ES2872524T3 - Dispositivo de corte de arco eléctrico - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de corte de arco eléctrico (1; 50) que comprende: - una zona de contacto (2) en la que están presentes por lo menos un contacto fijo (3) y por lo menos un contacto (4) móvil con respecto al contacto fijo (3), pudiendo los contactos (3; 4) ser puestos en contacto y separados uno del otro, y - un cuerno de arco (10) presente frente al contacto fijo (3), siendo la altura hc del cuerno de arco (10) superior o igual a la altura ht del contacto fijo (3) y presentando el cuerno de arco (10) una parte de conmutación de arco (12) plegada que se extiende en una dirección opuesta al contacto fijo (3), estando el dispositivo presente en una caja y caracterizado por que el cuerno de arco (10) presenta una anchura L igual a la anchura interna de dicha caja, correspondiendo la anchura L del cuerno de arco (10) a su dimensión mayor medida perpendicularmente a su altura.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de corte de arco eléctrico
Antecedentes de la invención
La invención se refiere al campo de los dispositivos de corte de arcos eléctricos.
Cuando tiene lugar una maniobra de corte, nace un arco eléctrico entre los contactos eléctricos. Este arco crea una fuerza contraelectromotriz en la red que tiende a oponerse a la fuente de la red. En una red de corriente alterna, la intensidad de la corriente en los bornes del aparellaje de corte pasa periódicamente por el cero. Por ejemplo, estos pasos de la intensidad por el cero se efectúan cada 10 ms en una red de 50 Hz. Cuando la corriente pasa por el cero, el arco conductor se enfría brutalmente y entonces se recombinan los iones del plasma del arco. Esta recombinación se realiza más o menos rápidamente según la técnica de corte (fraccionamiento o alargamiento), el grado de contaminación y el tipo de plasma. Esta recombinación permite que el corte resista a la tensión de la red presente todavía en sus bornes. Si no es el caso, una descarga dieléctrica reinicia un arco en el corte, hasta el siguiente paso de la corriente por el cero.
Una tensión de arco superior a la tensión de la red permite iniciar más pronto este fenómeno de recombinación dieléctrica que el paso natural de la corriente por el cero, lo cual aumenta las posibilidades de cortar la corriente. Sin embargo, se plantea un problema para los dispositivos de corte existentes debido a la posible erosión de los contactos eléctricos por el arco eléctrico generado. Esta erosión puede afectar a la vida útil de los dispositivos de corte.
Existe por lo tanto una necesidad de disponer de nuevos dispositivos de corte con una vida útil mejorada en los que la erosión de los contactos debida al arco eléctrico sea limitada.
El documento US 4 642 428 A1 divulga (figura 24) un dispositivo de corte de arco eléctrico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Objeto y resumen de la invención
Con este fin, la invención propone, según un primer aspecto, un dispositivo de corte de arco eléctrico que comprende:
- una zona de contacto en la que están presentes por lo menos un contacto fijo y por lo menos un contacto móvil con respecto al contacto fijo, pudiendo los contactos ser puestos en contacto y separados uno del otro, y
- un cuerno de arco presente frente al contacto fijo, siendo la altura del cuerno de arco superior o igual a la altura del contacto fijo y presentando el cuerno de arco una parte de conmutación de arco plegada que se extiende en una dirección opuesta al contacto fijo.
Debido a la presencia de una parte de conmutación plegada, el cuerno de arco permite empujar el arco al fondo del dispositivo de corte, mejorar su fraccionamiento y alejar el arco del contacto fijo. El desplazamiento del arco desde el contacto fijo hacia el cuerno de arco permite también reducir la erosión del contacto fijo debida a un contacto limitado entre el arco eléctrico y el contacto fijo, lo cual permite mejorar la vida útil del dispositivo de corte. La parte de conmutación de arco constituye un elemento sacrificial que va a ser consumido por el arco en lugar del contacto fijo, que permite mejorar la vida útil del contacto fijo y por lo tanto aumentar la vida útil del dispositivo de corte.
En un ejemplo de realización, el material que forma la parte de conmutación de arco puede tener una temperatura de cambio de estado superior a la temperatura de cambio de estado del material que forma el contacto fijo. Este es el caso por ejemplo cuando el cuerno de arco es de acero y el contacto fijo es de cobre.
El material que forma la parte de conmutación de arco puede tener así una temperatura de fusión, respectivamente de vaporización, superior a la temperatura de fusión, respectivamente de vaporización, del material que forma el contacto fijo.
