УСТРОЙСТВО РАЗМЫКАНИЯ, В ЧАСТНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
CIRCUIT BREAKER OF, IN PARTICULAR, RAILWAY VEHICLE

Настоящее изобретение относится к устройству размыкания.
Железнодорожные транспортные средства на электрической тяге содержат выключатели, позволяющие размыкать или замыкать главную цепь питания.
В случае перенапряжения такой выключатель автоматически размыкает главную цепь питания, которая в нормальных условиях остается замкнутой.
Эти выключатели устанавливают в кожухах, которые в настоящее время становятся все меньше и меньше и в которых операции размыкания могут приводить к образованию электрических дуг, которые являются причиной большого подъема давления и могут привести к взрыву.
Кроме того, указанные кожухи часто устанавливают снаружи, например, на крыше или под днищем железнодорожного транспортного средства, что может привести к попаданию в них внешних элементов, таких как вода или пыль, и к повреждению электрических компонентов выключателя.
В документе US 3780249 описан выключатель, оборудованный заслонкой, предназначенной для сброса высокого давления и одновременно для защиты от попадания пыли.
Другие устройства размыкания, то же оборудованные подвижными запорными заслонками, описаны в документе JP 09-271119.
Однако операции размыкания только одного выключателя могут оказаться относительно сложными по причине нестабильности электрической дуги.
Настоящее изобретение относится к устройству размыкания, которое позволяет фрагментировать и ускорять электрическую дугу и, следовательно, улучшить операции размыкания выключателя.
Объектом настоящего изобретения является устройство размыкания, содержащее кожух, содержащий первую стенку, ограничивающую главную камеру, и выключатель, установленный в главной камере, при этом выключатель содержит корпус, оборудованный элементом переключения, и трубу гашения электрической дуги, образующейся во время размыкания, при этом труба содержит элементы гашения дуги, и первая стенка содержит выпускное отверстие, оборудованное, по меньшей мере, одной подвижной заслонкой, выполненной с возможностью перемещения между закрытым положением, которое позволяет ограничить попадание внешних элементов через отверстие, и открытым положением, которое позволяет облегчить удаление воздуха через отверстие, причем труба содержит прямолинейный центральный канал, определяющий основную ось распространения дуги, при этом указанный центральный канал ограничен элементами гашения дуги, расположенными в боковом направлении вокруг центрального канала, и, по меньшей мере, одна заслонка первой стенки и элемент переключения установлены вдоль оси трубы.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением может характеризоваться одним или несколькими признаками:
- элементы гашения дуги являются элементами деления дуги, расположенными последовательно вдоль центрального канала;
- элементы гашения дуги расположены последовательно, начиная от центрального канала, параллельно оси трубы;
- кожух ограничивает выпускную камеру, отделенную от главной камеры первой стенкой и содержащую вторую стенку, при этом во второй стенке выполнено выпускное отверстие, оборудованное, по меньшей мере, одной подвижной заслонкой, установленной в продолжении трубы и выполненной с возможностью перемещения между закрытым положением, которое позволяет ограничить попадание внешних элементов через отверстие, и открытым положением, которое позволяет облегчить удаление воздуха через отверстие, при этом первая и вторая стенки являются по существу параллельными между собой и по существу перпендикулярными к оси трубы;
- первая и вторая стенки оборудованы соответственно, по меньшей мере, одним первым рядом заслонок и, по меньшей мере, один вторым рядом заслонок;
- по меньшей мере, одна заслонка содержит пластину, содержащую первый конец и второй конец, при этом, по меньшей мере, одна заслонка шарнирно установлена на уровне своего первого конца вокруг оси, по существу перпендикулярной к оси трубы, и второй конец заслонки или каждой заслонки загнут внутрь устройства;
- заслонки первого ряда занимают положение на первой стенке, смещенное по отношению к положению заслонок второго ряда на второй стенке в направлении, по существу перпендикулярном к оси трубы;
- смещение между положениями заслонок первого и второго рядов соответственно на первой и второй стенках примерно равно половине заслонки;
- по меньшей мере, одна заслонка установлена подвижной таким образом, что стремится занять свое закрытое положение только под действием собственного веса;
- заслонка или каждая заслонка установлена шарнирно и приводится в свое открытое положение под углом 45° под действием давления, создаваемого в устройстве и находящегося в пределах от 1 до 2,5 миллибар;
- труба выполнена с возможностью направления вдоль своей оси электрической дуги, образующейся в корпусе выключателя; и
- труба содержит множество металлических пластинок.
