Устройство защиты от выбросов напряжения с подвижным электродом
Изобретение относится к устройству заземления тока, если напряжение линии превышает заданное пороговое значение. Технический результат заключается в создании устройства защиты от выбросов напряжения, содержащего нелинейный электрический диполь, в частности, с переменным резистором, выполненным с возможностью быстрого реагирования на выбросы напряжения, возникающие на клеммах устройства, и средство непосредственного заземления очень сильных токов без прохождения их через диполь. Устройство защиты от выбросов напряжения подключено между электрической линией (50) и заземлением (52) и содержит первый соединяющий электрод (12), второй соединяющий электрод (18) и подвижный переключающий электрод (22) для переключения между рабочим положением в контакте с первым соединяющим электродом и положением вблизи второго соединяющего электрода. Электрический диполь (36), содержащий переменный резистор (40) и/или искровой разрядник (38), соединяет подвижный электрод (22) со вторым соединяющим электродом (18). Подвижный электрод (22) выполнен с возможностью перемещения механизмом, электромеханическим реле и/или магнитопроводом (46), выполняющими отталкивание при значительном повышении силы тока. Отделение друг от друга электродов (12, 22) создает дугу, которая ограничивает протекающий в диполе ток и затем, переключаясь на второй соединяющий электрод (18), отключает диполь от цепи, обеспечивая ее защиту. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству заземления тока, если напряжение линии превышает заданное пороговое значение.
Предшествующий уровень техники
В документе DE 3228771 раскрыто устройство указанного типа, сформированное двумя параллельными ветвями цепи, расположенными между входной клеммой, соединенной с линией, и выходной клеммой, которая заземлена. Одна из ветвей содержит искровой разрядник, другая содержит переменный резистор. Известно, что искровой разрядник имеет большее время отклика, чем переменный резистор. При возникновении между клеммами небольшого выброса напряжения, характеризующего вспышку молнии на большом расстоянии от устройства, переменный резистор включается на несколько наносекунд, и ток протекает без включения искрового разрядника, поскольку не достигается напряжение зажигания искрового разрядника. Если между клеммами возникает значительный выброс напряжения, характеризующий вспышку молнии в непосредственной близости от устройства, переменный резистор реагирует первым, но напряжения на клеммах искрового разрядника достаточно для того, чтобы искровой разрядник включился, и при этом обеспечивается возможность ограничения последующего тока, текущего в переменном резисторе. Но та ветвь цепи, которая содержит переменный резистор, остается включенной, когда искровой разрядник начинает действовать. Поэтому переменный резистор не имеет достаточной защиты в случае длинной последующей волны тока. Поэтому имеется риск повреждения переменного резистора. В случае повреждения переменного резистора в нем непрерывно происходит утечка тока. Помимо этого, он более не может достигнуть напряжения искрового разрядника. Поэтому предлагается предусмотреть средство постоянного контролирования состояния переменного резистора в ветви, содержащей переменный резистор. Это означает отключение ветви, в которой находится переменный резистор, при ухудшении характеристик переменного резистора. При этом устройство продолжает действовать в ухудшенном режиме, при котором защита выполняется только искровым разрядником.
Надлежащая работа устройства также зависит и от целесообразного согласования элементов, гарантирующего точное перекрытие диапазонов работы переменного резистора и искрового разрядника. Переменный резистор обязательно должен выдерживать напряжения, превышающие напряжение зажигания искрового разрядника, и также переменный резистор должен обязательно быстро достигать напряжение зажигания искрового разрядника. Для этого требуется использование элементов с небольшим расхождением вольт-амперных характеристик, с относительно постоянными во времени характеристиками, что обусловливает повышенную себестоимость элементов.
Для решения этой второй проблемы в документе DE 3812058 предлагается соединить полное сопротивление (импеданс) последовательно в ветви цепи, содержащей переменный резистор. Характеристики полного сопротивления подбираются надлежащим образом, чтобы переход между рабочим режимом с выключенным искровым разрядником и рабочим режимом с включенным разрядником происходил, относительно не сказываясь на характеристиках переменного резистора и искрового разрядника. Но это устройство не устраняет проблемы преждевременного ухудшения характеристик переменного резистора.