La utilización de un cuerno de arco de este tipo es ventajosa con el fin de reducir la erosión debida al arco del contacto fijo y al cuerno de arco, ya que este está realizado en un material resistente a la erosión debida al arco. Por consiguiente, esta configuración permite prolongar aún más la vida útil del dispositivo de corte.
Según la invención, el dispositivo de corte se presenta en una caja, teniendo el cuerno de arco una anchura L igual a la anchura interna de dicha caja.
La utilización de dicho cuerno de arco permite reducir, incluso evitar, su contorneamiento lateral por los gases de plasma. Haciendo esto, permite alargar el camino recorrido por los gases y enfriar así mejor estos últimos antes de su evacuación al exterior del dispositivo de corte. Dicha configuración permite ventajosamente minimizar los potenciales cebados en el exterior del dispositivo de corte.
En un ejemplo de realización, el dispositivo de corte puede comprender además una cámara de corte que comprende un apilamiento de chapas de fraccionamiento de arco eléctrico presente frente al cuerno de arco.
Dicho dispositivo permite mejorar más el poder de corte del dispositivo y limitar así aún más la erosión de los contactos eléctricos debida al arco.
Como variante, el dispositivo de corte puede estar desprovisto de un apilamiento de chapas de fraccionamiento de arco eléctrico.
Dicho dispositivo permite ventajosamente disponer de una solución de corte de arco eléctrico sencilla y poco costosa.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción siguiente de modos particulares de realización de la invención, dados a título de ejemplos no limitativos, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- las figuras 1 a 3 representan un primer ejemplo de dispositivo de corte según la invención,
- la figura 4 representa un detalle del dispositivo de corte ilustrado en las figuras 1 a 3,
- las figuras 5 a 8 representan la evolución de un arco eléctrico en el dispositivo de corte de las figuras 1 a 3, y
- la figura 9 representa una variante de dispositivo de corte según la invención.
Descripción detallada de modos de realización
La figura 1 representa un ejemplo de dispositivo de corte de arco eléctrico 1 según la invención. El dispositivo de corte ilustrado permite realizar un corte de arco eléctrico en el aire. El dispositivo de corte 1 comprende una zona de contacto 2 en la que están presentes por lo menos un contacto fijo 3 y por lo menos un contacto 4 móvil con respecto al contacto fijo 3. Los contactos 3 y 4 pueden ser puestos en contacto y separados uno del otro, estando el contacto móvil 4 configurado en el ejemplo ilustrado para efectuar un movimiento de rotación alrededor de un eje de rotación cuando los contactos están separados. El cabezal de contacto 3 y el soporte fijo 15 forman un subconjunto fijo que permite la conexión del dispositivo de corte 1 en una instalación eléctrica. El cabezal de contacto 3 puede estar formado por un material metálico, por ejemplo por cobre. Cuando el contacto móvil 4 está en contacto con el cabezal de contacto 3, una corriente puede circular entre estos elementos. Cuando el contacto móvil 4 está separado del cabezal de contacto 3, una corriente no puede circular entre estos elementos.
El dispositivo de corte ilustrado es un dispositivo de corte rotativo con dos cuchillas, de doble corte (véase la figura 2). No se aparta del marco de la invención cuando el dispositivo de corte es de otro tipo, por ejemplo del tipo de simple corte rotativo con cuchillas o de doble corte de traslación con cuchillas.
El dispositivo de corte 1 comprende además un cuerno de arco 10 presente frente al cabezal de contacto 3 en el soporte fijo 15. El cuerno de arco 10 está fijado al soporte fijo 15 por una unión mecánica. El cuerno de arco 10 comprende una pata 14, así como una parte de conmutación de arco 12. El cuerno de arco está realizado en un material conductor de la electricidad, pudiendo por ejemplo el cuerno de arco 10 estar formado por un material metálico, por ejemplo por acero. La pata 14 está en el ejemplo ilustrado en contacto con el soporte fijo 15 pero no se aparta del marco de la invención cuando el cuerno de arco 10 no está en contacto con el soporte fijo 15, sino que está fijado a la caja que constituye la envuelta exterior del dispositivo de corte. En este último caso, la distancia que separa el cuerno de arco 10 del soporte fijo 15 puede ser por ejemplo inferior o igual a 1 mm. Un arco eléctrico generado a partir del contacto móvil 4 está destinado a desplazarse sobre la parte de conmutación de arco 12 como se detallará a continuación.
