierra.
Los dos canales 7 de evacuación corresponden a
cavidades previstas dentro de la caja 2 y son simétricos con
respecto a un plano vertical que pasa por la pieza 9 dieléctrica.
Cada uno presenta un primer tramo 18 horizontal de sección pequeña
situado por encima de los extremos superiores de las placas 14, a la
salida del dispositivo 6 de fraccionamiento. Este primer tramo 18
se transforma en un segundo tramo 19 vertical de sección ampliada
tras pasar a través de un deflector 20 que forma un ángulo de
aproximadamente 90º. El segundo tramo 19 desemboca en un tercer
tramo 21 vertical de sección aún más importante que tiene un eje de
revolución desplazado hacia el borde de la caja 2 con respecto al
del segundo tramo 19. Finalmente, este tercer tramo 21 desemboca en
un cuarto tramo 22 vertical de sección pequeña que, por una parte,
está en comunicación libre con el exterior de la caja 2 y, por otra
parte, presenta un eje de revolución desplazado hacia el borde de la
caja 2 con respecto al del tercer tramo 21.
En funcionamiento, cuando por ejemplo una
corriente de rayo llega por el conductor de la red que debe
protegerse y crea una sobretensión que alcanza un valor
predeterminado, un arco eléctrico se establece entre los dos
electrodos 3, 4. Este arco eléctrico se guía entonces hacia el
dispositivo 6 de fraccionamiento mediante los medios 5 de
focalización para cortar la corriente residual. Además, las
eventuales liberaciones de fluido y de residuos que proceden de la
formación del arco eléctrico se detienen en la caja 2 con ayuda del
deflector 20 y de los cambios de sección entre los diferentes
tramos 18, 19, 21, 22 que constituyen los obstáculos internos en
los canales 7 de evacuación. Finalmente, este dispositivo 1 de
protección no liberará en su entorno inmediato ni material
incandescente ni gas ardiendo. Por lo tanto, puede instalarse en la
mayoría de las aplicaciones.
Otra variante de dispositivo 101 de protección
según la invención está representada en la figura 3 y difiere
principalmente del dispositivo 1 de protección por el hecho de que
está dotada de una caja 102 que comprende dos canales 107 de
evacuación de forma más compleja. Cada canal 107 de evacuación se
extiende lateralmente con respecto al dispositivo de
fraccionamiento y está realizado a partir de un primer tramo 118
horizontal que empieza en la salida del dispositivo de
fraccionamiento y se transforma, como se ha expuesto anteriormente,
en un segundo tramo 119 vertical descendente tras pasar a través de
un primer deflector 120 que forma un ángulo de 90º aproximadamente.
Este segundo tramo 119 bordea el dispositivo de fraccionamiento y se
termina por un segundo deflector 122 que forma un ángulo del orden
de 45º, y desemboca en una cavidad 121 inferior orientada hacia el
centro de la caja 102. Esta cavidad 121 está conectada también a un
tercer tramo 123 vertical ascendente que se extiende en paralelo al
segundo tramo 119, teniendo dicho tercer tramo una longitud
sensiblemente igual o próxima a la de dicho segundo trama 119.
Dicho tercer tramo 123 desemboca, tras pasar a través de un tercer
deflector 124 que forma un ángulo de 90º aproximadamente, en un
cuarto tramo 125 horizontal de sección disminuida que está en
comunicación libre con el exterior de la caja 102.
Se pueden prever chaflanes al nivel de cada uno
de los deflectores 120, 124 para modificar la sección del canal
107, disminuyéndola.
El funcionamiento general del dispositivo 101 de
protección queda similar al descrito anteriormente.
La invención se refiere también de manera
independiente a un dispositivo (1, 101) de protección de una red de
distribución de energía eléctrica contra las sobretensiones debidas
en particular a un impacto de rayo, comprendiendo este dispositivo
de protección un primer electrodo (3) conectado eléctricamente a la
red que debe protegerse, un segundo electrodo (4) conectado a un
conductor de flujo a tierra, y medios (5) de focalización que
pueden guiar un arco eléctrico generado entre los dos electrodos
hacia un dispositivo (6) de fraccionamiento, comprendiendo dicho
dispositivo una caja (2, 102) en la que están alojados los dos
electrodos, los medios de focalización y el dispositivo de
fraccionamiento, estando esta caja en comunicación con el exterior
mediante dos canales de evacuación dispuestos de manera
sensiblemente simétrica con respecto al dispositivo de
fraccionamiento, a ambos lados respectivamente de este último;
dichos dos canales se extienden sensiblemente en el mismo plano que
el dispositivo de fraccionamiento. Esta configuración totalmente
simétrica del dispositivo permite ganar particularmente en
compacidad.