В документе FR 1052741 также раскрыт грозовой разрядник с переносом дуги, содержащий два металлических силовых электрода, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, и промежуточный электрод, сформированный из полупроводящего резистора, последовательно соединенного с одним из металлических электродов и выступающего к другому металлическому электроду. В случае выброса напряжения дуга разряда сначала возникает на одном конце резистивного электрода и затем - между двумя металлическими электродами. Резистивный электрод указанного грозового разрядника соединен последовательно для разрядов небольшой амплитуды и небольшой длительности и замкнут коротко для разрядов большой амплитуды или большой длительности. Таким образом обеспечивается некоторая защита резистивного электрода. Фактически, в определенных условиях применения дуга может удвоиться или колебаться между резистивным электродом и силовым электродом, с которыми она соединяется. Кроме этого, трудно с точностью определить напряжение зажигания устройства, которое будет зависеть от состояния поверхности резистивного электрода и обращенного к нему металлического электрода, от характеристик резистивного электрода и от всех параметров, характеризующих пробивное напряжение в газе, в котором находятся электроды, т.е. в первом приближении, от расстояния между резистивным электродом и обращенным к нему электродом и от давления газа, а также от формы электрода и характеристик газовой среды, проницаемости, влажности, температуры и давления.
Краткое изложение существа
Задачей настоящего изобретения является создание устройства защиты от выбросов напряжения, не имеющего указанных выше недостатков. Точнее, задачей настоящего изобретения является создание устройства защиты от выбросов напряжения, содержащего нелинейный электрический диполь, в частности, с переменным резистором, выполненным с возможностью быстрого реагирования на выбросы напряжения, возникающие на клеммах устройства, и средство непосредственного заземления очень сильных токов без прохождения их через диполь.
Поставленная задача согласно изобретению решена путем создания устройства защиты от выбросов напряжения, содержащего
первый соединяющий электрод, электрически соединенный с первой контактной площадкой,
второй соединяющий электрод, электрически соединенный со второй контактной площадкой,
третий подвижный переключающий дугу электрод, электрически соединенный со второй контактной площадкой,
дугогасительную камеру, открытую для первого и второго соединяющих электродов,
средство для перемещения подвижного электрода по отношению к первому соединяющему электроду из рабочего положения в переключающее положение при движении от первого соединяющего электрода ко второму соединяющему электроду, так что обеспечивается переключение электрической дуги, возникающей между первым соединяющим электродом и подвижным электродом, когда подвижный электрод перемещается из рабочего положения в переключающее положение,
электрический диполь, подключенный таким образом, что когда подвижный электрод находится в рабочем положении, электрический диполь с одной стороны соединен с переключающим дугу электродом, а с другой стороны соединен с первой или второй контактными площадками, и когда подвижный электрод находится в переключающем положении и электрическая дуга возникает между первым соединяющим электродом и вторым соединяющим электродом, то электрический диполь отключается от цепи, при этом электрический диполь имеет омическое сопротивление, изменяющееся нелинейно с прилагаемым к диполю напряжением, так что омическое сопротивление высокое, когда напряжение ниже, чем напряжение зажигания, и уменьшается, когда напряжение превышает напряжение зажигания.
При перемещении подвижного переключающего электрода в переключающее положение сначала между движущимся электродом и первым соединяющим электродом создается электрическая дуга, в результате чего следует немедленное ограничение тока, текущего в диполе. Когда переключающий электрод приближается к переключающему положению, электрическая дуга переключается в положение между соединяющими электродами, тем самым отключая электрический диполь из цепи. Таким образом обеспечивается защита диполя.
Электрический диполь предпочтительно подключен последовательно между переключающим электродом и второй контактной площадкой. Получаемое таким образом устройство отличается простотой. В частности, можно предусмотреть, чтобы подвижный электрод в рабочем положении контактировал с первым соединяющим электродом.
Согласно альтернативному варианту осуществления электрический диполь подключен последовательно между первым соединяющим электродом и неподвижным четвертым электродом, размещенным на некотором расстоянии от первого соединяющего электрода, и таким образом, что подвижный электрод в рабочем положении электрически соединен с неподвижным четвертым электродом.
