ES2926450T3 - Receptáculo para tubo interruptor al vacío - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de sujeción mejorado para tubos de maniobra al vacío ya una aparamenta con un dispositivo de sujeción de este tipo. El dispositivo de sujeción (10) tiene una abertura de sujeción (13) para sujetar un interruptor de vacío (20) y una o más primeras aberturas (14) y una o más segundas aberturas (15). Las primeras aberturas (14) están más cerca de la abertura de sujeción (13) que las segundas aberturas (15) y las segundas aberturas (15) están más cerca de la pared exterior del dispositivo interruptor (100) que las primeras aberturas (14), de modo que la corriente de convección térmica en el dispositivo interruptor provocada por el calentamiento en el dispositivo interruptor se conduce a través de las primeras aberturas (14) en una primera dirección (51) y a través de las segundas aberturas (15) en una segunda dirección (52) que es opuesta a la primera dirección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Receptáculo para tubo interruptor al vacío
La presente invención se refiere a un receptáculo mejorado para tubos interruptores al vacío, así como a una instalación de maniobra con un tal receptáculo.
En instalaciones de maniobra aisladas en gas se calientan durante el funcionamiento las partes que conducen corriente, de la llamada vía principal de la corriente. La generación de calor resulta de la potencia de pérdidas provocada por la resistencia eléctrica de la vía principal de la corriente. Esta resistencia eléctrica está compuesta por diversas partes integrantes: Por un lado, por las resistencias de conducción de las propias partes que conducen corriente, determinadas por su sección transversal, longitud y material conductor; y por otro lado por las resistencias de paso en los puntos de contacto entre diversas partes de la vía principal de la corriente. Al respecto tienen sobre todo puntos de contacto que no son fijos en partes móviles de la vía de corriente - por ejemplo los contactos y/o sistemas de contactos de los tubos interruptores al vacío - elevadas resistencias, que originan fuertes calentamientos locales, los llamados hot spots o puntos calientes.
El calentamiento es la magnitud limitativa al diseñar una instalación de maniobra para una determinada corriente de diseño, ya que no deben sobrepasarse determinadas temperaturas prescritas por normas en componentes que conducen corriente.
Para minimizar el calentamiento en la instalación y hacer factible una corriente de diseño lo más elevada posible, es necesario por lo tanto por un lado mantener la resistencia de la vía principal de la corriente tan baja como sea posible y por otro lado maximizar la evacuación del calor mediante las tres clases de transporte del calor: radiación del calor, convección y conducción del calor.
El tubo interruptor al vacío, como parte central integrante de modernas instalaciones de maniobra, origina mediante su resistencia una parte apreciable de la potencia total de pérdidas. Al respecto se evacúa la potencia de pérdidas predominantemente a través de los contactos móvil y fijo e inevitablemente se generan en estas zonas hot spots.
En una instalación de maniobra encapsulada monopolarmente con tubo interruptor al vacío dispuesto verticalmente - de la que se representa en la figura 1 un detalle - se estanca el calor generado mediante potencia de pérdidas (indicado mediante la flecha 3), ya que el receptáculo 1 con zócalo 2 para alojar el tubo interruptor al vacío 20 es a la vez contacto eléctrico fijo y punto de unión mecánica con la carcasa 40, que ha de estar aislada eléctricamente. Por esta razón sólo puede evacuarse limitadamente calor del zócalo 2 y del receptáculo 1 mediante conducción del calor en dirección hacia la carcasa, lo cual limita la capacidad máxima de la instalación.
Por el documento DE 19850206 A1 se conoce una instalación de maniobra en la que el tubo interruptor al vacío está dispuesto entre dos piezas de conexión por contacto, que forman respectivos elementos de refrigeración superior e inferior. Entonces está dotado el elemento de refrigeración inferior en la zona del contorno de las aberturas de entrada del aire dispuestas simétricamente respecto al centro.
Por el documento EP 0545508 A1 se conoce una instalación de maniobra encapsulada en metal y aislada en gas que tiene un aislador de soporte, dotado de aberturas de paso para el gas aislante y que tiene un canal que comienza cerca de un cuerpo de elemento para la vía de corriente y que desemboca tras un desvío aproximadamente en ángulo recto en la carcasa. Este canal es efectivo en arcos voltaicos intempestivos y favorece la extinción del arco voltaico intempestivo o su conducción hasta la carcasa.