Aunque la invención se ha descrito en relación
con ejemplos específicos de realización, es obvio que no se limita
a ellos y que comprende todos los equivalentes técnicos de los
medios descritos así como sus combinaciones siempre que éstas
entren dentro del marco de la invención.
La invención encuentra su aplicación industrial
en el diseño, la realización y la utilización de dispositivos de
protección contra las sobretensiones debidas en particular a un
impacto de rayo.
Claims (11)
1. Dispositivo (1, 101) de protección de una red
de distribución de energía eléctrica contra las sobretensiones
debidas en particular a un impacto de rayo, comprendiendo este
dispositivo de protección un primer electrodo (3) conectado
eléctricamente a la red que debe protegerse, un segundo electrodo
(4) conectado a un conductor de flujo a tierra, y medios (5) de
focalización que pueden guiar un arco eléctrico generado entre los
dos electrodos hacia un dispositivo (6) de fraccionamiento,
comprendiendo dicho dispositivo una caja (2, 102) en la que se
alojan los dos electrodos, los medios de focalización y el
dispositivo de fraccionamiento, estando esta caja en comunicación
con el exterior, caracterizado porque comprende al menos un
canal (7, 107) de evacuación concebido para disminuir sensiblemente
la temperatura de los gases generados por la formación del arco
eléctrico, presentando dicho al menos un canal (7) de evacuación al
menos un cambio de sección.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho al menos un canal (7, 107) se
extiende sensiblemente en el mismo plano que el dispositivo (6) de
fraccionamiento.
3. Dispositivo (1, 101) de protección según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho al menos un
canal (7) de evacuación presenta al menos un deflector (20,
120).
4. Dispositivo (1, 101) de protección según la
reivindicación 3, caracterizado porque dicho al menos un
deflector (20, 120) forma un ángulo comprendido entre 45º y
180º.
5. Dispositivo (1, 101) de protección según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque el dispositivo (6) de fraccionamiento está dispuesto entre
los medios (5) de fraccionamiento y la entrada del canal (7) de
evacuación.
6. Dispositivo (1, 101) de protección según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque el dispositivo (6) de fraccionamiento está realizado con
ayuda de un conjunto de placas (14) metálicas paralelas.
7. Dispositivo (1, 101) de protección según la
reivindicación 5, caracterizado porque las placas (14)
metálicas se mantienen a distancia unas de otras con ayuda de dos
láminas (15) que presentan orificios encajados en salientes (16)
laterales llevados por cada una de las placas metálicas.
8. Dispositivo (1, 101) de protección según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque los medios (5) de focalización definen un espacio de guiado
de arco que presenta sensiblemente una forma general divergente en
dirección al dispositivo de fraccionamiento.
9. Dispositivo de protección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal
(107) de evacuación comprende al menos un primer y un segundo tramo
(119, 123) sensiblemente paralelos y de longitud sensiblemente
igual o al menos próxima, estando dichos tramos en comunicación
mediante una cavidad (121).
10. Dispositivo (1, 101) de protección según la
reivindicación 9, caracterizado porque el canal (107) de
evacuación se extiende lateralmente con respecto al dispositivo de
fraccionamiento.
11. Dispositivo (1, 101) de protección de una
red de distribución de energía eléctrica contra las sobretensiones
debidas en particular a un impacto de rayo, comprendiendo este
dispositivo de protección un primer electrodo (3) conectado
eléctricamente a la red que debe protegerse, un segundo electrodo
(4) conectado a un conductor de flujo a tierra y medios (5) de
focalización que pueden guiar un arco eléctrico generado entre los
dos electrodos hacia un dispositivo (6) de fraccionamiento,
comprendiendo dicho dispositivo una caja (2, 102) en la que están
alojados los dos electrodos, los medios (5) de focalización y el
dispositivo (6) de fraccionamiento, estando esta caja (2, 102) en
comunicación con el exterior, caracterizado porque comprende
dos canales de evacuación concebidos para disminuir sensiblemente
la temperatura de los gases generados por la formación del arco
eléctrico y dispuestos de manera sensiblemente simétrica con
respecto al dispositivo (6) de fraccionamiento a ambos lados de
este último, extendiéndose dichos dos canales sensiblemente en el
mismo plano que el dispositivo (6) de fraccionamiento.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0209945 | 2002-08-05 | ||
| FR0209945A FR2843243B1 (fr) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Dispositif de protection d'un reseau de distribution d'energie electrique |
Publications (1)
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|---|---|
| ES2283817T3 true ES2283817T3 (es) | 2007-11-01 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES03758209T Expired - Lifetime ES2283817T3 (es) | 2002-08-05 | 2003-08-05 | Dispositivo de proteccion de una red de distribucion de energia electrica. |
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