Устройство предпочтительно также содержит средство индуцирования электромагнитной индукции, предназначенное для индуцирования электромагнитных сил, действующих на электрическую дугу, возникающую между первым соединяющим электродом и подвижным электродом, и продвижения дуги в дугогасительную камеру и/или переключения дуги на второй соединяющий электрод. Средство индуцирования электромагнитной индукции вызывает удлинение дуги, ограничивая последующий ток и/или переключая дугу между соединяющими электродами. Естественно, силы, воздействующие на электрическую дугу, возрастают с усилением тока дугового разряда, что способствует ограничению тока.
Перемещение переключающего электрода необязательно должно иметь большую амплитуду, это перемещение можно осуществить любыми соответствующими средствами. Привод предпочтительно содержит средство электромагнитно-индукционного отталкивания для индуцирования электромагнитных сил на движущемся электроде, в котором протекающий через него ток принудительно перемещает подвижный электрод в переключающее положение. Средство электромагнитно-индукционного отталкивания по сравнению с чисто механическим приводом перемещается очень быстро. На практике средство электромагнитно-индукционного отталкивания и средство индуцирования будут одинаковыми, они будут иметь вид петли для первого соединяющего электрода.
Согласно предпочтительному варианту осуществления средство электромагнитно-индукционного отталкивания содержит направляющий магнитопровод для направления магнитного потока, генерируемого электрическим током, текущим между первой контактной площадкой и первым соединяющим электродом в подвижный электрод в рабочем положении, в результате чего, когда электрический ток течет от первой контактной площадки к подвижному электроду, электромагнитные силы индуцируются в подвижном электроде, принудительно перемещая подвижный электрод в переключающее положение. В этом случае также магнитопровод сможет выполнять функцию средства принудительного перемещения дуги и функцию принудительного перемещения подвижного электрода.
Средство привода может содержать, возможно в комбинации, электромеханическое реле, чувствительное к току, протекающему в первом соединяющем электроде или подвижном электроде, механизм, снабженный подвижным средством для перемещения между рабочим положением и положением отключения и кинематическим звеном между средством для перемещения и подвижным электродом для перемещения подвижного электрода в положение отключения, когда средство для перемещения перемещается из рабочего положения в положение отключения, гибкое средство возврата для возврата подвижного электрода в рабочее положение, пружину для аккумулирования энергии, срабатывающую во время перемещения подвижного электрода из рабочего положения в переключающее положение.
Электрический диполь предпочтительно содержит переменный резистор.
Альтернативно электрический диполь может содержать искровой разрядник. Электрический диполь может содержать также искровой разрядник и/или переменный резистор, подключенные последовательно между переменным резистором, с одной стороны, и второй контактной площадкой или подвижным электродом, с другой стороны.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения, описываемых только в качестве неограничивающих примеров, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 и 2 изображают схематично первый вариант осуществления защитного устройства в рабочем положении и в переключающем положении, соответственно, согласно изобретению;
фиг.3 и 4 изображают схематично второй вариант осуществления защитного устройства в рабочем положении и в переключающем положении, соответственно, согласно изобретению;
фиг.5 изображает схематично третий вариант осуществления защитного устройства в рабочем положении, согласно изобретению;
фиг.6, 7, 8 и 9 изображают схематично четвертый вариант осуществления защитного устройства в рабочем положении, в положении отключения, в первом переключающем положении и во втором переключающем положении, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Устройство защиты от выбросов напряжения согласно первому варианту осуществления изобретения содержит формованный корпус 10 (фиг.1, 2) из изолирующего синтетического материала, в котором установлены первый соединяющий электрод 12, имеющий неподвижный контакт 14 и соединенный с первой контактной площадкой 16, второй соединяющий электрод 18, соединенный со второй контактной площадкой 20, и подвижный электрод 22 с подвижным контактом 24, выполненный с возможностью поворота вокруг неподвижной оси 26 из рабочего положения (фиг.1) и обеспечивающий контакт между двумя контактами 14, 24 в переключающее положение (фиг. 2). В этом положении подвижный электрод 22 находится вблизи второго соединяющего электрода 18. Два соединяющих электрода 12, 18 отделены друг от друга некоторым зазором и ограничивают вход дугогасительной камеры 30, снабженной деионизирующими ребрами 32.