Объектом настоящего изобретения является также железнодорожное транспортное средство, которое содержит описанное выше устройство размыкания.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
фиг.1 - схематичный вид в вертикальном разрезе поезда, оборудованного устройством размыкания согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг.2 - вид в поперечном вертикальном разрезе по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - вид в продольном горизонтальном разрезе по линии III-III на фиг.2;
фиг.4 - вертикальный разрез заслонки устройства размыкания, показанного на фиг.1;
фиг.5 - вид, аналогичный фиг.2, устройства размыкания при нормальных операциях размыкания;
фиг.6 - вид, аналогичный фиг.2, устройства размыкания при ненормальных операциях размыкания;
фиг.7 - вид, аналогичный фиг.3, выключателя устройства размыкания согласно второму предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.
Поезд 10, показанный на фиг.1, содержит на своей крыше 12 устройство 14 размыкания согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.
Как более детально показано на фиг.2, устройство 14 размыкания содержит кожух 16, который ограничивает главную камеру 18, в которой находятся выключатель 19, выпускная камера 20 и камера 22 управления, расположенные вдоль одной оси.
3
Как правило, кожух 16 имеет форму прямоугольного параллелепипеда объемом примерно 1 м, длиной 1,2 м и шириной 1 м.
На фиг.3 показан только выключатель 19, установленный в главной камере 18. Он содержит корпус 26 и трубу 28 гашения электрической дуги, образующейся во время размыкания. Эта труба 28 имеет основную ось Х-Х распространения и гашения дуги путем деления, то есть ось, вдоль которой гашение распространяющейся дуги является оптимальным.
Основная ось Х-Х соответствует также оси симметрии трубы 28, что будет подробнее пояснено ниже.
Корпус 26 выключателя 10 оборудован элементом 30 переключения, содержащим две токопроводящие поверхности 32, по меньшей мере, одна из которых выполнена подвижной между прижатым положением и открытым положением, которые позволяют им устанавливать и прерывать электрический контакт между ними.
Корпус 26 выключателя содержит множество металлических пластинок 34, по существу параллельных между собой и расположенных в два ряда 36, при этом пластинки 34 отделены друг от друга воздушными слоями 37, по существу поперечными к оси Х-Х. Пластинки 34 расположены по существу перпендикулярно к оси Х-Х и обеспечивают фрагментацию или деление образующейся дуги, которое приводит к ее гашению. Таким образом, пластинки 34 являются последовательными элементами, расположенными вдоль оси Х-Х и обеспечивающими деление электрической дуги на множество участков.
Оба ряда 36 выполнены вдоль оси Х-Х трубы 28 и расположены по обе стороны от этой оси Х-Х таким образом, что они отделены друг от друга и образуют прямолинейный центральный канал 38 с осью Х-Х, образующий зону циркуляции и гашения электрической дуги.
Таким образом, ось Х-Х образует ось симметрии трубы 28.
Показанная на фиг.2 камера 22 управления, ограниченная кожухом 16 и расположенная в продолжении корпуса 26 выключателя, выполнена полностью герметичной и содержит электронную систему, предназначенную для соединения с выключателем 19.
Главная камера 18 и выпускная камера 20 ограничены нижней сплошной стенкой 39 или стенкой дна кожуха 16 и тремя сплошными боковыми стенками 41.
Главная камера 18 отделена от выпускной камеры 20 разделительной стенкой 42, содержащей отверстие 42А.
Выпускная камера 20 открыта наружу через отверстие 43А, выполненное в концевой стенке 43.
Промежуточная стенка 42 и концевая стенка 43 параллельны друг другу и расположены вертикально. Они находятся в продолжении трубы 28 в плоскостях, перпендикулярных к оси Х-Х трубы 28, и между стенкой 39 дна и стенкой 40 крышки.
