Устройство для ограничения и отключения тока электрической цепи

 

Изобретение относится к защите электрических сетей и может быть применено для ограничения и отключения тока электрической цепи. Технический результат - повышение эффективности ограничения тока и снижение перенапряжений в цепи. Это достигается в устройстве для ограничения и выключения тока электрической цепи, содержащем два параллельных электрода, подключенные к источнику питания и соединенные между собой устройством инициирования электрического разряда. Новым в предложенном устройстве является то, что в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, изготовленные из резистивного материала, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельс, предназначенных для их подключения в электрическую цепь. Для уменьшения размеров устройства рельсы свернуты в спираль. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Данное изобретение относится к средствам защиты электрических сетей и предназначено для ограничения и отключения тока электрической цепи. Преимущественно данное изобретение может быть использовано в устройствах защиты электрических сетей и источников электрической энергии от перегрузок при коммутации электрической цепи, например в результате коротких замыканий.

Известен автомат гашения поля, предназначенный для выключения цепи с индуктивностью, содержащий электрические контакты, ограничительное сопротивление и дугогасительную камеру, состоящую из корпуса, катушки радиального поля, катушки магнитного дутья, магнитопровода, пластин дугогасительнной решетки, шунтированных активными сопртивлениями. В таком устройстве при выключении цепи электрическими контактами электрическая дуга, возникающая под воздействием ЭДС самоиндукции коммутируемой цепи, под действием магнитного поля указанных выше катушек перемещается на пластины дугогасительной решетки и разрушается. При этом энергия накопленная в индуктивности цепи рассеивается на активном сопротивлении дуги [1].

Недостатком такого устройства является сложность его конструкции.

Наиболее близким по конструкции и принципу действия, устройством, выбранным в качестве прототипа, является устройство для ограничения и выключения тока электрической цепи, содержащее два параллельных электрода, соединенных между собой устройством для инициирования электрического разряда, причем в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельсов, предназначенных для их включения в защищаемую электрическую цепь [2].

Данное устройство имеет относительно низкую эффективность при ограничении и отключении электрического тока электрической цепи, так как практически вся энергия выделяется в электрической дуге, имеющей низкое сопротивление электрическому току, а при гашении дуги неизбежно возникает перенапряжение в защищаемой цепи.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности ограничения электрического тока и снижение перенапряжения в защищаемой цепи.

Для достижения указанного технического результата предложено усовершенствовать устройство для ограничения и отключения тока электрической цепи, содержащее два параллельных электрода, соединенных между собой устройством для инициирования электрического разряда, причем в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельсов предназначенных для их подключения в защищаемую электрическую цепь. Усовершенствование заключается в том, что рельсы изготовлены из резистивного материала, например нихрома.

В другом варианте реализации предложенного устройства свободные концы рельсов соединены токопроводной перемычкой накоротко.

В третьем варианте реализации предложенного устройства с целью снижения размеров, рельсы свернуты в спирали, причем оба рельса расположены в одной плоскости.

В четвертом варианте реализации, рельсы свернуты в спирали, при этом спирали расположены в параллельных плоскостях.

В пятом варианте реализации рельсы свернуты по винтовой спирали, образуя чередующиеся витки, расположенные на одной цилиндрической поверхности.

В шестом варианте реализации рельсы свернуты по винтовой спирали, причем витки спиралей каждого рельса расположены на разных коаксиальных цилиндрических поверхностях.

В седьмом варианте реализации один рельс свернут по винтовой спирали, а второй выполнен в виде стержня и расположен по оси этой винтовой спирали.

Сущность предложенного изобретения поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг. 1 показана электрическая схема предложенного устройства. На фиг. 2 показана схема во включенном состоянии, поясняющая принцип действия. На фиг. 3 - фиг. 8 показаны особенности конструкции рельсов в различных вариантах реализации предлагаемого устройства.

На фиг.1 устройство для ограничения и отключения тока электрической цепи содержит канал, образованный, парой параллельных токопроводящих рельсов 1 и 2, изготовленных из резистивного материала с повышенным электрическим удельным сопротивлением, входные концы которых подключены последовательно к внешней цепи, содержащей источник электрической энергии 3 и нагрузку 4, ток которой необходимо ограничить и отключить. Кроме того, вход рельсотрона шунтирован устройством для инициирования электрической дуги 5, например предохранительной плавкой вставкой или размыкающим контактом коммутатора. Корпус и электрические изоляторы не показаны.

На фиг. 2 показано предлагаемое устройство во включенном состоянии. При этом стрелками отмечен путь протекания электрического тока I и направление скорости V движения электрической дуги 6.