Вторая контактная площадка 20 также соединена с подвижным электродом 22 посредством ветви 34 цепи, имеющей электрический диполь 36 зажигания, сформированный последовательно соединенными переменным резистором 38 и искровым гасителем 40. Диполь 36 характеризуется напряжением зажигания, ниже которого ток, идущий в диполь, является нулевым (бесконечное омическое сопротивление), и выше которого диполь включается, с низким омическим сопротивлением. Наличие искрового разрядника 38 обеспечивает отсутствие утечки тока в случае ухудшения характеристик переменного резистора 36. Что касается переменного резистора 36, то он придает диполю соответствующую вольт-амперную характеристику, при которой его омическое сопротивление снижается в соответствии с нарастанием напряжения.
Катушка 42 индуктивности (полувиток или намотка) последовательно подключена между первой контактной площадкой 16 и соединяющим электродом 12. Эта катушка 42 индуктивности намотана вокруг сердечника 44, формируя основание U-образного магнитопровода 46, боковые ветви которого окружают подвижный электрод 22, обеспечивая индуктивную связь. Пружина 48 возврата небольшой жесткости смещает подвижный электрод 22 по часовой стрелке (фиг.1) к неподвижному электроду 12.
Для ясности: первая контактная площадка 16 показана соединенной с электрической линией 50, а вторая контактная площадка 20 заземлена 52, хотя можно предусмотреть и обратную компоновку, и также более сложные компоновки, известные специалистам в области устройств защиты от выбросов напряжения.
Устройство работает следующим образом.
Если в линии отсутствует выброс напряжения, то разность потенциалов между двумя контактными площадками 16, 20 ниже напряжения зажигания, определяемого диполем 36 зажигания. При этом устройство не включается.
Если выброс напряжения превышает напряжение зажигания, диполь 36 зажигания включается и ток начинает течь из линии 50 в землю 52, проходя через первую площадку 16, катушку 42 индуктивности, неподвижный контакт 14, подвижный контакт 24, подвижный электрод 22, диполь 36 зажигания и вторую площадку 20. Последующие этапы защитной последовательности зависят от силы тока, текущего через контакты.
Если сила тока не очень высока, то индуцированное электромагнитное поле недостаточно для компенсирования давления контакта, создаваемого пружиной 48 возврата, и обусловливает поднятие подвижного контакта 24. Сразу после прохождения волны тока разность потенциалов на клеммах диполя 36 зажигания падает ниже напряжения зажигания и диполь зажигания снова выключается. Поэтому последующий ток прерывается диполем 36 зажигания.
При повышении силы тока электромагнитное поле, индуцированное током, текущим через катушку 42 индуктивности, достаточно для компенсирования давления контакта, создаваемого пружиной 48 возврата, и для выдвижения подвижного электрода 22 в переключающее положение (фиг.2). Электрическая дуга обозначена на фиг.2 тонкими пунктирными линиями и возникает между контактами 14, 24 сразу после их отделения друг от друга, при этом переключенное основание дуги на большой скорости попадает на первый электрод 12. Сила тока может быть недостаточно большой для направления дуги в дугогасительную камеру, но в этом случае электромагнитное отталкивание по меньшей мере не дает подвижному электроду вернуться обратно. Ток затем прерывается диполем зажигания, последовательно с дугой, возникшей между контактами. Если ток очень сильный, то магнитное поле, индуцированное в силу эффекта петли в связи с формой первого электрода и магнитопроводом, сосредотачивающим поле, индуцируемое катушкой 42 индуктивности вблизи подвижного электрода 22, быстро усиливается до значительной величины и дуга продвигается к дугогасительной камере 30. Подвижный электрод 22, перемещаясь из своего отделенного положения, перемещается ко второму электроду 18 и поэтому заставляет дугу переключиться на второй электрод 18. В этот момент ток, который протекал через содержащую диполь зажигания ветвь 34 электрической цепи, тоже переключается на ветвь, сформированную первым электродом 12, электрической дугой, вторым электродом 18 и второй контактной площадкой 20. Это переключение отключает диполь 36 зажигания от цепи и выводит его из действия.
