ES2938873T3 - Protección contra sobretensiones para sistemas de energía - Google Patents

Abstract

Se describen dispositivos de protección eléctrica, tales como para uso con sistemas de energía para protección contra sobrevoltaje. Un dispositivo de protección eléctrica incluye una primera conexión eléctrica, una segunda conexión eléctrica, un primer dispositivo de descarga eléctrica y un segundo dispositivo de descarga eléctrica. El primer dispositivo de descarga eléctrica incluye un primer bus conductor conectado a la primera conexión eléctrica y un segundo bus conductor conectado a la segunda conexión eléctrica. El primer dispositivo de descarga eléctrica tiene un primer voltaje de ruptura. El segundo dispositivo de descarga eléctrica incluye un tercer bus conductor conectado a la primera conexión eléctrica y un cuarto bus conductor conectado a la segunda conexión eléctrica. El segundo dispositivo de descarga eléctrica tiene un segundo voltaje de ruptura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Protección contra sobretensiones para sistemas de energía

Campo técnico

La presente solicitud se refiere en general a las características de sistemas de energía y, en particular, a una disposición de protección contra sobretensiones para sistemas de energía.

Antecedentes

Tradicionalmente, se requiere que los sistemas eléctricos críticos estén protegidos contra sobretensiones causadas por fallos en tales sistemas eléctricos. Estos fallos pueden generar corrientes y tensiones mucho más altas de lo normal en dispositivos críticos y pueden exceder su límite de seguridad. Por ejemplo, los sistemas de energía, que corresponden a un ejemplo de infraestructura crítica, pueden experimentar fallos a tierra, lo que da como resultado que las señales de alta tensión se conecten a tierra, causando un pico de corriente a través del equipo y, a menudo, causando daños a los equipos eléctricos críticos.

Históricamente se han desarrollado sistemas que protegen tales sistemas durante eventos de fallo. Por ejemplo, en algunos casos, históricamente se usaba un descargador de chispas para permitir el alivio de eventos de sobretensión, permitiendo que se formara una chispa a través de un espacio de aire abierto o en un gas no combustible dentro de un contenedor para causar el alivio de eventos de tensión que exceden un umbral predeterminado. Sin embargo, los descargadores de chispas son muy variables, y el voltaje que hace que ocurra tal chispa puede variar hasta en un 10 % - 15 % en base a la humedad y la condensación u otras condiciones ambientales. Además, la cantidad total de energía que se puede dispersar a través del descargador de chispas antes de que el material del electrodo de espacio se destruya por la energía del arco eléctrico.

En los sistemas de protección más recientes, los pararrayos se han colocado en paralelo con los transformadores de la línea eléctrica para protegerlos durante los rayos, los fallos a tierra u otras condiciones de picos de tensión y/o corriente. En tales circunstancias, los pararrayos proporcionan recorte de tensión en un primer umbral, en el que los eventos de sobretensión se pueden encaminar a tierra sin dañar los sistemas eléctricos colocados en paralelo con tales pararrayos. Los pararrayos tienen un límite en la cantidad de energía que pueden desviar a tierra. Si el evento continúa después de que se exceda ese límite de energía, el pararrayos entra en un modo de alivio de presión. En este caso, el pararrayos está diseñado para llevar la corriente a tierra de manera segura y para limitar la tensión en el sistema protegido (por ejemplo, como se describe en el documento IEEE C62.11), pero después no se puede utilizar.

En consecuencia, los diversos sistemas y métodos que se han utilizado experimentan desventajas en su funcionamiento que, algunas veces, los hacen que sean subóptimos para una protección fiable de los sistemas eléctricos. El documento GB19154482 muestra un dispositivo de protección eléctrica que tiene descargadores de chispas de diferentes anchos conectados en paralelo.

Compendio

De acuerdo con la siguiente descripción, los problemas anteriores y otros se abordan por la invención como se expone en el conjunto de reivindicaciones adjunto.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista esquemática de un conjunto de protección contra sobretensiones;

la Figura 2 es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones, según una primera realización de ejemplo alternativa que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 3 ilustra niveles de tensión de ejemplo que representan un diseño de los conjuntos de protección contra sobretensiones discutidos en la presente memoria, en algunas realizaciones de ejemplo que no están de acuerdo con la invención y están presentes únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 4 es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones, según una segunda realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 5A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones que incluye un Gabriel integrado, según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 5B es una vista en perspectiva de primer plano de una parte del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 5A;

la Figura 6 es una vista esquemática de un conjunto de protección contra sobretensiones, según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 7 es una vista esquemática de un conjunto de protección contra sobretensiones, según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 8 es una vista esquemática de un conjunto de descargador de chispas cilindrico, según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 9 es una vista esquemática en sección transversal de un conjunto de descargador de chispas cilíndrico, según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 10A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones según una realización de ejemplo adicional, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos;

la Figura 10B es una vista en perspectiva de primer plano de una parte del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 10A;

la Figura 10C es otra vista en perspectiva del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 10A; la Figura 11A es una vista en perspectiva de una realización de los electrodos en un conjunto de protección contra sobretensiones, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos; la Figura 11B es una vista en perspectiva de primer plano de la realización de los electrodos de la Figura 11A; la Figura 12 es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos; la Figura 13A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones según otro ejemplo de realización, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos; la Figura 13B es una vista en perspectiva del interior del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 13A;

la Figura 14A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones según una realización de la presente invención;

la Figura 14B es una vista lateral de un subconjunto del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 14A;

la Figura 14C es una vista en perspectiva de una realización alternativa del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 14A;

la Figura 14D es una vista en perspectiva de una realización alternativa del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 14A;

la Figura 14E es una vista lateral de una realización alternativa de los conductores del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 14A;

la Figura 14F es una vista lateral de otra realización alternativa de los conductores del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 14A;

la Figura 15A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones según otra realización de ejemplo que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos; la Figura 15B es otra vista en perspectiva del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 15A; la Figura 15C es una vista en perspectiva desde abajo del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 15A;

la Figura 15D es una vista en perspectiva de primer plano desde abajo del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 15A;

la Figura 15E es una vista en perspectiva desde abajo del techo y la jaula del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 15A;

la Figura 15F es una vista en perspectiva de la jaula del conjunto de protección contra sobretensiones de la Figura 15A; y

la Figura 16 es un diagrama de circuito de un sistema de protección contra sobretensiones según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos.

Descripción detallada

Varias realizaciones de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos, en donde números de referencia similares representan partes y conjuntos similares a lo largo de las diversas vistas. La referencia a diversas realizaciones no limita el alcance de la invención, que está limitado únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas a la misma. Además, cualquier ejemplo expuesto en esta especificación no pretende ser limitativo y simplemente establece algunas de las muchas realizaciones posibles para la invención reivindicada.

En general, la presente descripción se refiere a un dispositivo de protección para otros componentes eléctricos, tales como un banco de condensadores u otro sistema eléctrico, contra picos de tensión de fallo a tierra en sistemas de energía. Las realizaciones de los sistemas y métodos de la presente descripción incorporan la integración de un pararrayos, un descargador de chispas y una escalera de Jacob (o bocinas de arco) de manera que la distancia del espacio y las características eléctricas del pararrayos se seleccionan para dar una protección fiable a un nivel de tensión dado. Aún otras realizaciones de los sistemas de protección eléctrica descritos en la presente memoria emplean configuraciones de descargadores de chispas que proporcionan protección contra sobretensiones de los sistemas eléctricos y, en particular, para uso en sistemas de energía a gran escala (por ejemplo, sistemas de transmisión de energía) que requieren cantidades de disipación de energía y corriente relativamente grandes, mientras que permanecen rentables para su uso en redes de transmisión de energía. Tales realizaciones pueden incluir características que se adaptan para su uso en la protección contra corrientes inducidas experimentadas en un neutro de un transformador de línea eléctrica, y están configuradas para proporcionar una configuración de coste relativamente bajo que también puede acomodar eventos de disipación de corriente tan grandes como los que pueden ocurrir en un red eléctrica

Haciendo referencia ahora a las Figuras 1-2, se muestra un conjunto 100 que está configurado para proporcionar protección a un componente eléctrico de alta energía, tal como un banco de condensadores u otro componente del sistema de energía, contra la alta tensión durante eventos de fallo a tierra, según realizaciones de ejemplo. El conjunto incluye un pararrayos 102, una escalera de Jacob (o bocinas de arco) 104 y un descargador de chispas 106 integrado en el mismo y conectados en paralelo unos con otros a través de los conductores de circuito 108a-b, que se conectan al componente a ser protegido.

En la realización mostrada, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, el pararrayos 102 puede adoptar muchas formas. En una realización de ejemplo, el pararrayos 102 es un pararrayos de varistor de óxido metálico (MOV). Se puede ubicar en una variedad de ubicaciones; en el ejemplo de la Figura 2, el pararrayos 102 está montado en la base del conjunto. El pararrayos 102 recorta cualquier tensión resonante o de otro tipo que pudiera aparecer a través de un condensador o banco de condensadores o una combinación en serie de un condensador y una resistencia, proporcionando así un recorte de tensión y la amortiguación resultante para cualquier resonancia serie, ferro u otras resonancias no deseadas. En la realización mostrada, el pararrayos 102 está conectado eléctricamente en lados opuestos a la primera y segunda conexiones eléctricas, en los conductores de circuito 108a-b.