Отверстия 42А, 43А и элемент 30 переключения выполнены по существу в линию вдоль оси Х-Х трубы, при этом отверстия 42А, 43А и элемент 30 переключения расположены по обе стороны от трубы 28.
Промежуточная 42 и концевая 43 стенки оборудованы соответственно первым рядом 44 из пяти заслонок 46 и вторым рядом 48 из пяти заслонок 46. Эти заслонки являются подвижными и выполнены с возможностью перекрывания соответственно отверстий 42А и 43А.
Таким образом, все заслонки 46 промежуточной 42 и концевой 43 стенок, расположенные в продолжении трубы 28, являются идентичными и выполнены одинаково в первом и втором рядах 44, 48.
Как более детально показано на фиг.4, каждая заслонка 46 выполнена в виде пластины 50, содержащей первый верхний конец 52 шарнирного соединения и второй нижний конец 54.
Первый конец 52 загнут вокруг себя и закреплен на соответствующей вертикальной стенке, например, 42 таким образом, чтобы заслонка 46 была шарнирно установлена относительно стенки вокруг оси Y-Y, перпендикулярной к оси Х-Х трубы 28, без упругих возвратных средств, и на заслонку действует только сила ее собственного веса.
Второй конец 54 загнут внутрь устройства 14 и опирается на первый верхний конец 52 заслонки 46, расположенной непосредственно снизу.
Первый и второй ряды 44, 48 смещены по высоте в направлении Z, перпендикулярном к оси Х-Х, на величину расстояния, равную высоте h половины заслонки (фиг.2).
Во время работы устройства 14 размыкания выключатель 19 выполняет функцию предохранителя, который отключает электрический ток в случае неисправности в электрической цепи.
Отключение электрического тока осуществляют посредством размыкания двух токопроводящих поверхностей 32 (фиг.3) элемента 30 переключения в корпусе 26 выключателя 19.
После размыкания двух поверхностей 32 ток временно продолжает проходить в цепи через электрическую дугу 56, которая образовалась между двумя поверхностями 32.
Как показано на фиг.5, электрическая дуга 56 распространяется в трубе 28 за счет внутреннего повышенного давления и электромагнитных явлений и за счет разности давления в направлении от корпуса 26 выключателя 19 к первой вертикальной стенке 42.
Вдоль этого направления распространения электрическая дуга 56 нагревает воздух, создавая таким образом повышенное давление на выходе трубы 28 в направлении первой вертикальной стенки 42.
Это повышенное давление приподнимает заслонки 46 первого ряда 44, удаляя, таким образом, воздух в выпускную камеру 20.
В нормальных условиях размыкания, то есть, если превышение давления не является слишком большим, открывания заслонок 46 только первого ряда 44 достаточно для создания градиента давления внутри устройства 14, который облегчает операции размыкания выключателя 19.
Дуга всасывается в трубу вдоль ее оси Х-Х за счет градиента давления и оказывается разделенной на большое количество сегментов пластинками 34.
Этот градиент давления возникает за счет разности между атмосферным давлением внутри выпускной камеры 20 и более высоким давлением внутри главной камеры 18.
В экстремальных условиях размыкания, показанных на фиг.6, электрическая дуга 56 является более мощной, то есть давление внутри главной камеры 56 является более высоким. Экстремальные условия размыкания соответствуют внутреннему короткому замыканию в поезде, создающему ток порядка нескольких десятков килоампер.
Чтобы избежать взрыва, заслонки 46 первого и второго рядов 44, 48 приподнимаются.
Открывание заслонок 46 первого и второго рядов 44, 46 создает градиент давления внутри устройства 14, которое облегчает операции размыкания выключателя 14.
Этот градиент давления создается за счет разности давления между атмосферным давлением снаружи устройства 14 и более высоким давлением внутри устройства 14.
В частности, градиент давления всасывает электрическую дугу 56 по оси Х-Х трубы 28 таким образом, что она полностью занимает трубу 28. Размеры трубы 28 определены таким образом, чтобы дуга не выходила из трубы 28.