Если устройство подвергается воздействию еще более сильной волны тока, например, в случае тока молнии, за которой следует последующий ток, то первая дуга возникает почти мгновенно между контактами 14, 24 и за счет эффекта электромагнитной петли быстро отводится к задней части дугогасительной камеры 30 до того, как подвижный электрод 22 достигнет своего отделенного положения, близко ко второму электроду. На второй стадии возникает последующий ток, соответствующий второй дуге, характеристики которой сопоставимы с характеристиками, указанными выше. Вторая дуга угасает в условиях, указанных выше.
Во всех случаях, когда ток достаточно сильный для поднятия подвижного электрода 22, электромагнитное отталкивание не позволяет подвижному электроду 22 вернуться обратно, пока не исчезнет ток в подвижном электроде. Вес подвижного электрода 22 и жесткость пружины 48 возврата выбираются в соответствии с пороговым значением, выше которого желательно ограничить ток в электрическом диполе 36, а также гарантировать, что подвижный электрод не откинется на первый соединяющий электрод до того, как погаснет дуга между соединяющими электродами. На практике электрод 22 имеет очень небольшую инерцию, и поэтому выбирают пружину небольшой жесткости.
Защитное устройство согласно второму варианту осуществления изобретения (фиг.3 и 4) имеет конструкцию, аналогичную первому варианту осуществления. Устройство согласно второму варианту содержит корпус 10 из изолирующего материала, в котором размещены первый соединяющий электрод 12, соединенный с первой контактной площадкой 16, второй соединяющий электрод 18, соединенный со второй контактной площадкой 20, подвижный электрод 22, выполненный с возможностью поворота вокруг неподвижной оси 26, и неподвижный проводящий штифт 60 с поверхностью 62, образующей неподвижный электрод (фиг.4), обращенный к первому соединяющему электроду 12, противоположная поверхность 64 образует контактный электрод, на который опирается подвижный электрод. Электроды обращены к дугогасительной камере 30, имеющей охлаждающие ребра 32. Два соединяющих электрода 12, 18 обращены друг к другу на входе в дугогасительную камеру 30.
Между первым соединяющим электродом 12 и штифтом 60 расположен поджигающий электрод 66, управляемый схемой 68 зажигания, обнаруживающей разность потенциалов между первой контактной площадкой 16 и штифтом 60. Электромеханическое реле 70 обращено к поворотному рычагу. Реле 70 содержит катушку 72, последовательно подключенную между контактной площадкой 10 и неподвижным электродом 12, скобу 74, образующую магнитопровод, подвижный якорь 76, продолжением которого является толкатель 78, и пружину 80 возврата, которая возвращает подвижный якорь 76 в нерабочее положение (фиг.3 и 4).
Подвижный электрод 22 электрически соединен со второй контактной площадкой 20 и со вторым соединяющим электродом 18 34 посредством электрической цепи ветви 34, содержащей электрический диполь 36, образованный переменным резистором 40.
Во время работы одна из контактных площадок соединена с электрической линией 50 и землей 52. Когда первый соединяющий электрод 12 находится на некотором расстоянии от электрода 62 штифта 60, то устройство не включено. Если разность потенциалов между неподвижным электродом и площадкой превышает пороговое значение, заданное цепью 68 зажигания, и превышает напряжение зажигания переменного резистора 40, то напряжение электрода 66 зажигания повышается цепью 68 зажигания до некоторого уровня, при котором между электродом 66 зажигания и одним из электродов 12, 62 возникает дуга. Эта дуга незамедлительно образуется между соединяющим электродом 12 и штифтом 60, при этом ток находит путь между контактными площадками 16, 20, проходя через соединяющий электрод 12, дугу, штифт 60, подвижный электрод 22 в нерабочем положении и включенный переменный резистор 36. Петлеобразная форма электрода 12 индуцирует электромагнитные силы в дуге, продвигая ее к дугогасительной камере 30. При этом дуга непосредственно переключается на второй соединяющий электрод и входит в дугогасительную камеру, где она гаснет в конце волны тока. Исчезновение дуги размыкает цепь, и линия изолируется от заземления. Общий срок существования дуги составляет несколько десятков микросекунд, что достаточно для того, чтобы реле не сработало из-за инерции.