Unida al pararrayos está una combinación de escalera de Jacob (o bocinas de arco) 104 con un descargador de chispas 106. La escalera de Jacob 104 incluye un primer y segundo conductores 105a-b, entre los cuales se forma el descargador de chispas, y en el que la distancia entre el extremo superior del primer electrodo y el extremo superior del segundo electrodo es mayor que la distancia entre el extremo inferior del primer electrodo y el extremo inferior del segundo electrodo. El primer y segundo conductores 105a-b se pueden construir, en diversas realizaciones, de latón, cobre recubierto de níquel, tungsteno, niobio, aleaciones de los mismos u otros tipos de materiales altamente conductores.

El descargador de chispas 106 es, en la realización mostrada en la Figura 2, un espacio estrecho entre los dos conductores 105a-b de una sección estrecha de la escalera de Jacob 104, que forma los electrodos 110a-b. El descargador de chispas 106 tiene, en la realización mostrada, una distancia de espacio de unos pocos milímetros y está integrado en la escalera de Jacob 104. Cuando se experimenta un fallo a tierra de alta corriente, se formará un arco en el descargador de chispas 106 para limitar la tensión a través del componente a ser protegido (es decir, un condensador o banco de condensadores u otro componente, conectado en los conductores 108a-b).

La escalera de Jacob 104 incluye estructuras metálicas complementarias que forman un espacio de distancia creciente que se extiende lejos del descargador de chispas 106. La escalera de Jacob 104 está, en realizaciones de ejemplo, construida de un metal conductor adecuado, tal como latón, cobre recubierto de níquel, tungsteno, niobio, aleaciones de los mismos u otro metal adecuado, y proporciona un medio para que el arco se aleje del descargador de chispas 106 (por ejemplo, hacia arriba de la escalera) donde puede disipar grandes cantidades de energía en el aire.

En algunas realizaciones, la separación de espacios en la escalera de Jacob 104, y por lo tanto la tensión de ruptura, está diseñada para ser una distancia fija para lograr una tensión de ruptura fija en el aire. En realizaciones alternativas, el espacio podría ser ajustable y, por lo tanto, la tensión de ruptura del espacio podría ser ajustable. La relación entre la tensión de ruptura y el espacio de separación para varios gases viene dada por la Ley de Paschen, que describe una tensión de ruptura de gas entre placas paralelas en función de la presión y la distancia de espacio. Durante la operación, y tras la aparición de un evento de sobretensión, típicamente el arco inicial después de formarse en el descargador de chispas 106 subirá rápidamente por la escalera de Jacob 104 y luego continuará arqueándose a través de las puntas de la escalera durante varios ciclos de energía, típicamente unos pocos (4 - 6) ciclos de energía a 60 Hz (es decir, de 60 a 100 milisegundos). Durante esta fase de disipación de energía del arco, algunas de las puntas de la escalera de Jacob 104 experimentarán calentamiento y se podría vaporizar una pequeña cantidad de las puntas de los electrodos de metal.

El pararrayos proporciona un recorte de tensión y, a su vez, amortigua cualquier resonancia no deseada que se pudiera encontrar. Si se excede el límite de absorción de energía del pararrayos, el descargador de chispas permanece para proteger el equipo conectado de eventos de sobretensión adicionales. También se conecta una escalera de Jacob en paralelo con el pararrayos y el espacio de chispas. La función de la escalera de Jacob es proteger el pararrayos y el descargador de chispas una vez que se ha establecido un camino de conducción de arco. Es decir, el arco cuando se inicia en el espacio subirá rápidamente a la parte superior de la escalera donde la energía del arco se disipa en el aire. De esta forma, la combinación del pararrayos, el descargador de chispas y la escalera de Jacob proporcionan un dispositivo extremadamente fiable para componentes de alta energía tales como bancos de condensadores, compensadores de VAR estáticos (SVC) u otros componentes de sistemas eléctricos de alta energía.

La Figura 3 ilustra un diagrama de nivel de tensión 300 de ejemplo que representa un diseño de los conjuntos de protección contra sobretensiones discutidos en la presente memoria, en algunas realizaciones de ejemplo, que no son de acuerdo con la invención y están presentes únicamente con fines ilustrativos. En el diagrama 300, como se muestra, se describe el funcionamiento de los conjuntos de protección ilustrados anteriormente, así como los de las Figuras 4-5 a continuación. En particular, una aplicación de este conjunto de protección es la protección de un banco de condensadores utilizado para bloquear la corriente inducida geomagnéticamente (GIC) en el neutro de un transformador conectado a tierra, SVC u otro componente de energía.

Como se ve en el diagrama 300 de la Figura 3, cuando se encuentran tensiones de fallo a tierra, el pararrayos 102 en un conjunto de ejemplo conducirá corriente y realizará una función de recorte de tensión, por ejemplo, en el rango de 5 kV a 7 kV. Esto proporciona amortiguación para controlar las resonancias no deseadas que pueden aparecer en un sistema de energía. Si la cantidad de energía que se desvía a tierra por el pararrayos excede su límite funcional, entrará en alivio de presión y se consumirá. En eventos de fallo posteriores, si la tensión excede la tensión de ruptura del descargador de chispas (por ejemplo, por encima del rango de 11 kV), se formará un arco en el descargador de chispas. En este caso, la distancia de espacio se seleccionaría de manera que el arco se formaría, por ejemplo, a una tensión nominal del orden de 11 kV a 25 kV. Se ha establecido que esta tensión de ruptura es dependiente de las variaciones de humedad, condensación, presión atmosférica, etc. Sin embargo, las variaciones sobre las condiciones de humedad, condensación y presión no afectarán en gran medida al tensión de ruptura en el descargador de chispas 106; más bien, una variación en la tensión de ruptura será relativamente pequeña (es decir, del orden de /-10% a 15%), y es tolerable para esta aplicación de protección. En realizaciones alternativas, se podrían incorporar pararrayos adicionales que tengan diferentes características, de manera que cada pararrayos se pueda configurar para entrar en un modo de alivio de presión en el mismo nivel o en niveles diferentes.

La Figura 4 es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 400, según una segunda realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. El conjunto 400 incluye un pararrayos 402, así como una escalera de Jacob 404 y un espacio de chispas 406, análogos a los descritos anteriormente. En esta realización de ejemplo, el conjunto 400 está configurado usando una configuración de "cuchilla" de la escalera de Jacob 404 que está diseñada para proporcionar una mayor estabilidad mecánica a la escalera de Jacob 404 y, por lo tanto, una distancia de descargador de chispas más estable (es decir, una tensión de ruptura más consistente). El conjunto 400, como se muestra, incluye el pararrayos 402 (por ejemplo, el MOV) montado horizontalmente en la parte inferior del conjunto. Los conductores 405a-b de la escalera de Jacob 404 están conectados eléctricamente en paralelo con el pararrayos 402 y se extienden verticalmente. Si se excede la capacidad de transporte de corriente del pararrayos, entrará en el modo de alivio de presión y se formará un arco eléctrico. Los eventos de sobretensión subsiguientes crearían un arco en el descargador de chispas si el diferencial de tensión alcanza la tensión de ruptura preestablecida de los espacios. En cualquier caso, la energía del arco se disipa luego en las puntas de la escalera de Jacob 404, lo que reduce la cantidad de daño al pararrayos 402 y al material de los conductores 405a-b que definen las dimensiones del espacio y, por lo tanto, la tensión de ruptura del descargador de chispas. El conjunto 400 está configurado para ser conectado al componente a ser protegido en los conductores de circuito 408a-b.

Ahora haciendo referencia a las Figuras 5A-5B, se muestra un conjunto protector 500 de ejemplo adicional que incluye una configuración integrada "Gabriel". En esta realización, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, el conjunto incluye nuevamente un pararrayos (no mostrado), la escalera de Jacob 504 y el descargador de chispas 506. Sin embargo, en la realización mostrada, el descargador de chispas 506 incluye un electrodo de Gabriel 510c además de los electrodos 510a-b existentes. Esto proporciona una tensión de ruptura más fiable del espacio. En la realización mostrada, el tercer electrodo 510c se implementa incluyendo en este ejemplo una bujía 512 en el descargador de chispas 506, con la punta de este tercer electrodo (en este ejemplo, una bujía) colocada en el descargador de chispas 506. Este electrodo 510c se conecta eléctricamente al electrodo de escalera de alta tensión 510b a través de una resistencia en serie (no mostrada, pero típicamente del orden de unos pocos mega ohmios de resistencia). La función del electrodo 510c es iniciar una columna de gas ionizado a un nivel de tensión más preciso para iniciar la formación del arco en el espacio. Luego, la resistencia limita la corriente a través de este electrodo de modo que la corriente del arco se transporte a través del primer y segundo electrodos de la escalera de Jacob o cuernos de arco. El tercer electrodo 510c proporciona así un rango más pequeño de tensiones sobre las cuales se dispara el descargador de chispas y el conjunto entra en su modo de protección. El conjunto 500 está configurado para ser conectado al componente a ser protegido en los conductores de circuito 508a-b.

Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se muestra una realización adicional de un conjunto de protección contra sobretensiones 600, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. En la realización mostrada, se usa un descargador de chispas 602 para la protección contra fallos a tierra para equipos de energía de alta tensión (HV) y extra alta tensión (EHV). En la realización mostrada, se puede usar una escalera de Jacob 604 en conexión con el descargador de chispas 602 para crear un dispositivo de protección que tenga una larga vida útil y permita su reutilización para muchos (por ejemplo, alrededor de 100 a 1000) eventos de fallo a tierra. El descargador de chispas 602 incluye los electrodos 603a-b, colocados a una distancia predeterminada unos de otros.

El conjunto de protección contra sobretensiones 600 de la Figura 6, al igual que con las otras realizaciones discutidas en la presente memoria, supera un problema con muchos descargadores de chispas cuando se usa en situaciones de alta tensión y alta corriente, en el que el arco de alta corriente funde y destruye el metal en el área del espacio a menos que se usen en el dispositivo una geometría y materiales especiales. En una realización de ejemplo como se muestra en la Figura 6, esta situación destructiva se puede superar utilizando una escalera de Jacob 604 asociada con el descargador de chispas 602, y que moverá el arco fuera del área de espacio inicial para permitir la disipación de energía en un volumen mayor y en la punta de los electrodos de escalera. Por este medio, se puede diseñar un conjunto de protección contra sobretensiones, tal como el conjunto de protección contra sobretensiones 600, que no se degradará sino que, en su lugar, será reutilizable para muchos fallos a tierra.

Además, se observa que el conjunto de protección contra sobretensiones 600 fomenta aún más que cualquier chispa formada en el descargador de chispas 602 suba rápidamente la escalera de Jacob aplicando una fuerza de Lorentz desde el conductor de retorno (612) ubicado debajo de la región del arco. Un lado del conjunto está conectado al lado caliente del dispositivo eléctrico que se va a proteger. El segundo lado del descargador de chispas está conectado a tierra en un punto de conexión a tierra 610. Se puede conectar una barra conductora 612 u otro bus eléctrico al lado del camino de retorno conectado a tierra del descargador de chispas 602 y colocar debajo del descargador de chispas 602.

En funcionamiento, ocurre una fuerza de Lorentz entre el camino conductor en el lado positivo del descargador de chispas y el conjunto de escalera de Jacob (en el primer lado del descargador de chispas 602) y el lado del camino de retorno del descargador de chispas 602, que repele el plasma del arco y, por lo tanto, empuja el arco hacia arriba en la escalera de Jacob 604. En la realización mostrada, se selecciona una distancia de espacio entre los dos electrodos de manera que se pueda lograr la tensión de ruptura requerida. Esta distancia se puede calcular utilizando la relación de la ley de Paschen, expresada como una relación entre la tensión de ruptura, el gas en el descargador de chispas (es decir, aire), la presión experimentada y la distancia del descargador de chispas.

En una realización adicional de la presente descripción ilustrada en la Figura 7, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, se muestra el conjunto de protección contra sobretensiones 700. En esta realización, un descargador de chispas 702 puede incluir los electrodos 703a-b, y se puede introducir en la disposición ilustrada en la Figura 6 por medio de un electrodo de Gabriel 704. En esta realización, un camino de conducción de corriente es similar al que se muestra en la Figura 6; sin embargo, en el conjunto de protección contra sobretensiones 700, el ancho del descargador de chispas 702 puede ser mayor. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el descargador de chispas 702 puede tener un ancho de alrededor de 6 a 10 milímetros. En esta configuración, ocurre una chispa inicial entre el tercer electrodo 704 y el electrodo de tierra 703b. Una distancia de espacio típica entre este tercer electrodo y el electrodo 703b puede ser del orden de alrededor de 1 a 4 milímetros dependiendo de la tensión de ruptura requerida. La corriente en la chispa inicial está limitada por una resistencia 706 conectada a este tercer electrodo 704. Una vez que se inicia una chispa, se establecerá un arco de alta corriente entre el electrodo de alta tensión 703a y el electrodo de tierra 703b. El tamaño de espacio más grande, típicamente de 6 a 20 milímetros, permite una mejor disipación de energía del arco en un volumen mayor y, por lo tanto, menos posibilidades de fusión y destrucción de los electrodos. El tercer electrodo 704 puede estar, en varias realizaciones, hecho de tungsteno o niobio u otro metal de alto punto de fusión para reducir el desgaste que ocurre en este electrodo. Además, en algunas realizaciones, el tercer electrodo se puede montar de manera segura en un material aislante 708 ubicado debajo del área de espacio pero encima del bus eléctrico inferior 709 (es decir, el conductor), que está conectado eléctricamente a un punto de conexión a tierra 712.

En algunas realizaciones, además, los electrodos de descargador de chispas 703a-b se pueden construir de tungsteno para disminuir el efecto de fusión y/o destructivo de un evento de alta corriente en un electrodo. Esto se puede lograr usando cualquiera de los dos bloques de tungsteno a los que se une una escalera de Jacob 710 como se muestra en la Figura 7, o alternativamente usando cuernos de tungsteno para todo el conjunto de la escalera de Jacob 710. Aún en otras realizaciones, otras partes parciales del descargador de chispas 702 y/o la escalera de Jacob 710 pueden estar hechas de tungsteno o material conductor resiliente equivalente.

En las Figuras 8-9 se ilustra un conjunto de descargador de chispas cilíndrico 800 de ejemplo. En esta realización, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, dos cilindros metálicos concéntricos 802, 804 crean un descargador de chispas de área grande para lograr un dispositivo de protección contra fallos a tierra de larga duración. En esta realización, se permite que un arco se mueva alrededor de la región de la distancia de espacio más pequeña. Si se produce la ablación o la fusión del metal, aumentará el tamaño del espacio en la región. Por lo tanto, el arco se moverá a una ubicación diferente dentro del dispositivo. Se puede crear un área de descargador de chispas grande aumentando el diámetro y la altura de los cilindros mostrados en la Figura 8. Los conductores eléctricos 810a-b se pueden conectar al conjunto de protección contra sobretensiones 800, por ejemplo, para conectar a tierra o conectarse a la red eléctrica a ser protegida, como en las Figuras 7-8.

La Figura 9 muestra detalles del conjunto de descargador de chispas cilíndrico 800 en forma de sección transversal. En particular, los detalles ilustrados en la Figura 9 ilustran el montaje del conjunto de descargador de chispas cilíndrico 800 que incluye dos cilindros metálicos concéntricos 802, 804. Se puede usar un material aislante para formar las piezas de alojamiento superior e inferior 806a-b. Usando un perno 808 u otro sujetador, el cilindro del electrodo central se puede asegurar con relación al cilindro del electrodo externo. Usando el perno 808 y las carcasas de cilindro asociadas, se puede mantener una distancia de espacio uniforme entre los dos electrodos.

La Figura 10A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1000 según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. El conjunto 1000 incluye una escalera de Jacob 1004, un descargador de chispas 1006 y separadores 1012a-b.

En la realización mostrada, la escalera de Jacob 1004 incluye conductores 1005a-b que tienen electrodos 1010a-b (mostrados más claramente junto con la realización descrita a continuación en conexión con la Figura 10C) y está configurada para llevar un arco que se forma en el descargador de chispas 1006 a lo largo de los conductores 1005a-b donde se pueden disipar en el aire grandes cantidades de energía de arco. Los conductores 1005a-b generalmente están dispuestos verticalmente y, en algunas realizaciones, tienen una forma cilíndrica. Los conductores 1005a-b tienen un ángulo de manera que la distancia entre la mitad de los conductores 1005a-b sea menor que la distancia entre las partes superiores o las partes inferiores de los conductores 1005a-b. El descargador de chispas 1006 se forma entre los conductores 1005a-b en el punto donde los electrodos están más juntos entre sí. Debajo del descargador de chispas 1006, la distancia entre los conductores 1005a-b se amplía lo suficiente para evitar que el arco se desplace hacia abajo o hacia el equipo que se está protegiendo. Como se describió anteriormente, la separación del descargador de chispas 1006 se selecciona usando la Ley de Paschen para lograr una tensión de ruptura deseada. Por ejemplo, en una realización configurada para conseguir una tensión de ruptura de 10000 voltios en nitrógeno a presión atmosférica, la anchura del descargador de chispas 1006 es de 2,3 mm.

En la realización mostrada, la corriente en los conductores 1005a-b justo debajo del descargador de chispas 1006 proporciona la fuerza de Lorentz en el arco formado en el descargador de chispas 1006 y hace que el arco se desplace a lo largo de los conductores 1005a-b. En algunas realizaciones, la corriente que sube por los conductores 1005a, a través del arco (es decir, a través del descargador de chispas 1006), y luego baja por los conductores 1005b da lugar a un campo magnético en el área del descargador de chispas 1006. Este campo magnético interactúa con la corriente en el arco para dar lugar a la fuerza de Lorentz en el plasma del arco, que empuja el arco hacia arriba por los conductores 1005a-b.

