БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для защиты от токов коротких замыканий и недопустимых перегрузок установок постоянного тока, преимущественно электрооборудования поездов постоянного тока.
Известен быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока (а.с. СССР №702421, МПК Н 01 Н 33/08), содержащий быстродействующий привод, контактную систему, катушки магнитного дутья и дугогасительное устройство.
Указанный выключатель не обладает достаточной коммутационной способностью для электрооборудования поездов постоянного тока.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) является быстродействующий автоматический выключатель типа БВП-105А. (Цукало П.В., Просвирин Б.К., Эксплуатация электропоезда., Справочник. М.: Транспорт, 1994, с.32-33). Такими выключателями в настоящее время комплектуется электрооборудование электропоездов постоянного тока.
Быстродействующий автоматический выключатель типа БВП-105А имеет расположенные в защитном кожухе пневматический привод, контактную систему, удерживающий электромагнит и дугогасительное устройство, состоящее из двух дугогасительных камер, охваченных магнитопроводами с дугогасительными катушками. Дугогасительная камера состоит из наружных стенок, перегородки, делящей камеру на две продольные узкие щели постоянного сечения, дугогасительных рогов и расположенной в верхней части деионной пламегасительной решётки,
предназначенной для охлаждения и деионизации раскаленных газов и предотвращения выброса пламени из камеры.
В дугогасительной камере с узкой щелью гашение дуги происходит за счет её растягивания и охлаждения на стенках камеры.
Указанная конструкция быстродействующего автоматического выключателя с дугогасительным устройством в виде двух дугогасительных камер с узкой щелью не в полной мере обеспечивает требования по предельной коммутационной способности. Предельная коммутационная способность выключателей с дугогасительными камерами с узкой щелью не превышает 16 кА при индуктивности 5 мГн.
В соответствии с ГОСТ 9219-88 и техническими требованиями к защитным аппаратам возникает задача обеспечить надежную защиту электрооборудования поездов постоянного тока от токов короткого замыкания величиной 20 кА и более при индуктивностях 5, 10 и 15 мГн, при общем времени отключения не более 40 мс и при обеспечении величины перенапряжения не более 9 кВ, то есть обеспечить более высокую коммутационную способность выключателя, чем у прототипа.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности защиты электрооборудования поездов постоянного тока от токов короткого замыкания за счет повышения коммутационной способности быстродействующих автоматических выключателей до 20 кА и более при индуктивности 5, 10 и 15 мГн при сохранении габаритно-установочных размеров выключателей, используемых для электрооборудования поездов постоянного тока, например, выключателей типа БВП-105А.
Для достижения указанного технического результата предлагается быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока, преимущественно для электрооборудования поездов постоянного тока, содержащий расположенные в защитном кожухе пневматический привод, контактную систему, удерживающий электромагнит, две дугогасительные
катушки с магнитопроводами и две дугогасительные камеры, содержащие стенки, между которыми закреплены дугогасительные рога, деионные дугогасительные решётки, вдоль деионных дугогасительных решёток установлены деионные пламегасительные решётки, а в стенках камер выполнены отверстия в зонах расположения деионных дугогасительных решёток.
Новым в заявляемой полезной модели является то, что в быстродействующем автоматическом выключателе, предназначенном для электрооборудования электропоездов постоянного тока, для повышения коммутационной способности при сохранении габаритно-установочных размеров выключателей вместо дугогасительных камер с узкой щелью применяются дугогасительные камеры с деионными дугогасительными решётками, имеющие отличительную особенность, а именно: в стенках дугогасительных камер выполнены отверстия в зонах расположения деионных дугогасительных решёток.
Во время гашения электрической дуги давление разогретого ионизированного газа внутри дугогасительной камеры создает аэродинамическое сопротивление, препятствующее движению дуги в сторону деионной дугогасительной решетки. Благодаря наличию отверстий в стенках дугогасительной камеры в зоне расположения деионных дугогасительных решёток, происходит разделение потока разогретого ионизированного газа, значительная часть которого выходит за пределы дугогасительной камеры через отверстия в боковых стенках камеры. Это существенно снижает аэродинамическое сопротивление движению дуги и улучшает вхождение дуги в деионную дугогасительную решетку.
Оптимальные условия, позволяющие электрической дуге беспрепятственно входить в деионную дугогасительную решетку, определяются соотношением электромагнитных и аэродинамических факторов. Вхождение дуги в деионную дугогасительную решетку обеспечивается силами взаимодействия между током в дуге и стальными
пластинами. Когда электродинамические силы, действующие на дугу, недостаточны для ее вхождения в решетку, необходимо воздействие на дугу внешнего магнитного поля, создаваемого дугогасительными катушками.
