УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ С ПОДВИЖНЫМ КОНТАКТОМ, СОДЕРЖАЩЕЕ СРЕДСТВО СЕЛЕКТИВНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ
OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE WITH MOVABLE CONTACT COMPRISING SELECTIVE DISCONNECTION FACILITY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству защиты от перенапряжений, содержащему ограничитель выбросов напряжения с нелинейными элементами, изменяющимися с напряжением, и отключающее устройство с электрическими контактами, расположенными электрически последовательно с ограничителем выбросов напряжения. Электрическое устройство содержит первый соединительный электрод, электрически соединенный с первой контактной площадкой, второй соединительный электрод, электрически соединенный со второй контактной площадкой, и третий подвижный электрод переключения дуги, электрически соединенный со второй контактной площадкой. Исполнительный механизм перемещает третий подвижный электрод переключения дуги для принудительного исполнения постоянного размыкания электрических контактов, когда через устройство защиты протекают электрические токи, обладающие энергией выше, чем энергетический порог размыкания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны устройства защиты от перенапряжения, содержащие ограничитель выбросов напряжения с нелинейными элементами, изменяющимися с напряжением, и отключающее устройство с контактами, приводимыми в действие исполнительным механизмом. Ограничитель выбросов напряжения и отключающее устройство включены последовательно.
Отключающее устройство с контактами, раскрытое в EP0441722B1, может занимать положение отключения и положение замыкания, соответственно, представляющие отключенное состояние и включенное состояние контактов. Исполнительный механизм вынуждает контакты отключающего устройства перемещаться в отключенное состояние, в частности, в случае приведения ограничителя выбросов напряжения в непригодность, когда наступает конец срока эксплуатации нелинейных элементов.
Отключающее устройство с контактами калибруют:
- с одной стороны, чтобы предоставлять волновым электрическим токам молнии типа 10/350 или 8/20 возможность протекать без приведения в действие исполнительного механизма, и
- с другой стороны, чтобы приводить в действие исполнительный механизм и принудительно исполнять постоянное размыкание контактов от переменных токов короткого замыкания.
Контакты могут, как правило, размыкаться (отталкиваться) и замыкаться при разряде молнии без деблокирования исполнительного механизма. За такими отталкиваниями (размыканиями) контактов во время срабатывания устройства защиты следует автоматическое повторное замыкание контактов. Под термином «постоянное размыкание» контактов понимают размыкание, вызываемое исполнительным механизмом. Повторное замыкание контактов возможно только при преднамеренном внешнем воздействии пользователя.
Калибровку известных устройств защиты выполняют, фактически, таким образом, что исполнительный механизм отключающего устройства остается зафиксированным в присутствии волновых электрических токов молнии типа 10/350 или 8/20. Обычно нежелательно, чтобы исполнительный механизм отключающего устройства деблокировался и принудительно исполнял постоянное размыкание контактов каждый раз, когда через отключающее устройство протекает волновой электрический ток молнии.
Энергетический порог размыкания зависит непосредственно от волновых электрических токов молнии типа 10/350 или 8/20, при которых нежелательно размыкание контактов отключающего устройства.
Переменные токи короткого замыкания, обладающие электрической энергией выше, чем пороговая энергия размыкания, вызывают размыкание контактов отключающего устройства.
При волновых электрических токах молнии типа 10/350 или 8/20, обладающих энергией ниже, чем пороговая энергия размыкания, устройство защиты эффективно действует и позволяет волновым электрическим токам молнии протекать, при этом их энергия не вызывает существенного повреждения. Кроме того, волновые электрические токи молнии типа 10/350 или 8/20, обладающие энергией ниже, чем «пороговая энергия размыкания», не деблокируют исполнительный механизм отключающего устройства и, соответственно, не вызывают размыкания контактов.
Однако, в некоторых конкретных обстоятельствах, известные устройства защиты не обеспечивают достаточный уровень защиты.
Действительно, когда энергия переменных токов короткого замыкания становится ниже, чем пороговая энергия размыкания, исполнительный механизм больше не приводится в действие и не вынуждает контакты отключающего устройства перемещаться из включенного состояния в отключенное состояние. В таком случае риск повреждения элементов не является ничтожным.