En algunas realizaciones, los conductores 1005a-b están acoplados a separadores 1012a-b. Los separadores 1012a-b están formados por un material aislante rígido y están configurados para asegurar que los electrodos no se muevan mientras el arco está presente. En algunas realizaciones, los separadores 1012a-b se acoplan adicionalmente a otra estructura externa rígida.

Los conductores 1005a-b están conectados a los buses de conducción 1007a-b. En algunas realizaciones, la escalera de Jacob 1004 se conecta en paralelo al equipo que se desea proteger. En algunas realizaciones, uno de los conductores 1005a-b está conectado al lado vivo del dispositivo eléctrico que se va a proteger y el otro está conectado a tierra.

En algunas realizaciones, el conjunto de protección contra sobretensiones 1000 incluye además un electrodo de Gabriel 1010c. Otras realizaciones no incluyen un electrodo de Gabriel 1010c.

Haciendo referencia ahora a la Figura 10B, se muestra una vista en perspectiva de primer plano del conjunto de protección contra sobretensiones 1000. En la realización mostrada, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, el conjunto de protección contra sobretensiones 1000 incluye un electrodo de "Gabriel" 1010c integrado.

En la realización mostrada en las Figuras 10A-B, un electrodo de Gabriel 1010c está dispuesto en el descargador de chispas 1006 entre los electrodos 1010a-b. En algunas realizaciones, el electrodo de Gabriel 1010c es un punto de conducción eléctrica que es mucho más pequeño que los electrodos 1010a-b. El electrodo de Gabriel 1010c está configurado para iniciar el arco a una tensión controlada. El electrodo de Gabriel 1010c permite la iniciación del arco a una tensión de ruptura razonablemente baja y permite un espacio mayor para soportar la disipación de energía de un arco de alta corriente. En algunas realizaciones, el electrodo de Gabriel 1010c se dispone y se sujeta rígidamente en una posición que está más cerca del electrodo 1010a que del electrodo 1010b. En estas realizaciones, la iniciación del arco a través del descargador de chispas 1006 es dependiente de la distancia entre las puntas del electrodo 1010a y el electrodo de Gabriel 1010c. Además, en estas realizaciones, la iniciación del arco a través del descargador de chispas 1006 es menos dependiente de la distancia entre el electrodo 1010a y el electrodo 1010b. En consecuencia, las realizaciones que incluyen el electrodo de Gabriel 1010c tienen una mayor tolerancia a las variaciones ambientales, materiales y de fabricación.

En la realización mostrada, el electrodo de Gabriel 1010c es un conductor dispuesto en un material aislante 1011. El material aislante 1011 mantiene el electrodo de Gabriel 1010c en su lugar. La punta del electrodo de Gabriel 1010c se coloca dentro del espacio de los dos electrodos de manera que proporcione una distancia de espacio más corta a uno de los electrodos de modo que la ruptura eléctrica ocurrirá a una tensión más baja que si el electrodo de Gabriel no estuviera presente. El electrodo de Gabriel 1010c está conectado a través de una resistencia en serie (no mostrada, pero típicamente del orden de unos pocos mega ohmios de resistencia). La función del electrodo de Gabriel 1010c es iniciar una columna de gas ionizado a un nivel de tensión más preciso para iniciar la formación del arco en el espacio. La resistencia entonces limita la corriente a través de este electrodo de modo que la corriente del arco se lleve a través de los conductores 1005a-b de la escalera de Jacob 1004. El electrodo de Gabriel 1010c proporciona así un rango más pequeño de tensiones sobre las cuales se dispara el descargador de chispas 1006 y el conjunto 1000 entra en su modo de protección.

La Figura 10C es otra vista en perspectiva del conjunto de protección contra sobretensiones 1000, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. Los separadores 1012a-b están acoplados a los elementos de soporte 1013a-b. Generalmente, los elementos de soporte 1013a-b son rígidos y están formados por un material aislante, tal como hormigón. Los separadores 1012a-b y los elementos de soporte 1013 están configurados para asegurar los conductores 1005a-b. Esto ayuda a estabilizar los conductores 1005a-b frente a las fuerzas generadas cuando se forma una corriente de arco. En consecuencia, el uso de tales separadores 1012a-b y elementos de soporte 1013 puede ser ventajoso en circunstancias en las que la corriente a través del descargador de chispas es grande, por ejemplo, hasta 60000 amperios o más, lo que de otro modo podría causar fuerzas de Lorentz sustanciales y dar como resultado dañar el conjunto. .

Además, en la realización mostrada, el espacio entre los conductores 1005a-b está asegurado además por los aisladores 1014a-b. Los aisladores 1014a-b son rígidos y están formados por un material aislante, tal como hormigón. Los aisladores 1014a-b están configurados para asegurar el espacio entre los conductores 1005a-b y, en consecuencia, el ancho del descargador de chispas 1006.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 11A-B, se muestran los conductores 1101 a-b de una escalera de Jacob 1100, según una realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. Los conductores 1101 a-b tienen electrodos (mostrados en detalle en la Figura 11B) y están configurados para ser usados en los sistemas de protección contra sobretensiones descritos a lo largo de esta solicitud. Los conductores 1101 a-b incluyen partes inferiores 1102a-b y partes superiores 1103a-b.

En general, los materiales seleccionados para los conductores 1101 a-b deberían tener al menos algunas de las siguientes propiedades: alta conductividad, rigidez, un alto punto de fusión para resistir la energía del plasma que se disipará durante los eventos de arco y la capacidad de moldearse en la forma de una escalera de Jacob 1100. Por ejemplo, algunos materiales que tienen estas propiedades en diversos grados incluyen tungsteno, aleación de tungsteno/cobre, niobio y cobre. Debido a que las demandas sobre el material usado en las partes inferiores 1102ab son diferentes de las demandas sobre el material usado para formar las partes superiores 1103a-b, se puede usar un material diferente para formar las partes inferiores 1102a-b que el que se usa para formar las partes superiores 1103a-b.

Generalmente, en la realización descrita, las partes inferiores 1102a-b son cilíndricas, incluyen una parte en ángulo y están configuradas para formar un descargador de chispas 1106 entre ellas. En algunas realizaciones, el diámetro de las partes inferiores 1102a-b es de 9525 mm.

Son posibles otras realizaciones utilizando otras formas de sección transversal, o utilizando de otro modo diferentes diámetros de electrodos. En algunas realizaciones, el ángulo subtendido de los conductores 1101a-b por debajo del espacio 1106 es mayor que el ángulo subtendido entre los conductores 1101 a-b por encima del espacio 1106 de modo que el arco se mueva "hacia arriba" en la escalera. El ángulo subtendido de los conductores por encima del espacio 1106 debería ser lo suficientemente pequeño para asegurar que el arco, de hecho, se aleje de las conexiones en las que se protege el equipo. Por ejemplo, un ángulo subtendido entre los conductores 1101 a-b por encima del espacio 1106 en el rango de 50 a 80 grados sería adecuado para la mayoría de las aplicaciones de arco de alta corriente. En algunas realizaciones, las partes inferiores 1102a-b están formadas a partir de cobre porque es adecuado para formar la forma en ángulo de la parte inferior utilizando técnicas de troquelado y prensado. Los métodos para formar la forma de las partes inferiores 1102a-b usando tungsteno, aleación de tungsteno/cobre o niobio son más difíciles.

Generalmente, las partes superiores 1103a-b son cilíndricas, rectas y configuradas para soportar la energía disipada por un evento de arco. En algunas realizaciones, el diámetro de las partes superiores 1103a-b es de 9525 mm. Son posibles otras realizaciones. En algunas realizaciones, las partes superiores 1103a-b están formadas de tungsteno porque el tungsteno tiene un alto punto de fusión. En otras realizaciones, los componentes superiores están formados por aleación de tungsteno/cobre o niobio. El tungsteno, la aleación de tungsteno/cobre y el niobio tienen puntos de fusión más altos y son más rígidos que el cobre y, por lo tanto, permiten que las partes superiores 1103a-b resistan la energía disipada por eventos de arco mejor que muchos otros materiales conductores, como el cobre.

En la realización mostrada, las partes inferiores 1102a-b se unen a las partes superiores 1103a-b usando un proceso de soldadura de plata. Los extremos inferiores 1105a-b de las partes superiores 1103a-b están mecanizados para tener una superficie esférica. Los extremos superiores de las partes inferiores 1102a-b están mecanizados para aceptar la superficie esférica del extremo inferior de las partes superiores 1103a-b. De esta manera, los conductores 1101 a-b se forman usando dos materiales diferentes usando técnicas de fabricación comunes. Además, los conductores 1101 a-b tienen una capacidad superior para soportar la energía disipada por eventos de formación de arco que si los conductores 1101a-b estuvieran formados solo de cobre.

La Figura 12 es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1200 según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. El conjunto 1200 incluye conductores 1201 a-b y un descargador de chispas 1206.