Но в некоторых условиях электрическая дуга может продолжаться между первым соединяющим электродом 12 и штифтом 60, либо по причине последующего тока, либо из-за ухудшения характеристик электродов со временем. В этом случае электромеханическое реле 70 действует достаточно долго, чтобы переместить подвижный узел 76, конец 78 которого выталкивает подвижный электрод 22 в переключающее положение (фиг.4). Дуга затем переходит в положение между соединяющим электродом 12 и подвижным электродом 22, затем между двумя соединяющими электродами 12, 18 и удлиняется перед вхождением в дугогасительную камеру. После того, как дуга перейдет в положение между двумя соединяющими электродами 12, 18, ветвь цепи, содержащая переменный резистор 36, отключается от цепи, обеспечивая защиту переменного резистора 40. Тогда дуга сможет полностью войти в дугогасительную камеру 30, где она попадает на деионизирующие пластины 32, охлаждающие и гасящие ее. Чтобы подвижный электрод 22 не отходил обратно, можно предусмотреть защелку. Для возвращения подвижного электрода 22 и/или реле 70 можно предусмотреть механизм возврата в исходное положение.
На фиг.5 представлено устройство согласно третьему варианту осуществления изобретения, которое отличается от второго варианта осуществления только особым подключением диполя 36 между первым соединяющим электродом 12 и штифтом 60. В этом случае переменный резистор 40 диполя 36 подключен параллельно с искровым разрядником, образованным первым соединяющим электродом 12, неподвижным штифтом 60 и поджигающим электродом 66, в результате чего напряжение зажигания регулируется только диполем 36, в то время как во втором варианте осуществления напряжение определялось диполем, последовательно соединенным с искровым разрядником. В третьем варианте осуществления диполь 36 выключается из цепи, когда электрическая дуга переходит в положение между электродами 12, 18.
Конструкция защитного устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения (фиг.6-9) аналогична первому варианту осуществления и содержит первый соединяющий электрод 12, имеющий неподвижный контакт 14 и соединенный с первой контактной площадкой 16, второй соединяющий электрод 18, соединенный со второй контактной площадкой 20, и подвижный электрод 22. Первый соединяющий электрод 12 имеет форму буквы U и осуществляет электромагнитное отталкивание подвижного электрода 22. Другими словами, первая контактная площадка 16 соединена с линией 50, а вторая контактная площадка соединена с заземлением 52. Движущийся электрод 22 имеет контакт 24, взаимодействующий в рабочем положении (фиг.6) с неподвижным контактом 14. Два соединяющих электрода 12, 18 отстоят друг от друга на некотором расстоянии и ограничивают вход дугогасительной камеры 30, снабженной деионизирующими ребрами 32. Вторая контактная площадка 20 также соединена с движущимся электродом 22 посредством ветви 34 цепи, содержащей последовательно соединенные диполь 36 зажигания, который содержит переменный резистор 40, и искровый разрядник 38.
Устройство согласно четвертому варианту осуществления существенно отличается от предыдущих вариантов тем, что содержит размыкающий механизм 90 такого типа, который обычно используется в автоматических выключателях. Указанный механизм содержит верхний штырь 92 и нижний штырь 94, образующие коленно-рычажное звено 96, соединяющее захват 98 с опорной штангой 100 электрода, на которую опирается подвижный электрод 22 с помощью контактной нажимной пружины 102. Захват 98 поворачивается вокруг неподвижной оси 104 и фиксируется щеколдой 106 в защелкнутом положении. Рукоятка 108, которая может поворачиваться вокруг неподвижной геометрической оси 110, соединена с шарнирным болтом 112 коленно-рычажного звена 96 с помощью пружины 114 аккумулирования энергии. Электромеханическое реле 116 управляет положением защелки согласно таким электрическим параметрам, как сила тока в электрическом диполе 36 в зависимости от времени. В замкнутом положении механизма (фиг.6) захват 98 находится в защелкнутом положении, и подвижный электрод 22 находится в рабочем положении, в контакте с первым соединяющим электродом 12. Поэтому обеспечивается возможность разомкнуть устройство перемещением рукоятки 108 (на фиг.6 вправо), при этом срабатывает коленно-рычажное звено 96 и перемещает опору 100 электрода. В разомкнутом положении механизма (фиг.7) подвижный электрод 22 находится вблизи второго соединяющего электрода 18. Наоборот, механизм можно снова замкнуть перемещением рукоятки 108, которая распрямляет коленно-рычажное звено 96 и перемещает опору 100 электрода и подвижный электрод 22 в рабочее положение. Из замкнутого положения опору 100 электрода можно также переместить очень быстро без помощи рукоятки 108, отпустив щеколду 106, которая высвободит захват 98. Оставшаяся энергия пружины 114 в замкнутом положении будет достаточной, чтобы переместить опору 100 электрода и подвижный электрод 22 в переключающее положение (фиг.9), замкнуть второй соединяющий электрод 18, при этом механизм будет находиться в разомкнутом положении.