Данная ситуация может, в частности, возникать, когда:
- полное сопротивление ограничителя выбросов напряжения становится ниже после получения многочисленных разрядов молнии. Тогда в устройстве защиты протекает «слабый переменный ток короткого замыкания» с энергией ниже, чем пороговая энергия размыкания,
- выполняют неправильную установку устройства защиты, в частности, когда устройство защиты, обычно включаемое между фазой и нейтралью, включено, например, между двумя фазами. Напряжение, включаемое между фазами, обычно выше, чем напряжение, которое ограничитель выбросов напряжения может непрерывно выдерживать. Затем ограничитель выбросов напряжения включается, и в устройстве защиты протекает «слабый переменный ток короткого замыкания». Данный слабый переменный ток короткого замыкания можно снизить, если энергия силового трансформатора невелика, и/или когда длины кабелей являются большими.
В обеих вышеописанных ситуациях ослабленный ток короткого замыкания, имеющий энергию ниже, чем пороговая энергия размыкания, может вызывать существенные повреждения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков современных технических устройств путем создания устройства защиты от перенапряжений, содержащего отключающее средство, которое эффективно действует как защита от коротких замыканий.
Поставленная задача решена путем создания устройства защиты от перенапряжений, которое в соответствии с изобретением содержит разъединитель для слабых переменных токов короткого замыкания, подключенный последовательно между третьим подвижным электродом переключения дуги и второй контактной площадкой. Разъединитель отключается от цепи, когда электрическая дуга перебрасывается между первым соединительным электродом и вторым соединительным электродом, и разъединитель переключается из включенного электрического состояния в отключенное электрическое состояние, когда через данный разъединитель протекают переменные электрические токи короткого замыкания с энергией ниже, чем пороговая энергия размыкания.
В предпочтительном варианте разъединитель по слабым переменным током короткого замыкания является тепловым разъединителем.
Предпочтительно тепловой разъединитель является плавким предохранителем.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, ограничитель выбросов напряжения включен последовательно с разъединителем для слабых переменных токов короткого замыкания между третьим подвижным электродом переключения дуги и второй контактной площадкой, при этом ограничитель и разъединитель одновременно отключаются от цепи, когда электрическая дуга перебрасывается между первым соединительным электродом и вторым соединительным электродом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, ограничитель выбросов напряжения электрически соединен последовательно с отключающим устройством, по меньшей мере, одной плавкой перемычкой, приводное средство прилагает усилие для перемещения ограничителя выбросов напряжения в случае расправления по меньшей мере одной плавкой перемычки, при этом перемещение упомянутого ограничителя воздействует непосредственно на исполнительный механизм для перемещения третьего подвижного электрода переключения дуги и принудительного исполнения постоянного размыкания контактов.
Предпочтительно приводное средство содержит пружину.
В конкретном варианте осуществления ограничитель выбросов напряжения электрически соединен со второй контактной площадкой двумя плавкими перемычками, причем первая плавкая перемычка предназначена для разъединителя по слабым переменным токам короткого замыкания, а вторая плавкая перемычка расплавляется в случае перегревания ограничителя.
Предпочтительно вторая плавкая перемычка является легкоплавким сварным швом, ограничитель выбросов напряжения содержит переменный резистор.
Предпочтительно ограничитель выбросов напряжения содержит переменный резистор, включенный последовательно с искровым разрядником.
В конкретном варианте осуществления между первым соединительным электродом и первой контактной площадкой последовательно включен сильноточный разъединитель, при этом сильноточный разъединитель воздействует на исполнительный механизм для перемещения третьего подвижного электрода переключения дуги и принудительного исполнения постоянного размыкания электрических контактов.
Предпочтительно сильноточный разъединитель калиброван, чтобы воздействовать на исполнительный механизм, когда через разъединитель протекают электрические токи, обладающие энергией выше, чем пороговая энергия размыкания.
Предпочтительно сильноточный разъединитель содержит электромагнитное размыкающее средство.