К этому добавляются электромагнитные явления, которые помогают всасывать электрическую дугу 56 внутрь трубы 28.
Таким образом, как показано на фиг.4, когда газы, образующиеся в результате размыкания, проходят в направлении стрелки А, каждая заслонка 46 перемещается в открытое положение, приподнимаясь в направлении стрелки F.
Давление, необходимое для приподнимания заслонок 46, примерно равно одному миллибар и, в частности, находится в пределах от 1 до 2,5 миллибар.
Если газ не выталкивается из устройства 14, на каждую заслонку 46 действует только сила ее собственного веса, и она находится в закрытом положении, в котором каждая заслонка 46 опирается на соседнюю заслонку 46, кроме крайних нижних заслонок, которые опираются на углубление 58, выполненное в соответствующей вертикальной стенке 42, 43 (фиг.2).
Такая конструкция позволяет, в закрытом положении заслонок 46, не допустить попадания внешних элементов, таких как дождь (показан пунктирной линией) или пыль, внутрь устройства 14.
Кроме того, когда заслонки приподнимаются вверх, вода не попадает в кожух 16.
В случае дождя или внешних водяных струй, предназначенных для очистки поезда 10, вода действует силой, прижимающей заслонки 46 в их закрытое положение, независимо от направления струи, протекающей вдоль ряда заслонок 46 и не попадающей внутрь кожуха 16 за счет отсутствия щели.
Таким образом, устройство размыкания в соответствии с настоящим изобретением позволяет не только облегчить удаление воздуха за пределы устройства и ограничить опасность попадания внешних элементов внутрь устройства, но прежде всего улучшает операции размыкания посредством управления электрической дугой, образующейся в выключателе.
Благодаря расположению в линию по оси трубы, элемента переключения и отверстия, оборудованного заслонками, в оси трубы создается градиент давления, что позволяет улучшить проникновение дуги в трубу в направлении этого градиента. Таким образом, дуга легко вытягивается в трубе через максимальное количество разделительных пластин. Это позволяет максимально фрагментировать дугу и, следовательно, облегчает ее гашение. Эффективность трубы повышается с увеличением количества металлических пластинок, через которые проходит дуга.
Благодаря наличию двух рядов заслонок на стенках 42 и 43, если давление, создаваемой дугой, является небольшим, открывается только первый ряд заслонок, а второй ряд остается закрытым и защищает выключатель от попадания внешних элементов и обеспечивает герметичность устройства.
Во втором предпочтительном варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.7, основная ось Х-Х трубы 28 выключателя 19 является осью распространения и гашения дуги посредством ее ускорения и охлаждения.
Труба 28 содержит множество металлических пластинок 60, по существу параллельных между собой и расположенных параллельно оси Х-Х в два ряда 62 по обе стороны от канала 38, при этом пластинки установлены последовательно друг за другом, начиная от оси Х-Х.
Пластинки 60, установленные последовательно, начиная от центрального канала 38, в направлении, поперечном к центральному каналу 38, отделены друг от друга воздушными слоями 64, по существу параллельными оси Х-Х, которые образуют зоны циркуляции и гашения электрической дуги.
Благодаря градиенту давления, образующаяся дуга распространяется быстрее вдоль пластинок 60 и охлаждается при контакте с этими пластинками. Таким образом, пластинки образуют элементы, расположенные по существу параллельно оси Х-Х и обеспечивающие более быстрое гашение дуги в трубе 28.
В версии этих двух описанных выше вариантов выполнения ось Х-Х трубы 28 не является осью симметрии для этой трубы, при этом количество пластинок отличается с двух сторон центрального канала.
В другой версии на каждой промежуточной 42 и концевой 43 стенке устройство 14 размыкания содержит более одного ряда соответственно 44, 46 заслонок 46, например, два ряда заслонок, как показано на фиг.1, и каждый ряд 44, 48 заслонок 46 содержит больше или меньше пяти заслонок 46.
В еще одной версии устройство 14 размыкания располагают под днищем поезда 10, и поезд 10 может быть любым другим рельсовым транспортным средством, таким как высокоскоростной поезд TGV, поезд метро или трамвай.