Ограничитель тока
Изобретение относится к области электротехники, а именно к жидкометаллическим ограничителям тока, применяемым в электрических сетях напряжением до 0,4 кВ для защиты потребителей электрической энергии от токов короткого замыкания. Технический результат - упрощение технологии изготовления узкого перешейка, многократное уменьшение риска механического повреждения диэлектрической втулки и внутренней керамической детали, расширение эксплуатационных возможностей - возможность изменять сечение узкого перешейка при проведении эксплуатационных ремонтных работ. Ограничитель тока содержит диэлектрическую втулку с осевым отверстием, внутри которой свободно расположена внутренняя керамическая деталь в форме шара строгих геометрических размеров, узкий перешеек в месте поперечного сечения внутренней керамической детали по ее диаметру и диаметру диэлектрической втулки. На втулке с обеих сторон расположены контактные выводы, к одному из которых прикреплен сильфон. Внутренняя полость сильфона, диэлектрической втулки и узкий перешеек заполнены жидким металлом. 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к жидкометаллическим ограничителям тока.
Ограничители тока используются в электрических сетях напряжением до 0,4 кВ для защиты потребителей электрической энергии от токов короткого замыкания. Основной деталью ограничителя тока является керамическая втулка. Керамические втулки получают методом литья горячего шликера в формы под давлением. Для оформления узкого перешейка (канала) в форму должна быть помещена шпилька (знак), повторяющая форму этого перешейка. Шпильки (знаки) диаметром менее 0,5 мм под действием потоков массы при заполнении формы, как правило, изгибаются, ломаются или отклоняются от оси, что делает невозможным освобождение детали из формы и является недостатком имеющихся ограничителей тока, так как по условиям работы данных устройств нередко возникает задача в использовании ограничителей с сечением перешейка менее 0,5 мм. Узкий перешеек диэлектрической втулки невозможно также подвергнуть механической обработке с целью обеспечения строго определенного размера. Размер перешейка может колебаться, так как окончательный размер зависит от режима отжига и степени усадки керамики. Отклонению размеров способствует износ знаков формы при освобождении детали из формы. Однако изменения в размерах узкого перешейка (канала) вызывают изменения в токах и времени срабатывания ограничителя тока, что является основным недостатком.
Известен ограничитель тока, выполненный по крайней мере с одним узким перешейком (каналом), содержащий диэлектрическую втулку с осевым отверстием, в котором размещена внутренняя керамическая деталь в виде цилиндра с продольными пазами на его боковой поверхности так, что ее продольные пазы, совместно с внутренней поверхностью диэлектрической втулки, образуют узкие перешейки (каналы), демпфирующий узел, заполненный жидким металлом, и контактные выводы, являющийся наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и принятый за прототип (См. А.с. 1104600 СССР, МКИ3 Н 01 H 87/00).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при изготовлении и использовании прототипа, относятся следующие: необходимость использовать точное производственное оборудование для получения по крайней мере одного узкого перешейка. В первую очередь это относится к вопросу изготовления пазов строгих геометрических размеров на поверхности внутренней керамической детали. Существует также риск механического повреждения в виде царапин и сколов при подгонке внутренней поверхности диэлектрической втулки и внешней поверхности керамической детали, плотность соединений которых является условием работы устройства. Невозможность изменить сечение узкого перешейка при проведении эксплуатационных ремонтных работ
Чертеж прототипа (фиг.1) содержит диэлектрическую втулку 1, внутри которой расположена внутренняя керамическая деталь 2 в виде цилиндра с продольными пазами 3. На втулке с обеих сторон расположены контактные выводы 4 и 5, к одному из которых прикреплен сильфон 6. Узкие перешейки диэлектрической втулки и внутренняя полость сильфона 6 заполнены жидким металлом 7. На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1.
Достоинство прототипа по сравнению с аналогами - выполнение узкого перешейка в диэлектрической втулке подобной формы, что невозможно при использовании метода горячего литья под давлением.
Технический результат - упрощение технологии изготовления узкого перешейка, многократное уменьшение риска механического повреждения диэлектрической втулки и внутренней керамической детали, расширение эксплуатационных возможностей - возможность изменять сечение узкого перешейка при проведении эксплуатационных ремонтных работ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве ограничителя тока вместо внутренней керамической детали в форме цилиндра с пазами внутрь диэлектрической втулки с осевым отверстием помещается внутренняя керамическая деталь в форме шара строгих геометрических размеров с диаметром, меньшим диаметра диэлектрической втулки. Роль токопроводящего узкого перешейка в данной конструкции выполняет зазор между внутренней поверхностью полого цилиндра и поверхностью диэлектрической пробки в форме шара. Узкий перешеек находится в месте поперечного сечения внутренней керамической детали по ее диаметру и диаметру диэлектрической втулки. При проведении эксплуатационных ремонтных работ ограничителя тока сечение узкого перешейка можно менять, заменяя одну диэлектрическую втулку на другую большего либо меньшего сечения. Для изменения сечения узкого перешейка можно также менять одну внутреннюю керамическую деталь на другую, но производство диэлектрических втулок дешевле и проще. Риск повреждения деталей, при проведении эксплуатационных ремонтных работ, по предполагаемой причине отсутствия механических критических воздействий на них минимален.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического, результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.
Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется фиг.3, где изображен ограничитель тока, содержащий диэлектрическую втулку 1 с осевым отверстием, внутри которой свободно расположена внутренняя керамическая деталь 2 в форме шара строгих геометрических размеров, узкий перешеек 3 в месте поперечного сечения внутренней керамической детали 2 по ее диаметру и диаметру диэлектрической втулки 1. На диэлектрической втулке 1 с обеих сторон расположены контактные выводы 4 и 5, к одному из которых прикреплен сильфон 6. Внутренняя полость сильфона 6, диэлектрической втулки 1 и узкий перешеек 3 заполнены жидким металлом 7. На фиг.4 показано сечение А-А фиг.3.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Ограничитель тока является жидкометаллическим устройством, в рабочем состоянии он заполнен жидким металлом и выполняет функции коммутации электрического тока и разрыва электрической цепи. Цепь тока проходит от контактного вывода 4 к выводу 5 через узкий перешеек 3. Разрыв цепи происходит в узком перешейке 3 - месте наименьшего сечения, который находится в месте поперечного сечения внутренней керамической детали по ее диаметру и диаметру диэлектрической втулки. При протекании тока короткого замыкания в узком перешейке ограничителя тока часть жидкого металла нагревается до температуры кипения и парообразования, что приводит к образованию в месте разрыва газовой пробки и электрической дуги. Процесс горения электрической дуги сопровождается выделением тепловой энергии в токопроводящем канале, что приводит к дальнейшему нагреву жидкого металла, все большему его переходу в газообразное состояние и повышению давления паров жидкого металла в замкнутом объеме ограничителя тока. Как известно, пары жидкого металла обладают большим активным сопротивлением, что приводит к гашению электрической дуги. Взрывоопасное повышение давления компенсируется расширением объема сильфона 6. После гашения дуги пары металла конденсируются и под действием силы упругости сильфона возвращаются в узкий перешеек 3. Поврежденная электрическая цепь отделяется от сети дополнительным коммутационном аппаратом за время бестоковой паузы.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области электротехники;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Ограничитель тока, содержащий диэлектрическую втулку с осевым отверстием, демпфирующий узел, заполненные жидким металлом, и контактные выводы, отличающийся тем, что он снабжён внутренней керамической деталью в виде шара правильных геометрических размеров, а узкий перешеек образован в месте поперечного сечения внутренней керамической детали по ее диаметру и диаметру диэлектрической втулки.