Generalmente, los conductores 1201a-b son varillas cilíndricas de gran diámetro con extremos de electrodos 1202ab que tienen superficies esféricas. El diámetro de los conductores 1201a-b se selecciona en base a la corriente de arco esperada para una aplicación dada del conjunto de protección contra sobretensiones 1200. Los conductores 1201a-b están dispuestos horizontalmente de manera que los extremos de los electrodos 1202a-b estén adyacentes entre sí. Los extremos de los electrodos 1202a-b están separados por el descargador de chispas 1206. En algunas realizaciones, los conductores 1201a-b están hechos de tungsteno. En otras realizaciones, los conductores 1201a-b están formados por un material diferente con un alto punto de fusión, tal como aleación de tungsteno/cobre o niobio. En otras realizaciones, también se pueden usar otros materiales. Debido a las superficies esféricas de los extremos de electrodos 1202a-b de los conductores 1201a-b, el arco se moverá alrededor de las superficies esféricas y no extirpará ni un solo punto de la superficie. En consecuencia, en esta realización, el conjunto de protección contra sobretensiones 1200 tiene una larga vida útil y se puede reutilizar para muchos eventos de fallo a tierra. En algunas realizaciones, se incluye un electrodo de Gabriel en el descargador de chispas 1206 para iniciar el arco como se ha descrito anteriormente.

En otras realizaciones, los conductores 1201a-b no se colocan horizontalmente, sino que se colocan en ángulo unos con respecto a otros. De esta manera, cuando se forma el arco en el descargador de chispas 1206, se moverá hacia arriba sobre las superficies esféricas debido a la fuerza de Lorentz como se ha descrito anteriormente. Este movimiento del arco permitirá una mejor disipación de la energía del arco y una menor ablación del material del electrodo. En algunas realizaciones, también se incluye un electrodo de Gabriel en el descargador de chispas 1206 para iniciar el arco a una tensión dada como se ha descrito anteriormente.

En algunas realizaciones, los resortes 1203a-b se usan al montar los conductores 1201a-b en los soportes 1204a-b respectivos. En tales realizaciones, los resortes 1203a-b se pueden comprimir y permitir que los conductores 1201ab se retraigan unos lejos de otros. Durante el funcionamiento normal, los dos resortes 1203a-b mantienen los conductores 1201a-b en posiciones normales, apuntando uno al otro con un pequeño espacio inicial entre ellos. En los casos en que ocurran grandes fuerzas eléctricas entre los electrodos, una fuerza entre los electrodos hará que los electrodos retrocedan, lo que permitirá una disipación más rápida del efecto eléctrico, o arco, entre los electrodos. Esto proporcionará protección adicional contra daños a los electrodos en caso de formación de arco, dado que la formación de arco se puede disipar rápidamente.

La Figura 13A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1300 según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. El conjunto 1300 incluye una escalera de Jacob 1304, un descargador de chispas 1306 y una estructura de soporte 1312.

La escalera de Jacob 1304 incluye los conductores 1305a-b, que forman los electrodos 1310a-b. La escalera de Jacob 1304 es similar a la escalera de Jacob 1004 que se ilustra y describe con mayor detalle con respecto a las Figuras 10A-B. En algunas realizaciones, los conductores 1305a-b tienen un diámetro de 25,4 - 38,1 mm y una longitud de 254 - 457,2 mm. En algunas realizaciones, los conductores 1305a-b están formados por una aleación de cobre/tungsteno.

En la realización mostrada, el descargador de chispas 1306 es similar al descargador de chispas 1006 que se ilustra y describe con mayor detalle con respecto a las Figuras 10A-B. En algunas realizaciones del conjunto 1300, el ancho del descargador de chispas 1306 es de 2-3 mm.

En realizaciones de ejemplo, la estructura de soporte 1312 es una estructura física formada por un material aislante rígido, tal como cerámica u hormigón moldeado, y está configurada para soportar los conductores 1305a-b. Durante grandes corrientes de fallo a tierra, los conductores 1305a-b pueden transportar corrientes extremadamente grandes (por ejemplo, hasta 60000 amperios o más), lo que puede generar grandes fuerzas de Lorentz en los conductores 1305a-b. La estructura de soporte está configurada para soportar y estabilizar los conductores 1305a-b de modo que sea menos probable que los conductores 1305a-b sean empujados o retorcidos por las fuerzas de Lorentz. Además, la estructura de soporte 1312 está configurada para evitar o minimizar el movimiento o la deformación de los conductores 1305a-b. La estructura de soporte 1312 aumenta la estabilidad mecánica de la escalera de Jacob 1304 y por lo tanto crea una distancia de descargador de chispas más estable y una tensión de ruptura de espacio más consistente.

La estructura de soporte 1312 incluye la base 1313, las paredes de soporte 1314a-b, las sujeciones inferiores 1315a-b, las sujeciones intermedias 1316a-b y las sujeciones superiores 1317a-b. Además, en algunas realizaciones, las paredes de soporte 1314a-b incluyen aberturas 1318a-b. En algunas realizaciones, la base 1313, las paredes de soporte 1314a-b y las sujeciones inferiores 1315a-b están formadas por un material de conducción rígido. Las sujeciones intermedias 1316a-b están formadas por un material eléctricamente aislante. Las sujeciones superiores 1317a-b están formadas integralmente a partir de un material de conducción rígido o aislante. En otras realizaciones, la estructura de soporte 1312 está formada por múltiples componentes independientes que se acoplan entre sí con uno o más sujetadores, tales como adhesivos o tornillos.

En las realizaciones, la base 1313 es una estructura rígida que proporciona fuerza para resistir la flexión de modo que los conductores 1305a-b no se puedan separar por las fuerzas de Lorentz generadas entre los conductores 1305a-b.

Las paredes de soporte 1314a-b están formadas por un material aislante rígido y están configuradas para soportar y asegurar las sujeciones inferiores 1315a-b, las sujeciones intermedias 1316a-b y las sujeciones superiores 1317a-b. Además, las paredes de soporte 1313a-b proporcionan soporte lateral para evitar que los conductores 1305a-b se tuerzan cuando se someten a grandes fuerzas de Lorentz.

Las aberturas 1318a-b son aberturas en las paredes de soporte 1314a-b. Las aberturas 1318a-b son adyacentes al descargador de chispas 1306 y están configuradas para permitir que escape el chorro de plasma creado por el arco inicial formado en el descargador de chispas 1306. De esta manera, las aberturas 1318a-b permiten que la presión creada por el chorro de plasma se libere sin dañar la estructura de soporte 1312.

La Figura 13B es una vista en perspectiva del interior del conjunto de protección contra sobretensiones 1300. En esta figura, la pared de soporte 1314a no se muestra de modo que el interior del conjunto de protección contra sobretensiones 1300 sea visible.

Las sujeciones inferiores 1315a-b son dispositivos para asegurar la parte inferior de los conductores 1305a-b. En algunas realizaciones, cada una de las sujeciones inferiores 1315a-b incluye un orificio en el que se dispone la parte inferior de su respectivo conductor 1305a o 1305b. De esta manera, cada una de las sujeciones inferiores 1315a-b rodea completamente su respectivo conductor 1305a o 1305b para proporcionar mayor estabilidad y resistencia a las fuerzas de Lorentz.

En algunas realizaciones, las sujeciones inferiores 1315a-b están separadas por un espacio 1319. El espacio 1319 es suficientemente grande para evitar la formación de arcos a través de este espacio entre las sujeciones inferiores 1315a-b.

Las sujeciones intermedias 1316a-b son dispositivos para asegurar la mitad de los conductores 1305a-b. En algunas realizaciones, las sujeciones intermedias 1316a-b incluyen una o más superficies de soporte configuradas para hacer tope con la superficie de los conductores 1305a-b. En algunas realizaciones, las superficies de soporte se apoyan aproximadamente en la mitad de la superficie exterior de los conductores 1305a-b. De esta manera, las sujeciones intermedias 1316a-b soportan los conductores 1305a-b, pero no interfieren con la formación del arco en el descargador de chispas 1306 ni impiden que el arco suba por los conductores 1305a-b. Además, en algunas realizaciones, las sujeciones intermedias 1316a-b no hacen tope con los conductores 1305a-b en el descargador de chispas 1306. De esta manera, las sujeciones intermedias 1316a-b dejan espacio para que el chorro de plasma escape del descargador de chispas 1306.

Las reivindicaciones superiores 1317a-b son dispositivos para asegurar la parte superior o una región cerca de la parte superior de los conductores 1305a-b. En algunas realizaciones, las sujeciones superiores 1317a-b incluyen una o más superficies de soporte configuradas para hacer tope con la superficie de los conductores 1305a-b. En algunas realizaciones, las superficies de soporte se apoyan aproximadamente en la mitad de la superficie exterior de los conductores 1305a-b. De esta manera, las sujeciones superiores 1317a-b soportan los conductores 1305a-b, pero no impiden que el arco suba por los conductores 1305a-b.

En algunas realizaciones, múltiples conjuntos, tales como el conjunto 1300, se disponen en un contenedor y se conectan en paralelo a los mismos buses conductores. Durante grandes corrientes de fallo a tierra, se forma una corriente de arco a través del descargador de chispas de uno de los conjuntos. La corriente de arco se forma en el conjunto con la tensión de ruptura más baja. La corriente de arco puede extirpar una parte de los electrodos adyacentes al descargador de chispas, haciendo que el descargador de chispas se ensanche y la tensión de ruptura aumente. En algunas circunstancias, la tensión de ruptura aumenta más allá de la de uno de los otros conjuntos. Durante una segunda gran corriente de fallo a tierra, se forma una corriente de arco a través del descargador de chispas de uno de los otros conjuntos. De esta manera, se proporciona protección contra sobretensiones durante una vida útil más prolongada de lo que sería posible con un solo conjunto. Un ejemplo de realización que incluye descargadores de chispas paralelas se ilustra y describe con mayor detalle con respecto a las Figuras 14A-D.