Работа устройства согласно четвертому варианту осуществления аналогична первому варианту осуществления. В случае большой разности потенциалов между двумя соединительными электродами 12, 18, превышающей напряжение зажигания диполя 36, диполь 36 включается, обеспечивая возможность прохождения тока в землю. Если ток будет сильным, то силы электромагнитного отталкивания, индуцируемые в подвижном электроде 22, будут достаточными, чтобы поднять электрод 22 путем сжатия контактной нажимной пружины 102, при этом опора 100 останется неподвижной (фиг.8). При размыкании контактов возникает электрическая дуга, которая ограничивает ток, идущий в диполе 36. U-образная форма соединяющего электрода 12 также способствует продлению дуги в направлении дугогасительной камеры 30. Хотя механизм остается неподвижным, небольшое перемещение подвижного электрода 22 и второго соединяющего электрода 18 друг к другу в сочетании с сильным электромагнитным полем на входе дугогасительной камеры будут достаточными, чтобы дуга удлинилась путем изгиба в дугогасительной камере и затем переключилась на второй соединяющий электрод 18. Поэтому можно считать, что положение отталкивания подвижного электрода 22 является положением переключения.
Но если, тем не менее, сила тока остается значительной в течение достаточно длительного времени, то электромеханическое реле 116 задействует щеколду 106, которая высвобождает захват 98. Механизм перемещается в выключенное положение (фиг.9), вызывая поворот опоры 100 электрода и подвижного электрода 22 и перемещение подвижного электрода 22 ко второму соединяющему электроду 18. Затем происходит переключение дуги на второй соединяющий электрод 18, и диполь 36 отключается от цепи. Дуга затем удлиняется и гаснет в дугогасительной камере 30. Выключенное положение механизма соответствует второму переключающему положению подвижного электрода 22.
Указанный механизм обеспечивает дополнительные преимущества. Во-первых, он обеспечивает отсоединение линии от заземления путем установки рукоятки 108 в разомкнутое положение (фиг.7). Может быть обеспечено защелкивание рукоятки 108 в разомкнутом положении, чтобы разрешить работу устройства до него по линии и после него по линии.
Помимо этого, обеспечена возможность выключения механизма при обнаружении утечки тока в ветви 34, содержащей переменный резистор. Захвата диполя и желательная визуальная индикация могут быть достигнуты путем специального позиционирования рукоятки 108.
Разумеется возможны различные модификации.
Диполь может состоять лишь из одного переменного резистора либо из переменного резистора, последовательно соединенного с искровым разрядником или сопротивлением, или с другими элементами с аналогичным эффектом. Во всех случаях диполь зажигания имеет вольт-амперную характеристику зажигания, позволяющую определять напряжение зажигания, ниже которого текущий в диполе ток является нулевым или очень слабым (очень высокое омическое сопротивление) или выше которого диполь включается, с меньшим омическим сопротивлением. При включенном диполе и при усилении тока напряжение на клеммах диполя должно быть или должно стать выше напряжения дуги, возникающей между соединяющими электродами.
Механизм согласно четвертому варианту осуществления изобретения является только одним вариантом из числа прочих, и специалист в данной области техники сможет выбрать любой механизм, обычно используемый для автоматических выключателей, выполняющих переключение.
Подвижный электрод в переключающем положении может касаться второго соединяющего электрода. Второй соединяющий электрод также может иметь форму буквы U в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения движущегося электрода, при этом движущийся электрод перемещается из рабочего положения, находящегося на одной стороне геометрической плоскости, в переключающее положение, находящееся на другой стороне геометрической плоскости, и проходит через геометрическую плоскость между двумя ветвями буквы U, образованной вторым соединяющим электродом, чтобы выполнять переключение дуги.