Es un objetivo de la presente invención especificar un receptáculo mejorado para tubos interruptores al vacío.
Este objetivo se logra de acuerdo con la invención mediante un receptáculo de un aparato de maniobra que tiene un zócalo con una abertura de alojamiento para alojar un tubo interruptor al vacío, así como una o varias primeras aberturas, estando montado el zócalo sobre un pasador con una o varias segundas aberturas. Las primeras aberturas están dispuestas entonces más próximas a la abertura de alojamiento que las segundas aberturas y las segundas aberturas están más próximas a una pared exterior del aparato de maniobra que las primeras aberturas. Para mejorar la evacuación del calor tiene el zócalo un anillo de material conductor, mediante el cual aumenta con preferencia la superficie de evacuación del calor.
La disposición de las primeras y segundas aberturas tiene la ventaja de que la corriente de convección térmica provocada al calentarse el aparato de maniobra se conduce en el aparato de maniobra a través de las primeras aberturas en una primera dirección y a través de las segundas aberturas en una segunda dirección opuesta a la primera dirección.
Al respecto puede estar fabricado el zócalo de material eléctricamente conductor, en particular cobre o aluminio.
El pasador puede estar fabricado de material eléctricamente conductor o no conductor. Si el pasador está compuesto por material eléctricamente conductor, se monta entre zócalo y pasador un material no conductor eléctricamente.
En una variante de configuración pueden estar fabricados zócalo y anillo en una sola pieza.
La presente invención se refiere además a un aparato de maniobra con un tal receptáculo.
La presente invención se refiere además a un aparato de maniobra con un tubo interruptor al vacío, una vía principal de la corriente y una carcasa de material térmicamente conductor, que en particular aluminio, que está llena con un gas aislante. Además, tiene el aparato de maniobra un receptáculo de acuerdo con la invención, estando prevista la abertura de alojamiento para alojar el tubo interruptor al vacío.
De acuerdo con la invención, están dispuestas entonces las primeras aberturas más próximas a la abertura de alojamiento que las segundas aberturas y las segundas aberturas están más próximas a una pared exterior del aparato de maniobra que las primeras aberturas, con lo que el gas aislante se calienta durante el funcionamiento del aparato de maniobra en la vía principal de la corriente, asciende hacia el receptáculo, atraviesa las primeras aberturas y se sigue calentando en el receptáculo y tras seguir ascendiendo llega a una pared interior de la carcasa, se enfría allí, desciende y llega a través de las segundas aberturas de nuevo a la zona de la vía principal de la corriente.
Una ventaja importante de la presente invención ha de considerarse que es que mediante la disposición especial de las primeras y segundas aberturas relativamente entre sí, se promueve la corriente térmica de convección en el aparato de maniobra. En particular se conduce la corriente de convección próxima al zócalo, o bien a través del mismo, con lo que se evacúa con efectividad el calor que se forma en este especial hot spot (toma de contacto entre zócalo y tubo interruptor al vacío). Mediante la invención resultan posibles dimensiones más compactas y/o capacidades de corriente mayores de la instalación de maniobra que en soluciones en las que por ejemplo se aumentan las secciones transversales del cobre o las superficies de transferencia de calor, para evacuar calor.
A continuación, se describen más en detalle ejemplos de realización de la presente invención en base a figuras.
La figura 1 muestra un detalle de una instalación de maniobra encapsulada monopolarmente, con tubo interruptor al vacío dispuesto verticalmente, en representación esquemática;
la figura 2 muestra un receptáculo según un ejemplo de realización preferido de la presente invención, en representación en perspectiva;
la figura 3 muestra un receptáculo según un ejemplo de realización preferido de la presente invención, en vista en planta;
la figura 4 muestra una instalación de maniobra según un ejemplo de realización preferido de la presente invención y la figura 5 muestra la corriente de convección térmica en la zona de un receptáculo según un ejemplo de realización preferido de la presente invención.