Como se ilustra, la altura hc del cuerno de arco 10, correspondiente a la altura a la que está presente el extremo 13 de la parte de conmutación de arco 12, es superior a la altura ht del cabezal de contacto 3. La parte de conmutación de arco 12 está plegada y se extiende en una dirección opuesta al contacto fijo 3 (es decir, se extiende alejándose del contacto fijo 3). La parte de conmutación 12 forma, como se ilustra, un codo 12a. La altura hc del cuerno de arco 10 así como la altura h'c en la que está presente el codo 12a son, en el ejemplo ilustrado, superiores
a la altura ht del cabezal de contacto 3. Las alturas hc, h'c y ht se miden a partir de la superficie S del soporte fijo 15 frente al cual está presente el cuerno de arco 10 y perpendicularmente a esta superficie S.
El dispositivo de corte 1 está presente en una caja 35. En el ejemplo ilustrado, la caja corresponde a la reunión de dos medias cajas (véanse las figuras 2 y 3). La media caja forma con la otra media caja (no representada), la envuelta exterior del dispositivo de corte. Esta envuelta permite la fijación del dispositivo de corte en la instalación eléctrica. El cuerno de arco 10 tiene una anchura igual a la anchura interna de la caja 35 para reducir, incluso evitar, el contorneamiento lateral de dicho cuerno de arco 10 por los gases de plasma. La figura 4 muestra el cuerno de arco e ilustra el hecho de que este presenta una anchura suficiente para limitar su contorneamiento lateral por los gases. La anchura L del cuerno de arco 10 corresponde a su mayor dimensión medida perpendicularmente a su altura.
El dispositivo de corte 1 comprende además, en el ejemplo ilustrado en la figura 1, una cámara de corte 20 que comprende un apilamiento de chapas de fraccionamiento 21. Las chapas de fraccionamiento 21 de arco eléctrico están montadas sobre un soporte de chapas 22 (véase la figura 3). El montaje de las chapas de fraccionamiento 21 sobre el soporte de chapas 22 permite formar una cámara de corte 20 rígida. Las chapas de fraccionamiento 21 son por ejemplo de acero dulce. El soporte de chapas 22 puede ser por ejemplo de cartón vulcanizado. Las chapas de fraccionamiento pueden, como variante, estar montadas directamente en la caja que constituye la envuelta exterior del dispositivo de corte. La cámara de corte 20 ilustrada comprende una pluralidad de chapas de fraccionamiento 21 apiladas, por ejemplo por lo menos tres chapas de fraccionamiento 21 apiladas, por ejemplo por lo menos cinco chapas de fraccionamiento 21 apiladas. Las chapas de fraccionamiento pueden tener por ejemplo una forma de V o de U cuando se observan en una dirección perpendicular a su plano de alargamiento.
Como se ilustra en la figura 1 en particular, se forma un arco eléctrico 30 tras la apertura de los contactos 3 y 4. El arco 30 nace en el lugar del último contacto eléctrico. Este arco 30 es sometido a la fuerza de Laplace inducida por la circulación de la corriente, estando esta circulación materializada por las curvas 31. El arco 30 se encuentra en un bucle de corriente y las fuerzas de Laplace que se ejercen sobre este bucle tienden a abrir el bucle. Este efecto se denomina habitualmente efecto de bucle. La fuerza de Laplace que se aplica al arco 30 tiende a empujar el arco 30 hacia el fondo del dispositivo de corte 1.
Se describirá ahora la evolución del arco 30 generado entre los contactos 3 y 4.
Los contactos continúan su movimiento de apertura. El arco 30 se desplaza entonces hasta el extremo 3a del cabezal de contacto 3 y hasta el extremo 4a del contacto móvil 4 (véase la figura 5). El plasma procedente del arco enfriado puede seguir un camino predeterminado materializado por las flechas 32. Debido a la utilización de un cuerno de arco 10 de anchura suficiente, los gases recorren un camino más largo y por lo tanto se enfrían mejor antes de su evacuación al exterior del dispositivo de corte. Esto puede permitir ventajosamente minimizar los potenciales encendidos en el exterior del dispositivo de corte. La mayor parte del volumen de estos gases de plasma se desvía hacia un orificio de escape 40 y circula en el volumen delimitado por la parte de conmutación 12 y la chapa de fraccionamiento más cercana a esta parte. Estos gases permiten que el medio cercano al cuerno de arco esté en unas condiciones óptimas de descarga dieléctrica (la rigidez dieléctrica decrece cuando aumenta la temperatura).