Предпочтительно сильноточный разъединитель содержит плавкий элемент.
Предпочтительно третий подвижный электрод переключения дуги соединен с первым соединительным электродом изолирующей частью, образующей искровой разрядник, когда электрические контакты замкнуты.
Предпочтительно третий подвижный электрод переключения дуги находится в контакте с первым соединительным электродом, когда электрические контакты замкнуты.
Предпочтительно разъединитель по слабым переменным токам короткого замыкания отключается от цепи, когда третий подвижный электрод переключения дуги отходит от первого соединительного электрода, и электрическая дуга перебрасывается между первым соединительным электродом и вторым соединительным электродом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества и признаки поясняются нижеследующим описанием конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных в качестве неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает устройство защиты в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения в положении замыкания;
фиг.2 - устройство защиты в процессе размыкания, согласно изобретению;
фиг.3 - устройство защиты в положении размыкания, согласно изобретению;
фиг.4 - устройство защиты в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения в положении замыкания, согласно изобретению;
фиг.5 - устройство защиты в процессе размыкания, согласно изобретению;
фиг.6 - устройство защиты в положении размыкания, согласно изобретению;
фиг.7-9 - первый альтернативный вариант осуществления устройства защиты в соответствии с разными вариантами осуществления изобретения;
фиг.10-11 - схематичные виды альтернативных вариантов осуществления устройства защиты в соответствии с разными вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство 1 (фиг.1-6) защиты от перенапряжений содержит ограничитель 2 выбросов напряжения с нелинейными элементами, изменяющимися с напряжением, и отключающее устройство 3 с электрическими контактами 4, 6. Ограничитель 2 выбросов напряжения и отключающее устройство 3 включены последовательно.
Ограничитель 2 выбросов напряжения предпочтительно содержит переменный резистор 21. В некоторых вариантах осуществления изобретения (фиг.10 и 11) последовательно с переменным резистором 21 может быть также установлен искровой разрядник 22.
Отключающее устройство 3 содержит первый соединительный электрод 40, электрически соединенный с первой контактной площадкой 41, и второй соединительный электрод 50, электрически соединенный со второй контактной площадкой 51.
Если устройство 1 защиты включено между фазой и нейтралью, контактные площадки 41, 51 выполнены с возможностью подключения, соответственно, к фазе и нейтрали или наоборот.
Если устройство 1 защиты включено между фазой и заземлением, контактные площадки 41, 51 выполнены с возможностью подключения, соответственно, к фазе и заземлению или наоборот.
Отключающее устройство 3 содержит третий подвижный электрод 60 переключения дуги, электрически соединенный со второй контактной площадкой 51.
Первый электрический контакт 4 расположен на первом соединительном электроде 40, и второй электрический контакт 6 расположен на третьем подвижном электроде 60 переключения дуги.
В соответствии с одним вариантом осуществления третий подвижный электрод 60 (фиг.1-6) переключения дуги находится в контакте с первым соединительным электродом 40, когда электрические контакты 4, 6 замкнуты.
Отключающее устройство 3 дополнительно содержит исполнительный механизм 7. Упомянутый механизм 7 выполнен с возможностью приведения его в действие для перемещения третьего подвижного электрода 60 переключения дуги и механического принудительного выполнения постоянного размыкания электрических контактов 4, 6.
Отключающее устройство 3 с контактами 4, 6 калибруют так, чтобы, с одной стороны, предоставлять волновым электрическим токам молнии типа 10/350 или 8/20 возможность протекания без приведения в действие исполнительного механизма 7 и, с другой стороны, приводить в действие исполнительный механизм 7 и принудительно выполнять постоянное размыкание контактов 4, 6 от переменных токов короткого замыкания.
Калибровку устройств 1 защиты выполняют таким образом, что исполнительный механизм 7 отключающего устройства 3 остается зафиксированным в присутствии волновых электрических токов молнии типа 10/350 или 8/20. Исполнительный механизм 7 фактически не исполняет принудительного постоянного размыкания контактов каждый раз, когда через них протекают волновые электрические токи молнии.