Tal como ya se ha explicado, la figura 1 muestra un detalle de una instalación de maniobra encapsulada monopolarmente con tubo interruptor al vacío dispuesto verticalmente, en representación esquemática, en la que el calor generado por potencia de pérdidas (indicado mediante la flecha 3) se estanca en el receptáculo 1 tradicional, con un zócalo 2 tradicional, para alojar el tubo interruptor al vacío 20. El zócalo 2 del receptáculo 1 es el contacto eléctrico fijo entre la vía principal de la corriente 30 y el tubo interruptor al vacío 20 y, junto con el receptáculo 1, es el punto de unión mecánica con la carcasa 40. Puesto que zócalo 2 y carcasa 40 tienen que estar aislados eléctricamente entre sí, queda también fuertemente limitada la conducción térmica entre el zócalo (que a su vez constituye un hot spot) y la carcasa. El calor ascendente 3 y el calor que se forma en el zócalo 2 y/o conducido allí desde el tubo interruptor al vacío, sólo pueden evacuarse difícilmente.
La figura 2 muestra un receptáculo 10 mejorado según un ejemplo de realización preferido de la presente invención en representación en perspectiva; la figura 3, en vista en planta. El receptáculo 10 tiene una abertura de alojamiento 13 para alojar un tubo interruptor al vacío, que ventajosamente puede realizarse en forma de un zócalo 11. El receptáculo 10 tiene además un llamado pasador 12.
El receptáculo 10 tiene, tal como ya se ha explicado en relación con la figura 1, por un lado la misión de garantizar una toma de contacto eléctrico fiable entre una vía principal de la corriente de un aparato de maniobra y el tubo interruptor al vacío y por otro lado también la misión de alojar mecánicamente el tubo interruptor al vacío, estabilizar la carcasa del aparato de maniobra y asegurar que la carcasa (por lo general eléctricamente conductora) está en todo momento aislada eléctricamente con fiabilidad de la vía principal de la corriente y de las partes del tubo interruptor al vacío que se encuentran bajo tensión. La forma y las dimensiones del receptáculo juegan un papel muy secundario para la presente invención; solamente es importante que el receptáculo 10 cumpla las misiones antes descritas.
El receptáculo 10 se forma con preferencia a partir de un pasador 12 de material no conductor y un zócalo 11 de material buen conductor, como por ejemplo cobre o aluminio. Alternativamente es posible fabricar también el pasador 12 de material conductor, debiendo cuidarse entonces, evidentemente, de que en otro lugar (por ejemplo entre zócalo 11 y pasador 12) exista un aislamiento eléctrico suficiente.
El receptáculo 10 tiene al menos una primera abertura 14, situada más próxima a la abertura de alojamiento 13 que al menos una segunda abertura 15. La al menos una segunda abertura 15 está más próxima a la pared exterior o bien más próxima a la carcasa del aparato de maniobra que la al menos una primera abertura 14.
En el ejemplo de la figura 2 están representadas en total ocho primeras aberturas 14, así como en total diez segundas aberturas 15. Las aberturas tienen aquí una sección transversal circular, ya que esta sección transversal es la que afecta lo menos posible a la integridad estructural y/o la estabilidad del receptáculo 10. La fabricación de un receptáculo 10 con zócalo 11 así modificado apenas es más costosa que la fabricación de un receptáculo tradicional con zócalo tradicional, por lo que la invención logra sus ventajas sin un sobrecoste de fabricación significativo.
Debido a la mejor evacuación del calor en el zócalo 11, es incluso posible fabricar el zócalo más compacto sin sobrepasar la temperatura máxima admisible para el zócalo durante el funcionamiento. A la vez y debido a las aberturas, se consume menos material valioso, por lo que puede fabricarse más económicamente un zócalo de un receptáculo configurado según la presente invención que un zócalo convencional. Al ser más compacto el zócalo, se reducen también las dimensiones exteriores de la instalación de maniobra.
Básicamente resulta que las ventajas derivadas de la presente invención aumentan con la suma de las superficies de las secciones transversales de las primeras aberturas 14 y la suma de las superficies de las secciones transversales de las segundas aberturas 15. Por supuesto las aberturas 14, 15 perjudican la estabilidad del receptáculo, por lo que en función del caso de aplicación concreto resulta un óptimo, que puede determinarse con procedimientos de cálculo y simulación tradicionales a partir del número y disposición de las aberturas 14, 15 y del material y grosor del material del receptáculo 10 y sus componentes.