Además, en algunas realizaciones del conjunto 1300, los conductores 1305a-b se forman a partir de múltiples materiales y se unen usando soldadura de plata como se ilustra y describe con mayor detalle con respecto a las Figuras 11A-B.

La Figura 14A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1400 según una realización de la presente invención. El conjunto 1400 incluye una pluralidad de subconjuntos 1401a-c y conductores de circuito 1402a-b. Los subconjuntos están conectados en paralelo a los conductores de circuito 1402a-b. Además, cada uno de los subconjuntos 1401a-c incluye un descargador de chispas 1406a-c. Aunque se muestran tres subconjuntos en esta figura, otras realizaciones incluyen más o menos subconjuntos.

En algunas realizaciones, los anchos de los descargadores de chispas 1406a-c son sustancialmente los mismos. Cuando una gran corriente de fallo a tierra desencadena la tensión de ruptura de uno de los descargadores de chispas 1406a-c, una parte de los electrodos correspondientes que rodean al descargador de chispas se extirpa y el ancho del descargador de chispas aumenta. Este aumento en el ancho del descargador de chispas causará un aumento correspondiente en la tensión de ruptura. En algunos casos, la tensión de ruptura del descargador de chispas después de la ablación causada por una gran corriente de fallo a tierra será mayor que la tensión de ruptura de uno de los otros descargadores de chispas. En consecuencia, durante la próxima gran corriente de fallo a tierra, el arco se iniciará en un descargador de chispas diferente. De esta manera, el conjunto 1400 tendrá una mayor vida útil y soportará un mayor número de grandes corrientes de fallo a tierra.

La Figura 14B es una vista lateral del subconjunto 1401a del conjunto 1400. El subconjunto 1401a incluye monturas 1404a-b, conductores 1405a-b, electrodos 1410a-b, aisladores 1414a-b y protectores cilíndricos 1416a-d.

Los soportes 1404a-b son estructuras de soporte rígidas que están configuradas para asegurar y soportar los conductores 1405a-b en un ángulo deseado. En algunas realizaciones, los soportes están configurados para colocar los conductores 1405a-b en un ángulo de 2,5 - 20 grados desde la vertical. Los soportes 1404a-b están configurados para resistir la fuerza de Lorentz generada entre los conductores 1405a-b cuando se forma una corriente de arco. Generalmente, los conductores 1405a-b son de gran diámetro y, en un ejemplo que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos, varillas cilíndricas con extremos cónicos que forman los electrodos 1410a-b. El diámetro de los conductores 1405a-b se selecciona en base a la corriente de arco esperada para una aplicación dada del conjunto de protección contra sobretensiones 1400. Los conductores 1405a-b están en ángulo uno hacia el otro, de manera que los electrodos 1410a-b estén adyacentes entre sí. En algunas realizaciones, el ángulo subtendido entre los conductores 1405a-b es de 5 - 40 grados. Los electrodos 1410a-b están separados por el descargador de chispas 1406a.

En algunas realizaciones, los conductores 1405a-b y los electrodos 1410a-b están formados integralmente a partir de un material de conducción rígido con un alto punto de fusión. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la presente invención, los conductores 1405a-b y los electrodos 1410a-b están formados por una aleación de cobre/tungsteno. En otras realizaciones de la presente invención, los conductores 1405a-b y los electrodos 1410a-b están formados por diferentes materiales, tales como tungsteno, cobre y niobio. En algunas realizaciones, se incluye un electrodo de Gabriel en el descargador de chispas 1406 para iniciar el arco como se ha descrito anteriormente. Además, la separación entre los electrodos 1410a-b está asegurado además por los aisladores 1414a-b. Los aisladores 1414a-b son rígidos y están formados por un material aislante, tal como hormigón. En algunas realizaciones, los aisladores 1414a-b tienen forma cilíndrica. Los aisladores 1414a-b están configurados para asegurar la separación entre los soportes 1404a-b, los conductores 1405a-b y los electrodos 1410a-b y, en consecuencia, también el ancho del descargador de chispas 1406.

En algunas realizaciones, se incluyen protectores cilíndricos 1416a-d. Los protectores cilíndricos son cilindros huecos que están dispuestos alrededor de los aisladores 1414a-b y están configurados para interferir con la formación de un camino conductor (de carbón depositado o materiales expulsados durante un arco) a lo largo de la superficie de los aisladores 1414a-b. En algunas realizaciones, el radio de cada uno de los protectores cilíndricos 1416a-d es de 12,7 - 25,4 mm mayor que el radio de los aisladores 1414a-b.

La Figura 14C es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1400 según otra realización de ejemplo. El conjunto 1400 mostrado en la Figura 14C es similar al conjunto 1400 mostrado en las FIGS. 14A-B excepto que no incluye los protectores cilíndricos 1416a-d.

La Figura 14D es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1400 según otra realización de ejemplo. El conjunto 1400 mostrado en la Figura 14C es similar al conjunto 1400 mostrado en las FIGS. 14A-B excepto que incluye adicionalmente las barreras 1417a-b.

Las barreras 1417a-b son estructuras físicas formadas a partir de un material aislante y están configuradas para separar los subconjuntos 1401a-c unos de otros. En algunas realizaciones, las barreras 1417a-b están configuradas para evitar que se forme una corriente de arco entre los subconjuntos 1401a-c. Además, en algunas realizaciones, las barreras 1417a-b están configuradas para evitar que el plasma y otros materiales expulsados de uno de los subconjuntos 1401a-c durante una corriente de arco lleguen a los otros de los subconjuntos 1401a-c.

La Figura 14E es una vista lateral de los conductores 1455a-b, los electrodos 1460a-b y el descargador de chispas 1456 según otra realización de ejemplo. Los conductores 1455a-b son una realización alternativa de los conductores 1405a-b, los electrodos 1460a-b son una realización alternativa de los electrodos 1410a-b, y el descargador de chispas 1456 es una realización alternativa del descargador de chispas 1406a. En algunas realizaciones del conjunto 1400, algunos o todos los conjuntos 1401a-c incluyen los conductores 1455a-b, los electrodos 1460a-b y el descargador de chispas 1456 en lugar de los conductores 1405a-b, los electrodos 1410a-b y uno de los descargadores de chispas 1406a-c.

Los conductores 1455a-b incluyen partes superiores 1468a-b y partes inferiores 1469a-b. Además, los conductores 1455a-b forman electrodos 1460a-b, que definen el descargador de chispas 1456a. Las partes superiores 1468a-b están en ángulo unas de otras de manera que después de que se forme un arco en el descargador de chispas 1456a, ascenderá por las partes superiores 1468a-b y disipará mayores cantidades de energía a medida que lo hace. En algunas realizaciones, las partes superiores 1468a-b tienen una longitud de 63,5 mm.

En otras realizaciones, las partes superiores 1468a-b son más cortas o más largas. En algunas realizaciones, las partes superiores 1468a-b están formadas por un material diferente al de las partes inferiores 1469a-b. En estas realizaciones, las partes superiores 1468a-b se unen a las partes inferiores 1469a-b usando un proceso de soldadura de plata, como se ha ilustrado y descrito con respecto a las Figuras 11A-B.

En la Figura 14E, los electrodos 1460a-b tienen una superficie curva con un radio R. En algunas realizaciones, el radio R es de 50,8 mm.

En otras realizaciones, el radio R es de 25,4 - 76,2 mm. En otras realizaciones de los electrodos 1460a-b, el radio R es menor o mayor.

Los electrodos 1460a-b están configurados para iniciar una corriente de arco a través del descargador de chispas 1456a cuando se excede la tensión de ruptura del descargador de chispas 1456a. Como se ha descrito anteriormente, la tensión de ruptura del descargador de chispas 1456a se basa en su ancho. A menudo, el material de los electrodos 1460a-b se extirpa por el calor y el plasma generados por la corriente de arco. Esto hace que el descargador de chispas 1456a se ensanche y, en consecuencia, aumente la tensión de ruptura. Debido a las superficies curvas de los electrodos 1460a-b, el arco se moverá alrededor de las superficies curvas y solo extirpará mínimamente un único punto en la superficie. En consecuencia, en esta realización, los electrodos 1460a-b pueden tener una vida útil prolongada y se pueden reutilizar para muchos eventos de fallo a tierra.

La Figura 14F es una vista lateral de los conductores 1475a-b, los electrodos 1480a-b y el descargador de chispas 1476 según otra realización de ejemplo. Los conductores 1475a-b son una realización alternativa de los conductores 1405a-b, los electrodos 1480a-b son una realización alternativa de los electrodos 1410a-b, y el descargador de chispas 1476 es una realización alternativa del descargador de chispas 1406a. En algunas realizaciones del conjunto 1400, algunos o todos los conjuntos 1401a-c incluyen los conductores 1475a-b, los electrodos 1480a-b y el descargador de chispas 1476 en lugar de los conductores 1405a-b, los electrodos 1480a-b y uno de los descargadores de chispas 1406a-c.