Энергетический порог размыкания зависит непосредственно от волновых электрических токов молнии типа 10/350 или 8/20, при которых размыкание контактов 4, 6 отключающего устройства 3 не желательно.
Когда через устройство защиты протекают электрические токи, обладающие энергией выше, чем энергетический порог размыкания, исполнительный механизм 7 приводится в действие и перемещает третий подвижный электрод 60 переключения дуги, и принудительно выполняет постоянное размыкание электрических контактов 4, 6. Электрические токи, приводящие в действие исполнительный механизм 7, обычно являются переменными токами короткого замыкания.
Когда через устройство защиты протекают волновые электрические токи молнии типа 10/350 или 8/20, обладающие энергией ниже, чем пороговая энергия размыкания, устройство защиты эффективно действует и позволяет волновым электрическим токам молнии протекать, при этом их энергия не вызывает существенного повреждения. Кроме того, волновые электрические токи молнии не деблокируют исполнительный механизм отключающего устройства и, соответственно, не вызывают принудительного размыкания контактов.
Устройство защиты от перенапряжения содержит разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания.
В соответствии со всеми предпочтительными вариантами осуществления, разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания включен последовательно между третьим подвижным электродом 60 переключения дуги и второй контактной площадкой 51.
Когда через устройство защиты протекают волновые электрические токи молнии типа 10/350 или 8/20, электрическая дуга 100 очень быстро перебрасывается между первым соединительным электродом 40 и вторым соединительным электродом 50. Разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания выключается из цепи, и волновой ток молнии не протекает через данный разъединитель. В таком случае разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания защищен и не повреждается разрядами молнии.
Устройство защиты содержит дугогасительную камеру 101. Первый соединительный электрод 40 и второй соединительный электрод 50 расположены напротив дугогасительной камеры 101 и определяют рабочий промежуток дугогасительной камеры 101. Дугогасительная камера 101 содержит деионизационные пластины 102, предназначенные для охлаждения электрической дуги 100 и ее гашения.
Когда через защитное устройство протекают слабые переменные токи короткого замыкания, обладающие энергией ниже, чем пороговая энергия размыкания, упомянутые токи протекают через первый соединительный электрод 40, третий подвижный электрод 60 переключения дуги и разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания. Разъединитель калиброван на переключение из электрически включенного состояния в электрически отключенное состояние.
Разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания может быть тепловым разъединителем. Разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания является, предпочтительно, плавким предохранителем.
В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения (фиг.4-6) ограничитель 2 выбросов напряжения электрически соединен последовательно с разъединителем 9 по слабым переменным токам короткого замыкания между третьим подвижным электродом 60 переключения дуги и второй контактной площадкой 51.
Следовательно, когда через устройство защиты протекают волновые электрические токи молнии типа 10/350 или 8/20, электрическая дуга 100 очень быстро перебрасывается между первым соединительным электродом 40 и вторым соединительным электродом 50, и ограничитель 2 выбросов напряжения и разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания одновременно выключаются из цепи, и волновой ток молнии не протекает через разъединитель. В этом случае ограничитель и разъединитель защищены и не повреждаются разрядами молнии.
В соответствии с первым альтернативным вариантом осуществления, ограничитель 2 выбросов напряжения электрически соединен последовательно с отключающим устройством 3, по меньшей мере, одной плавкой перемычкой 9, 8. Приводное средство 10 непрерывно прилагает усилие Fd перемещения к ограничителю выбросов напряжения. Если, по меньшей мере, одна из плавких перемычек разрушается, то ограничитель 2 выбросов напряжения перемещается под действием усилия Fd перемещения. Перемещение ограничителя непосредственно воздействует на исполнительный механизм 7. Механизм деблокируется и перемещает третий подвижный электрод 60 переключения дуги с принудительным исполнением постоянного размыкания контактов 4, 6.
Приводное средство 10 (фиг.7-9) предпочтительно содержит пружину. Пружина является цилиндрической пружиной, сжата и прилагает усилие Fd перемещения непосредственно к переменному резистору 21. В соответствии с конкретным вариантом осуществления переменный резистор 21 включен последовательно с отключающим устройством 3 с помощью двух соединительных выводов.