La figura 4 muestra una instalación de maniobra encapsulada monopolarmente 100 con tubo interruptor al vacío 20 dispuesto verticalmente, en representación esquemática. Una carcasa 40 envuelve una vía principal de la corriente 30 y un tubo interruptor al vacío 20, que se fija mecánicamente mediante un receptáculo 10. En la carcasa 40 se encuentra con preferencia un gas aislante 50. Los demás componentes de la instalación de maniobra, así como su función y disposición, corresponden al diversificado estado de la técnica, bien conocido por el especialista y no se describirán aquí más en detalle en el marco de una representación estricta y conveniente.
El receptáculo tiene aberturas interiores 14 y aberturas exteriores 15, tal como se ha descrito en detalle en relación con las figuras 2 y 3. Durante el funcionamiento de la instalación de maniobra 100 se calientan las partes que conducen corriente y ceden calor al gas aislante, en base a lo cual se forma en la carcasa una corriente de convección térmica. Esta corriente de convección térmica se describirá a continuación más en detalle en base a la figura 5. La figura 5 muestra una representación ampliada de la zona alrededor del receptáculo 10 de la figura 4. La vía principal de la corriente 30 se calienta debido a la potencia de pérdidas provocada por el flujo de la corriente y cede calor al gas aislante que envuelve la vía principal de la corriente. Este gas aislante calentado asciende hacia el receptáculo 10 (se representa esquemáticamente mediante la flecha 51) y atraviesa las primeras aberturas 14 en el zócalo 11. El gas aislante se sigue calentando en el zócalo 11 y dado el caso en su anillo 16 y continúa ascendiendo. En función de la configuración de la instalación de maniobra 100 se calienta el gas aislante en otros componentes o módulos. El gas aislante calentado asciende hasta que llega a una pared interior de la carcasa 40, se enfría allí, desciende y llega a través de las segundas aberturas 15 de nuevo a la zona de la vía principal de la corriente 30.
La descripción que precede sólo incluye los ejemplos de realización preferidos de la invención y no debe servir como definición de los límites y del ámbito de la invención. En particular son concebibles disposiciones diferentes de una disposición vertical, en las cuales pueden utilizarse receptáculos correspondientes a la invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Receptáculo (10) de un aparato de maniobra (100), con un zócalo (11) que tiene una abertura de alojamiento (13) para alojar un tubo interruptor al vacío (20) y una o varias primeras aberturas (14) y que está montado sobre un pasador (12) con una o varias segundas aberturas (15), estando dispuestas las primeras aberturas (14) más próximas a la abertura de alojamiento (13) que las segundas aberturas (15) y estando las segundas aberturas (15) más próximas a una pared exterior del aparato de maniobra que las primeras aberturas (14),
caracterizado porque para mejorar la evacuación del calor, el zócalo (11) tiene un anillo (16) de material conductor.
2. Receptáculo (10) de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que zócalo (11) y anillo (16) están fabricados en una sola pieza.
3. Receptáculo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2,
cuyo zócalo (11) está fabricado de material eléctricamente conductor, en particular cobre o aluminio.
4. Receptáculo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
cuyo pasador (12) está fabricado de material que no conduce eléctricamente.
5. Receptáculo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
cuyo pasador (12) está compuesto por material eléctricamente conductor, estando montado entre zócalo (11) y pasador (12) un material no conductor eléctricamente.
6. Aparato de maniobra (100) con un receptáculo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
7. Aparato de maniobra (100) que tiene lo siguiente:
- un tubo interruptor al vacío (20),
- una vía principal de la corriente (30),
- una carcasa (40) de material térmicamente conductor, que está llena con un gas aislante (50), así como - un receptáculo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
en el que la abertura de alojamiento (13) está prevista para alojar el tubo interruptor al vacío (20), con lo que el gas aislante se calienta durante el funcionamiento del aparato de maniobra en la vía principal de la corriente (30), asciende hacia el receptáculo (10), atraviesa las primeras aberturas (14) y se sigue calentando en el receptáculo y tras seguir ascendiendo llega a una pared interior de la carcasa (40), se enfría allí, desciende y llega a través de las segundas aberturas (15) de nuevo a la zona de la vía principal de la corriente.
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