Дугогасительная камера с деионными дугогасительными решетками имеет меньшие размеры по длине и высоте, чем дугогасительная камера с узкой щелью, что позволяет увеличить свободное пространство внутри защитного кожуха выключателя при сохранении общих габаритных размеров выключателя в целом. Увеличение свободного пространства внутри защитного кожуха выключателя повышает эффективность сброса избыточного давления газов в дугогасительной камере через отверстия в наружных стенках дугогасительной камеры.
В результате применения в конструкции быстродействующих автоматических выключателей, предназначенных для электрооборудования поездов постоянного тока, дугогасительных камер с деионными дугогасительными решетками, в наружных стенках которых в зоне расположения деионных дугогасительных решёток выполнены отверстия, вместо дугогасительных камер с узкой щелью, достигается повышение коммутационной способности таких выключателей при сохранении их габаритно-установочных размеров.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока, на фиг.2 - дугогасительная камера с деионными дугогасительными решётками.
Быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока содержит пневматический привод 1; контактную систему, состоящую из неподвижного 2 и подвижного 3 контактов; удерживающий электромагнит, состоящий из магнитопровода 4, удерживающей катушки 5 и якоря 6; размагничивающие витки 7; отключающие пружины 8; дугогасительное устройство в виде двух дугогасительных катушек 9 с магнитопроводами, охватывающими две дугогасительные камеры 10; защитный кожух 11.
Дугогасительная камера 10 содержит наружные стенки 12, выполненные из изоляционного материала. Между наружными стенками 12 закреплены дугогасительные рога 13, 14 и 15, под углом друг к другу установлены деионные дугогасительные решётки 16, и вдоль них на выходе из дугогасительной камеры 10 установлены деионные пламегасительные решётки 17.
Деионные дугогасительные решётки 16 состоят из стальных пластин 18, между которыми имеются воздушные зазоры 19. Через воздушные зазоры 19 разогретый ионизированный газ выводится за пределы дугогасительной камеры 10.
В наружных стенках 12 дугогасительной камеры 10 в зонах расположения деионных дугогасительных решёток 16 имеются отверстия 20. В предлагаемом варианте отверстия 20 выполняют с размерами, соответствующими размерам деионных дугогасительных решёток 16 со стороны наружных стенок 12.
Экспериментально установлено, что для предлагаемого варианта быстродействующего автоматического выключателя оптимальное число витков каждой дугогасительной катушки 9 должно составлять три витка.
При заданном напряжении и заданных габаритных размерах дугогасительной камеры 10 для обеспечения погасания электрической дуги, возникающей в процессе коммутации в пределах деионных дугогасительных решёток 16, подбирают оптимальное количество стальных пластин 18 деионных дугогасительных решёток 16, их длину, ширину, а также расстояние между ними, которое определяет величину воздушного зазора 19, в соответствии с рекомендациями, изложенными в технической литературе (например, Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления, М. -Л., 1954, Гл. X).
Собранная дугогасительная камера 10 вставляется в направляющие пазы выключателя и крепится к раме выключателя болтами.
Быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока при отключении работает следующим образом.
При коротком замыкании происходит автоматическое отключение быстродействующего автоматического выключателя при помощи размагничивающих витков 7. Ток, протекающий через размагничивающие витки 7, создает магнитный поток, который направлен так, что происходит ослабление магнитного потока удерживающей катушки 5. Притяжение якоря 6 уменьшается настолько, что отключающие пружины 8 размыкают неподвижный 2 и подвижный 3 контакты выключателя.
Возникающая на неподвижном 2 и подвижном 3 контактах электрическая дуга под действием электромагнитного поля, создаваемого дугогасительными катушками 9, выдувается из пространства между неподвижным 2 и подвижным 3 контактами выключателя на дугогасительные рога 13, 14 и 15 дугогасительной камеры 10 и, растягиваясь вдоль деионных дугогасительных решеток 16, входит в эти решетки, разделившись на множество коротких дуг, и погасает в них.
Возникающий в процессе гашения дуги разогретый ионизированный газ выводится за пределы дугогасительной камеры 10.
Часть разогретого ионизированного газа выводится за пределы камеры 10 через воздушные зазоры 19 между стальными пластинами в направлении движения дуги, а потом выходит за пределы камеры 10 через зазоры между пластинами деионных пламегасительных решёток 17.
Другая часть газа выводится за пределы камеры 10 через отверстия 20, выполненные в наружных стенках 12.
Движение ионизированного газа направлено в зоны выхлопа вверх, вниз и в боковые стороны, а не в зону неподвижного 2 и подвижного 3 контактов выключателя, что существенно облегчает вход дуги в деионные дугогасительные решетки 16 и её гашение.
Заявляемый выключатель достаточно прост в изготовлении и может быть изготовлен с помощью известных средств и методов, что позволяет
сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «промышленная применимость».