Los contactos continúan su movimiento de apertura. El arco en el extremo del cabezal de contacto (configuración P1 esquematizada en la figura 6) conmuta entonces a la parte de conmutación 12 del cuerno de arco 10 (configuración P2) ya que su longitud es más corta tras la conmutación. Dicha conmutación puede explicarse por el hecho de que es preferible que el arco eléctrico se extienda según un camino lo menos "impedante" posible, correspondiente en este caso a un camino que tiene la longitud más corta posible. Esta conmutación resulta de un fenómeno de descarga dieléctrica. Además, el arco en la configuración P1 sufre también el efecto bucle de la circulación de la corriente que tiende a deformarlo y a darle una forma recurvada (véase la configuración P' en línea de puntos en la figura 6). Esta deformación permite facilitar aún más la conmutación del arco en el cuerno de arco. En el ejemplo ilustrado en el que hay rotación del contacto móvil 4 en la apertura de los contactos, el arco se desplaza radialmente cuando tiene lugar la conmutación en el cuerno de arco, es decir perpendicularmente al eje de rotación del contacto móvil.
Tras la conmutación, el pie de arco por el lado del cuerno de arco ve una fuerza de Laplace (flecha indica en la figura 6) debida al efecto de bucle (circulación de la corriente 31), que lo empuja hacia el fondo del dispositivo de corte. Con ello, el pie de arco, debido a su muy alta temperatura, erosiona la parte de conmutación 12. La parte de conmutación 12 constituye así una parte sacrificial del dispositivo de corte que será consumida en lugar del contacto fijo 3. Esto permite alargar el tiempo durante el cual se pueden utilizar los contactos del dispositivo de corte y mejorar así la vida útil del dispositivo de corte.
Los contactos continúan todavía su movimiento de apertura. El arco penetra en la cámara de corte y se fracciona. Haciendo esto, mantiene un cierto nivel de tensión fijo (caídas de tensión catódica y anódica a nivel de los diferentes pies de arco) y se enfría (intercambio entre el arco y las chapas de fraccionamiento, lo cual aumenta la impedancia). Tras la apertura completa de los contactos, el arco está totalmente fraccionado en la cámara de corte (véanse las figuras 7 y 8).
Este principio de corte puede ser declinado también sin chapas de fraccionamiento, lo cual permite una simplificación del dispositivo de corte 50, como se ilustra en la figura 9. La conmutación del arco del cabezal de contacto 3 en el cuerno de arco 10 se realiza como con la cámara de corte. Tras la conmutación, el arco ya no se estabiliza en la cámara de corte, sino que se alarga hasta el fondo del dispositivo de corte 50. Este alargamiento resulta de las fuerzas de Laplace consecuencia del efecto de bucle. El alargamiento permite que el arco aumente su impedancia. El arco se alarga a lo largo de la pared interna de la caja, lo cual tiende a enfriar el arco y también a aumentar su impedancia. El pie de arco se estabiliza a nivel del extremo de la parte de conmutación 12, siendo esta zona una zona sacrificial como se ha descrito anteriormente.
Los dispositivos de corte según la invención se pueden utilizar para realizar el corte de una corriente continua ("CC") o alterna ("CA"). Los dispositivos de corte según la invención se pueden utilizar en el campo de la baja tensión (U_AC<1000V y U_DC<1500V).
La expresión "que presenta/que contiene/que comprende un(una)" debe comprenderse como " que presenta/que contiene/que comprende por lo menos un(una)".
La expresión "comprendido(a) entre ... y ..." o "que va desde ... a ..." debe comprenderse con los límites incluidos.
Claims (4)
1. Dispositivo de corte de arco eléctrico (1; 50) que comprende:
- una zona de contacto (2) en la que están presentes por lo menos un contacto fijo (3) y por lo menos un contacto (4) móvil con respecto al contacto fijo (3), pudiendo los contactos (3; 4) ser puestos en contacto y separados uno del otro, y
- un cuerno de arco (10) presente frente al contacto fijo (3), siendo la altura hc del cuerno de arco (10) superior o igual a la altura ht del contacto fijo (3) y presentando el cuerno de arco (10) una parte de conmutación de arco (12) plegada que se extiende en una dirección opuesta al contacto fijo (3),
estando el dispositivo presente en una caja y caracterizado por que el cuerno de arco (10) presenta una anchura L igual a la anchura interna de dicha caja, correspondiendo la anchura L del cuerno de arco (10) a su dimensión mayor medida perpendicularmente a su altura.
2. Dispositivo (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende además una cámara de corte (20) que comprende un apilamiento de chapas de fraccionamiento (21) de arco eléctrico presente frente al cuerno de arco (10).
3. Dispositivo (50) según la reivindicación 1, caracterizado por que está desprovisto de un apilamiento de chapas de fraccionamiento de arco eléctrico.
4. Dispositivo (1; 50) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el material que forma la parte de conmutación de arco (12) presenta una temperatura de cambio de estado superior a la temperatura de cambio de estado del material que forma el contacto fijo (3).
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