Los conductores 1475a-b incluyen las partes superiores 1488a-b y las partes inferiores 1489a-b. La realización mostrada en la Figura 14F es similar a la realización mostrada en la Figura 14E, excepto que la superficie de los electrodos 1480a-b es plana en lugar de curva. En algunas realizaciones, las partes superiores de los electrodos 1480a-b están separadas por una distancia menor que las partes inferiores de los electrodos 1410a-b. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las partes superiores de los electrodos 1480a-b están separadas por un primer ancho W1 y las partes inferiores de los electrodos 1480a-b están separadas por un segundo ancho W2 ligeramente mayor. En algunas realizaciones, el ancho W1 es de 3,9 milímetros y el ancho W2 es de 4,3 milímetros. En algunas realizaciones, las superficies planas de los electrodos 1480a-b tienen una altura H. En algunas realizaciones, la altura H es de 25,4 mm. Sin embargo, también son posibles otras realizaciones con otras alturas y otro primer y segundo anchos. Durante una alta tensión de fallo a tierra inicial, la corriente de arco se formará en la parte superior de los electrodos 1480a-b. A medida que el material se extirpa durante los eventos de alta corriente de fallo a tierra, el arco comenzará en las posiciones más bajas en el descargador de chispa 1476.

La Figura 15A es una vista en perspectiva de un conjunto de protección contra sobretensiones 1500 según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines ilustrativos. El conjunto 1500 es circular e incluye una pluralidad de subconjuntos 1501a-c, conductores de circuito 1502a-b, placa inferior 1503, placa superior 1504, aisladores separadores 1507a-c y aisladores inferiores 1523a-c. Los subconjuntos 1501a-c están igualmente espaciados alrededor del conjunto 1500, estando separados unos de otros por un ángulo de 120 grados, y están conectados en paralelo a los conductores de circuito 1502a-b. Además, cada uno de los subconjuntos 1501a-c incluye un par de conductores que forman un par de electrodos y un descargador de chispas 1506a-c (estos elementos se ven mejor en la Figura 15B). Aunque se muestran tres subconjuntos en esta figura, otras realizaciones incluyen más o menos subconjuntos.

La placa inferior 1503 es una estructura parecida a un disco redondo formad a partir de un material conductor rígido. De manera similar, la placa superior 1504 también es una estructura parecida a un disco redondo formad a partir de un material conductor rígido. En algunas realizaciones, una o ambas de la placa inferior 1503 y la placa superior 1504 no son redondas sino que en su lugar tienen una forma diferente, tal como un rectángulo. Los subconjuntos 1501a-c están dispuestos y asegurados entre la placa inferior 1503 y la placa superior 1504.

Los aisladores separadores 1507a-c son estructuras rígidas formadas a partir de un material aislante rígido y están configuradas para asegurar la placa superior 1504 a la placa inferior 1503. La placa superior 1504 está separada de la placa inferior 1503 por la altura de los aisladores separadores 1507a-c. En algunas realizaciones, los aisladores separadores 1507a-c tienen una altura de 203,2 mm y un diámetro de 101,6 mm. En otras realizaciones, los aisladores separadores 1507a-c son más altos o más cortos o tienen un diámetro diferente.

Los aisladores inferiores 1523a-c son estructuras rígidas formadas a partir de un material aislante rígido y están configuradas para soportar el conjunto 1500. Los aisladores inferiores 1523a-c están asegurados a la placa inferior 1503.

La Figura 15B es otra vista en perspectiva del conjunto de protección contra sobretensiones 1500. En la Figura 15B, la placa superior 1504 no se muestra para proporcionar una vista más clara de los subconjuntos 1501a-c y los aisladores separadores 1507a-c. También se muestran los protectores cilíndricos 1513a-c y los discos aislantes 1514a-c.

Los subconjuntos 1501a-c incluyen conductores superiores 1505a-c, conductores inferiores 1508a-c y protectores de medio cilindro 1512a-c. En algunas realizaciones, los conductores superiores 1505a-c y los conductores inferiores 1508a-c tienen un diámetro de 25,4 - 38,1 mm.

Los conductores superiores 1505a-c y los conductores inferiores 1508a-c están orientados verticalmente. La parte inferior de los conductores superiores 1505a-c forman los electrodos superiores 1510a-c. De manera similar, la parte superior de los conductores inferiores 1508a-c forman los electrodos inferiores 1511a-c. Los descargadores de chispas 1506a-c son espacios verticales formados entre los electrodos superiores 1510a-c y los electrodos inferiores 1511a-c en cada uno de los subconjuntos 1501a-c. Los conductores inferiores 1508a-c están asegurados a la placa inferior con sujeciones inferiores 1517a-c (mejor vista en las Figuras 15C-D). Las sujeciones inferiores 1517a-c se pueden usar para ajustar individualmente la altura de los conductores inferiores 1508a-c y, en consecuencia, el tamaño de los descargadores de chispas 1506a-c. En algunas realizaciones, el conjunto 1500 está configurado de modo que cada uno de los descargadores de chispas 1506a-c tenga un tamaño diferente y, en consecuencia, una tensión de ruptura diferente. Además, en algunas realizaciones, los conductores superiores 1505a-c se elevan o bajan utilizando las sujeciones superiores 1515a-c en lugar de o además de subir o bajar los conductores inferiores 1508a-c.

Los protectores de medio cilindro 1512a-c son estructuras físicas con forma de medio cilindro hueco y están formados por un material o bien conductor o bien aislante. Los protectores de medio cilindro 1512a-c están dispuestos alrededor del lado interior de los conductores superiores 1505a-c. Los protectores de medio cilindro 1512a-c están configurados para evitar que el arco de un subconjunto inicie un arco en otro subconjunto. Los protectores de medio cilindro 1512a-c también están configurados para evitar que el plasma y los materiales que se expulsan cuando se forma un arco lleguen a los aisladores separadores 1507a-c. Además, los protectores de medio cilindro 1512a-c dirigen el chorro creado cuando se forma una corriente de arco hacia el exterior del conjunto 1500. Los protectores de medio cilindro 1512a-c están orientados verticalmente y están asegurados y cuelgan de la placa superior 1504. Los protectores de medio cilindro 1512a-c no se extienden hasta la placa inferior 1503 y, por tanto, no proporcionan una superficie sobre la cual se podría formar un camino de conducción (es decir, un cortocircuito) a partir de materiales depositados durante eventos de arco.

Los protectores cilíndricos 1513a-c son estructuras físicas con la forma de un cilindro hueco y están formados por un material o bien conductor o bien aislante. Los protectores cilíndricos 1513a-c están dispuestos alrededor de los aisladores separadores 1507a-c. Los protectores cilíndricos 1513a-c están configurados para evitar que el plasma y los materiales que se expulsan cuando se forma un arco en los subconjuntos 1501a-c se depositen en los aisladores separadores 1507a-c. Los protectores cilíndricos 1513a-c están orientados verticalmente y están asegurados y cuelgan de la placa superior 1504. Los protectores cilíndricos 1513a-c no se extienden hasta la placa inferior 1503 y, por tanto, no proporcionan una superficie sobre la cual se podría formar un camino conductor (es decir, cortocircuito) a partir de materiales depositados durante eventos de arco.

Los discos aislantes 1514a-c son estructuras físicas en forma de disco que están dispuestas entre los protectores cilíndricos 1513a-c y la placa superior 1504 y están formadas por un material aislante. En algunas realizaciones alternativas, se podrían usar otros tipos de discos, tales como discos conductores. En algunas realizaciones, los discos aislantes 1514a-c tienen un grosor de 12,7 - 25,4 mm. Los discos aislantes 1514a-c están configurados para minimizar o eliminar aún más la posibilidad de que se forme un camino de conducción entre la placa superior 1504 y la placa inferior 1503 debido a los materiales emitidos durante eventos de arco.

Las Figuras 15C-D son vistas en perspectiva desde abajo del conjunto 1500. La placa superior 1504 no se muestra en estas figuras. En esta figura se muestran el techo 1519 y el mecanismo de ajuste 1518a de la sujeción inferior 1517a.

El techo 1519 es una estructura física en forma de cono y está configurado para evitar que la lluvia y la nieve entren en el conjunto 1500.

El mecanismo de ajuste 1518a es un componente de la sujeción inferior 1517a y está configurado para controlar de forma ajustable la tirantez de la sujeción inferior 1517a. Cuando la sujeción inferior 1517a se afloja usando el mecanismo de ajuste 1518a, se puede ajustar la posición del conductor inferior 1508a. Cuando la sujeción inferior 1517a se aprieta utilizando el mecanismo de ajuste 1518a, el conductor inferior 1508a se mantiene de manera segura en su lugar y no se puede mover ni ajustar. En algunas realizaciones, el mecanismo de ajuste 1518a incluye tornillos de mariposa. También son posibles otras realizaciones del mecanismo de ajuste 1518a. Las sujeciones inferiores 1517b-c también incluyen mecanismos de ajuste.