В другом варианте реализации предложенного устройства, изображенном на фиг.3, показан канал, образованный парой параллельных рельсов 1 и 2, изготовленных из материала с повышенным электрическим сопротивлением, входные концы которых подключены последовательно к внешней цепи, содержащей источник электрической энергии 3 и нагрузку 4. Вход рельсов шунтирован устройством для инициирования электрической дуги 5, а свободные концы замкнуты накоротко перемычкой 7.

На фиг. 4 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты в спираль, причем оба рельса 1 и 2 расположены в одной плоскости.

На фиг. 5 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты в спираль, причем рельсы 1 и 2 расположены в параллельных плоскостях.

На фиг. 6 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты по винтовой спирали, причем оба рельса расположены на одной цилиндрической поверхности.

На фиг. 7 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты по винтовой спирали, причем рельс 1 расположен на одной, а рельс 2 расположен на другой коаксиальных цилиндрических поверхностях.

На фиг. 8 показана конструкция рельсов, в которой рельс 1 свернут по винтовой спирали, а рельс 2 расположен на оси этой спирали.

Работа предлагаемого устройства (фиг. 1, фиг. 2) осуществляется следующим образом. В исходном состоянии электрический ток от источника электрической энергии 3 протекает по нагрузке 4 и по проводнику устройства для инициирования электрической дуги, в данном примере - по плавкой вставке предохранителя 5, шунтирующей вход рельсов. При разрушении плавкой вставки, например плавлении в результате токовой перегрузки, на входе рельсов возникает электрическая дуга 6 (фиг. 2), которая под действием магнитного поля собственного тока перемещается вдоль рельсов со скоростью V. По мере движения дуги, в цепь последовательно с нагрузкой включаются участки рельсов 1 и 2, изготовленных из резистивного материала с повышенным удельным сопротивлением, от точек подключения внешней цепи до дуги. В результате падения напряжения на указанных участках рельсов ограничивается и снижается ток внешней цепи. Электрическая дуга гаснет в результате уменьшения тока или разрушается по достижении свободных концов рельсов. В результате этого отключается ток нагрузки 4. Относительно плавное включение возрастающего активного сопротивления последовательно во внешнюю цепь позволяет рассеять энергию, накопленную в индуктивности внешней цепи, и снизить коммутационные перенапряжения. Величина общего сопротивления рельсов выбирается из условий требуемой кратности ограничения (снижения) тока. Например, для защиты от короткого замыкания, электрическое сопротивление рельсов может быть соизмеримым с номинальным сопротивлением нагрузки.

Устройство, изображенное на фиг. 3, работает аналогично устройству фиг. 1, кроме того, по мере приближения электрической дуги к короткозамкнутым концам рельсов, в результате шунтирования тока перемычкой 7, дуга гаснет без отключения тока нагрузки. При этом ток внешней цепи ограничивается сопротивлением рельсов, а выключение, в случае необходимости, может быть произведено другими известными средствами, например коммутатором внешней цепи.

Рельсы, конфигурация которых показана на фиг. 4. - фиг. 8 работают в составе устройств изображенных на фиг. 1 и фиг. 3 аналогично описанным выше и позволяют уменьшить габариты. Вместе с тем, в устройствах фиг. 5 и фиг. 7 после прохождения дугой первого витка спирали на дугу действует суммарное магнитное поле всех пройденных витков. Следовательно, электрическая дуга будет эффективнее перемещаться при меньших токах. Кроме того, в таких рельсах более высокое значение величины индуктивной составляющей вводимого сопротивления, что повышает эффективность ограничения тока внешней цепи.

Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства для ограничения и отключения тока электрической цепи и повысить быстродействие коммутации при малых коммутационных перенапряжениях, благодаря рассеянию энергии индуктивностей коммутируемой цепи на вводимом активном сопротивлении рельсов.

Литература 1. Г. А.Лукьянов. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985, с. 36, рис. 2-11.

2. Авторское свидетельство СССР N 112017, кл. МКИ G 01 R 31/02, H 01 T 1/02, от 02.08.1958 г.

Формула изобретения

1. Устройство для ограничения и выключения тока электрической цепи, содержащее два параллельных электрода, соединенных между собой устройством для инициирования электрического разряда, причем в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельсов, предназначенных для их подключения в электрическую цепь, отличающееся тем, что рельсы изготовлены из резистивного материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что свободные концы рельсов соединены токопроводной перемычкой.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из рельсов свернут в спираль, причем оба рельса расположены в одной плоскости.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из рельсов свернут в спираль, при этом спирали расположены в параллельных плоскостях.

5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что рельсы свернуты по винтовым спиралям и образуют чередующиеся витки, расположенные на одной цилиндрической поверхности.

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что рельсы свернуты по винтовой спирали, причем витки спирали каждого рельса расположены на разных коаксиальных цилиндрических поверхностях.

7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что один рельс свернут по винтовой спирали, а второй выполнен в виде стержня и расположен по оси этой винтовой спирали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8