Нужно отметить, что на чертежах переключающее положение движущегося электрода представлено схематически, относительно далеко от рабочего положения. Но на практике возможно обеспечение переключения дуги с перемещением, имеющим небольшую амплитуду.
1. Устройство защиты от выбросов напряжения, содержащее
первый соединяющий электрод (12), электрически соединенный с первой контактной площадкой (16),
второй соединяющий электрод (18), электрически соединенный со второй контактной площадкой (20),
третий подвижный переключающий дугу электрод (22), электрически соединенный со второй контактной площадкой (20),
дугогасительную камеру (30), открытую для первого (12) и второго (18) соединяющих электродов,
средство привода для перемещения подвижного переключающего дугу электрода (22) по отношению к первому соединяющему электроду (12) из рабочего положения в переключающее положение при движении от первого соединяющего электрода (12) и движении ко второму соединяющему электроду (18), так что обеспечивается переключение электрической дуги между первым соединяющим электродом (12) и подвижным переключающим электродом (22) в положение между подвижным переключающим дугу электродом (22) и вторым соединяющим электродом (18), когда подвижный переключающий дугу электрод (22), перемещаясь из своего отделенного положения, перемещается ко второму электроду (18) и заставляет дугу переключиться на второй электрод (18),
электрический диполь (36), подключенный таким образом, что когда подвижный переключающий дугу электрод (22) находится в рабочем положении, электрический диполь (36) последовательно подключен между подвижным переключающим дугу электродом и второй контактной площадкой, при этом, когда подвижный переключающий дугу электрод (22) находится в переключающем положении и электрическая дуга возникает между первым соединяющим электродом (12) и вторым соединяющим электродом (18), то электрический диполь отключается от цепи, причем электрический диполь имеет омическое сопротивление, изменяющееся нелинейно с прилагаемым к диполю напряжением, так что омическое сопротивление высокое, когда напряжение ниже, чем напряжение зажигания, и уменьшается, когда напряжение превышает напряжение зажигания.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный переключающий дугу электрод (22) в рабочем положении контактирует с первым соединяющим электродом (12).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит дополнительное средство индуцирования электромагнитной индукции, предназначенное для индуцирования электромагнитных сил, действующих на электрическую дугу, возникающую между первым соединяющим электродом (12) и подвижным переключающим дугу электродом (22), и продвижения дуги в дугогасительную камеру и/или переключения дуги на второй соединяющий электрод (18).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода для перемещения подвижного переключающего дугу электрода содержит средство индуктивного электромагнитного отталкивания, предназначенное для индуцирования электромагнитных сил в подвижном переключающем дугу электроде, через который проходит ток, для перемещения подвижного переключающего дугу электрода (22) в переключающее положение.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство индуктивного электромагнитного отталкивания содержит магнитопровод (46) для направления магнитного потока, генерируемого электрическим током, протекающим между первой контактной площадкой (16) и первым соединяющим электродом (12), в подвижный электрод в рабочем положении, с тем, чтобы при протекании электрического тока от первой контактной площадки (16) к подвижному переключающему дугу электроду (22) индуцировать электромагнитные силы в подвижном переключающем дугу электроде (22) и переводе подвижного переключающего дугу электрода (22) в переключающее положение.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода для перемещения подвижного электрода содержит электромеханическое реле (70), чувствительное к току, протекающему в первом соединяющем электроде (12) или в подвижном переключающем дугу электроде (22).
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода для перемещения подвижного переключающего дугу электрода содержит механизм (90), снабженный подвижным средством для перемещения между рабочим положением и положением отключения, и кинематическое звено между средством для перемещения и подвижным переключающим дугу электродом, предназначенное для перемещения подвижного переключающего дугу электрода (22) в положение отключения, когда средство для перемещения перемещается из рабочего положения в положение отключения.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода для перемещения подвижного переключающего дугу электрода содержит гибкое средство (48, 102) возврата, предназначенное для возвращения подвижного переключающего дугу электрода в рабочее положение.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода для перемещения подвижного переключающего дугу электрода содержит пружину (114) аккумулирования энергии, выпрямляющуюся при введении подвижного переключающего дугу электрода (22) из рабочего положения в переключающее положение.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический диполь (36) содержит переменный резистор (40).