Первый соединительный вывод подключен к отключающему устройству 3 гибкой металлической оплеткой (не показана), и второй соединительный вывод подключен ко второй контактной площадке 51 жестким контактным штырем, составляющим одно целое с, по меньшей мере, одной плавкой перемычкой.
Жесткий контактный штырь (фиг.7) удерживает переменный резистор в первом положении. Третий подвижный электрод переключения дуги находится в положении, называемом рабочим положением. Когда, по меньшей мере, одна из плавких перемычек расплавляется, жесткий контактный штырь разрывается и отпускает перемещение переменного резистора под действием усилия Fd перемещения. Как показано на фиг.8, переменный резистор 21 перемещается и непосредственно воздействует на исполнительный механизм 7. Действительно, как показано на фиг.8 и 9, переменный резистор 21 приходит в контакт с нажимной планкой 71 исполнительного механизма 7, который деблокируется для перемещения третьего подвижного электрода 60 переключения дуги. Перемещение третьего электрода приводит к постоянному размыканию контактов 4, 6. Затем третий подвижный электрод 60 переключения дуги находится в положении, называемом положение переключения.
Ограничитель 2 выбросов напряжения может быть электрически соединен со второй контактной площадкой 51 двумя плавкими перемычками 9, 8.
Первая плавкая перемычка действует как разъединитель по слабым переменным токам короткого замыкания. В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.7-9, жесткий контактный штырь, подсоединяющий переменный резистор ко второй контактной площадке 51, содержит секцию, которая калибрована так, чтобы расплавляться, когда через контактный штырь протекают электрические токи короткого замыкания с энергией ниже порога размыкания.
Вторая плавкая перемычка 8 расплавляется в случае перегрева ограничителя. Жесткий контактный штырь, подсоединяющий переменный резистор ко второй контактной площадке 51, приварен ко второму выводу переменного резистора легкоплавким сварным швом.
Порядок работы первого альтернативного варианта осуществления остается неизменным, если переменный резистор 21 размещен на каретке или в подвижном корпусе, образующем неразъемный блок с переменным резистором 21. Тогда усилие перемещения может прилагаться к каретке или подвижному корпусу вместо непосредственного приложения к переменному резистору. Кроме того, каретка или подвижный корпус могут воздействовать непосредственно на нажимную планку 71 исполнительного механизма 7.
В соответствии с первым альтернативным вариантом осуществления (фиг.10) сильноточный разъединитель 11 включен последовательно между первым соединительным электродом 40 и первой контактной площадкой 41. Сильноточный разъединитель выполнен с возможностью воздействия на исполнительный механизм 7 для перемещения третьего подвижного электрода 60 переключения дуги и принудительного выполнения постоянного размыкания электрических контактов 4, 6. Сильноточный разъединитель 11 калиброван, чтобы деблокировать исполнительный механизм 7, когда через разъединитель протекают электрические токи с энергией выше, чем пороговая энергия размыкания.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления сильноточный разъединитель 11 содержит электромагнитное размыкающее средство или плавкий элемент.
В соответствии с третьим альтернативным вариантом осуществления (фиг.11) третий подвижный электрод 60 переключения дуги соединен с первым соединительным электродом 40 изолирующей частью, когда электрические контакты замкнуты. Изолирующая часть образует искровой разрядник 22, подключенный последовательно с переменным резистором 21 ограничителя 2 выбросов напряжения. В случае разряда молнии, разъединитель 9 по слабым переменным токам короткого замыкания отключается от цепи, когда электрическая дуга 100 перебрасывается между первым соединительным электродом 40 и вторым соединительным электродом 50.
В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления, отключающее устройство содержит восстанавливающее средство 72. Восстанавливающее средство 72 допускает перемещение третьего электрода из положения, называемого положением переключения, в положение, называемое рабочим положением. Другими словами, замыкание контактов 4, 6 может осуществляться механически с помощью восстанавливающего средства 72 после постоянного размыкания упомянутых контактов.