La Figura 15E es una vista en perspectiva desde abajo del techo 1519 y la jaula 1520 del conjunto 1500. La jaula 1520 es una estructura física que rodea los subconjuntos 1501a-c y está configurada para evitar que personas y objetos toquen los subconjuntos 1501a-c. En algunas realizaciones, la jaula 1520 no es sólida, sino que tiene aberturas para permitir que escapen la presión, el material y los gases que se liberan durante un evento de arco. La Figura 15F es una vista en perspectiva de la jaula 1520 del conjunto 1500. La jaula está formada por anillos 1521a-b, que están unidos por una pluralidad de columnas, incluyendo las columnas 1522a-c. También son posibles otras realizaciones de la jaula 1520.

La Figura 16 es un diagrama de circuito de un sistema de protección contra sobretensiones 1600 según otra realización de ejemplo, que no es según la invención y está presente únicamente con fines de ilustración. El sistema 1600 incluye el conjunto de protección contra sobretensiones 1601 y el conjunto de autocomprobación 1602. Usando el conjunto de autocomprobación 1602, un operador del sistema de energía puede asegurar que el conjunto 1601 proporcionará protección si ocurre un fallo a tierra después de que el tiristor (o el MOV) haya dejado de funcionar. El conjunto 1601 es un sistema configurado para proteger los sistemas de energía de eventos de sobretensión. En algunas realizaciones, el conjunto 1601 está unido a la línea neutra del transformador. En algunas realizaciones, el conjunto 1601 es un descargador de chispas. En otras realizaciones, el conjunto 1601 es uno de los otros conjuntos descritos en la presente memoria.

El conjunto de autocomprobación 1602 incluye una fuente de tensión 1603, una sonda de tensión 1604, un fusible 1605 y una sonda de corriente 1606. Algunas realizaciones no incluyen la sonda de corriente 1606.

La fuente de tensión 1603 es una fuente de tensión capaz de generar una alta tensión. En algunas realizaciones, la fuente de tensión 1603 es una fuente de tensión de AC.

En funcionamiento, la fuente de tensión 1603 se usa para aplicar una alta tensión pero corriente limitada al conjunto 1601 para permitir la medición de la tensión de ruptura del conjunto 1601. La fuente de tensión 1603 aumenta la tensión que se aplica al conjunto 1601 con el tiempo. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la tensión aumenta durante 0,2-0,5 segundos. Cuando ocurre la ruptura, solo se permitirá que fluya una corriente limitada de la fuente de tensión 1603 a través del conjunto 1601. En algunas realizaciones, esto se logra usando una fuente de tensión 1603 que no es capaz de suministrar grandes corrientes, tal como algunas fuentes de tensión de AC.

La tensión de ruptura del descargador de chispas se puede determinar monitorizando la tensión con la sonda de tensión 1604 a medida que aumenta la tensión para determinar el nivel de tensión en el que ocurre la ruptura. De esta manera, el funcionamiento del conjunto 1601 se puede verificar y confirmar para cumplir los requisitos de tensión de ruptura especificados. En algunas realizaciones, la tensión de ruptura determinada se envía luego al operador del sistema de energía y/o al sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA).

En el raro caso de que el conjunto 1601 se active por un fallo a tierra del sistema de energía, el fusible 1605 se abre para proteger la fuente de tensión 1603.

En realizaciones alternativas, la fuente de tensión 1603 es una fuente de tensión de DC, que también está configurada para aumentar la tensión con el tiempo (por ejemplo, durante 0,2-0,5 segundos en algunas realizaciones). En esta realización, la sonda de corriente 1606 monitoriza la corriente y desactiva la fuente de tensión 1603 cuando se detecta una corriente.

Haciendo referencia a las Figuras 1 - 16 en general, se observa que en realizaciones alternativas, se pueden excluir una o más de las características de la disposición. Por ejemplo, en una posible realización, el pararrayos y la escalera de Jacob pueden estar integrados. En una realización adicional de ejemplo, el pararrayos y el descargador de chispas se podrían usar en combinación, en ausencia de la configuración de escalera de Jacob que se extiende desde el descargador de chispas. En tales realizaciones, los arcos formados en el descargador de chispas se pueden usar para descargar energía eléctrica, pero no se eliminan fácilmente del descargador de chispas una vez formados. Se reconoce además que se podrían desarrollar otras implementaciones de este concepto que, en principio, empleen un conjunto o subconjunto de componentes similares que estén dispuestos en una conexión eléctrica paralela para proporcionar protección a otros componentes.

La especificación, los ejemplos y los datos anteriores proporcionan una descripción completa de la fabricación y el uso de la composición de la invención. Dado que se pueden hacer muchas realizaciones de la invención sin apartarse del alcance de la invención, la invención reside en las reivindicaciones adjuntas de aquí en adelante.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de protección eléctrica (1400) que comprende:

un primer conductor de circuito (1402a);

un segundo conductor de circuito (1402b);

un dispositivo de descarga eléctrica, que incluye un primer conductor (1405a, 1455a, 1475a) conectado eléctricamente al primer conductor de circuito (1402a) y un segundo conductor (1405b, 1455b, 1475b) conectado eléctricamente al segundo conductor de circuito (1402b), el dispositivo de descarga eléctrica que forma un descargador de chispas (1406a, 1456, 1476) entre un primer electrodo (1410a, 1460a, 1480a) del primer conductor (1405a, 1455a, 1475a) y un segundo electrodo (1410b, 1460b, 1480b) del segundo conductor (1405b, 1455b, 1475b);

en donde el descargador de chispas (1406a, 1456, 1476) se forma en el primer electrodo (1410a, 1460a, 1480a) y el segundo electrodo (1410b, 1460b, 1480b);

en donde está comprendido al menos un dispositivo de descarga eléctrica adicional, que incluye un descargador de chispas conectado en paralelo con el dispositivo de descarga eléctrica;

el primer y segundo conductores (1405a-b) y el primer y segundo electrodos (1410a-b) están formados de una aleación de cobre/tungsteno o de diferentes materiales elegidos entre tungsteno, cobre y/o niobio; el primer y segundo conductores (1405a-b, 1455a-b, 1475a-b) tienen una estructura sustancialmente cilíndrica;

en donde el primer conductor (1405a, 1455a, 1475a) y el segundo conductor (1405b, 1455b, 1475b) incluyen partes superiores (1468a-b, 1488a-b) y partes inferiores (1469a-b, 1489a-b) conectadas a dicho primer y segundo electrodos (1460a-b, 1480a-b), en donde las partes inferiores (1469a-b, 1489a-b) se reciben por una estructura de soporte y están en ángulo una hacia otra de manera que el primer y segundo electrodos sean adyacentes entre sí, y las partes superiores (1468a-b, 1488a-b) están alejadas en ángulo una de otra; en donde el primer y segundo electrodos (1410a-b, 1460a-b, 1480a-b) están separados para iniciar una corriente de arco a través del descargador de chispas (1406a-c, 1456, 1476) cuando la tensión de ruptura del descargador de chispa (1406a-c, 1456, 1476) se excede; el primer y segundo electrodos que están separados sustancialmente a la misma anchura que el descargador de chispas del al menos un dispositivo de descarga eléctrica adicional; en donde las superficies del primer y segundo electrodos incluyen una superficie plana (1480a-b) o una superficie curva (1460a-b) con un radio R;

está comprendida una estructura de soporte (1404a-b, 1414a-b), que incluye:

una pluralidad de soportes separados construidos para soportar el primer conductor y el segundo conductor y resistir repetidamente una fuerza de Lorentz generada en base a una corriente de arco a través del descargador de chispas (1406a-c, 1456, 1476) a la tensión de ruptura; y

una pluralidad de aisladores rígidos (1414a-b) para asegurar la separación entre los soportes de dicha pluralidad de soportes separados (1404a-b).

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde las partes superiores (1468a-b) están formadas de un material diferente al de las partes inferiores (1469a-b) y están unidas a las partes inferiores mediante un proceso de soldadura de plata.

3. El dispositivo de la reivindicación 1 o 2, en donde el radio R es de 25,4 - 76,2 mm.

4. El dispositivo de la reivindicación 1 o 2, en donde el primer electrodo y los segundos electrodos tienen superficies planas con partes superiores y partes inferiores respectivas, en donde la parte superior de los electrodos (1480a-b) están separados por un primer ancho (W1) y las partes inferiores de los electrodos (1480a-b) están separadas por un segundo ancho (W2) mayor, en donde las superficies planas del primer y segundo electrodos (1480a-b) tienen una altura H.

5. El dispositivo de una o más de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el primer conductor de circuito está conectado a un terminal de puesta a tierra y el segundo conductor de circuito está conectado a una línea de transmisión de energía o al neutro de un transformador.

6. El dispositivo de una o más de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el primer y segundo conductores de circuito están conectados a un sistema eléctrico.

7. El dispositivo de una o más de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el primer y segundo conductores de circuito están conectados a un banco de condensadores.

8. El dispositivo de una o más de las reivindicaciones 1 a 7, en donde está comprendido un par de cuernos de arco o escalera de Jacob, que incluye el primer y el segundo conductores.