Размыкатель с генератором огнетушащего аэрозоля

Область техники
Предложенная полезная модель относится к области электротехники и энергетики и может быть использована для оперативного аварийного отключения электрического оборудования при воздействии высоких температур, например, при пожаре.
Уровень техники
Из уровня техники известны автоматические выключатели (автоматы), устанавливаемые в электрический щит на DIN рейку и выполняющие функции предохранителя в случае короткого замыкания или длительной превышающей нагрузки силовой линии. Например, такие как автоматические выключатели и выключатели-разъединители в литом корпусе на токи 16-630 А, до 690 В Серия Pact компании Schneider Electric, каталог продукции 2021 (доступно онлайн на Интернет-ресурсе https://download.schneider-electric.com).
Однако такие известные решения не обеспечивают размыкание силовых цепей в случае возгорания электрических щитов и не имеют возможности проводить тушение огня в электрических щитах.
Из патентного уровня техники известно решение, представляющее собой пиротехнический разъединитель электрической цепи (RU 139706 U1, 20.04.2014). Известный разъединитель содержит корпус, в котором расположены в непосредственной близости или контактирующие друг с другом проводник и пиротехнический заряд с температурой плавления проводника, меньшей температуры горения пиротехнического заряда, при этом пиротехнический заряд запускается при помощи термошнура или от пожарного извещателя.
Технический результат, на достижение которого направлено указанное решение, заключается в надежном размыкании электрической цепи (отключение источника питания) в случае возникновения пожара или его угрозы, что препятствует развитию пожара вследствие короткого замыкания.
Однако известное решение также, как и указанное выше, не обеспечивает возможность ликвидации очага возгорания. Кроме того, функционирование разъединителя при его активации пожарным извещателем находится в зависимости от работоспособности внешних средств, что снижает надежность его работы.
Также следует отметить, что известное решение не обладает оперативностью срабатывания, поскольку для его работы необходимо достижение температуры активации термошнура, причем источник этой температуры является внешним, т.е. обеспечивается самим очагом возгорания. Очевидно, что до достижения этой температуры возгорание будет беспрепятственно распространяться, нанося повреждения окружающему оборудованию.
Для обеспечения возможности не только размыкания цепей, но и реализации первичного автоматического пожаротушения в уровне техники применяется совмещение средства размыкания и средства пожаротушения, как это представлено, например, в патентном источнике CN 210040091 U, 07.02.2020.
В данном решении автоматический выключатель содержит основной корпус, а также присоединенную к нему емкость с огнетушащим составом и нагнетателем. Управление срабатыванием нагнетателя и распыление огнетушащего состава обеспечивается при достижении определенной температуры за счет термического ключа, расположенного на корпусе выключателя.
Известное решение устраняет отмеченные выше недостатки уровня техники в части обеспечения функции первичного пожаротушения. Несмотря на это, известному решению присущ ряд недостатков, заключающихся в следующем.
Сложность и громоздкость конструкции указанного выключателя препятствует его размещению в типовом корпусе электротехнических устройств для установки на DIN рейку в электрический щит. При этом размещение способных к тушению очага возгорания средств в электрическом щите является критически важным, поскольку в замкнутом ограниченном пространстве щита с плотно скомпонованными электрическими модулями распространение огня происходит стремительно, что приводит к возникновению вторичных очагов пожара вследствие короткого замыкания проводов с обгоревшей или расплавившейся изоляцией и необратимому повреждению модулей.
Помимо указанного, известное решение также, как и рассмотренное выше по патенту RU 139706 U1, не обладает оперативностью срабатывания, поскольку для его работы необходимо достижение температуры активации термического ключа, причем эта температура обуславливается внешним источником, т.е. самим очагом пожара. Как следствие, до момента срабатывания средства пожаротушения возможно существенное повреждение электрических модулей, расположенных в электрощите.
Предлагаемая полезная модель направлена на преодоление отмеченных выше недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении оперативности первичного пожаротушения с увеличением эффективности воспрепятствования распространения огня в замкнутом пространстве, в частности, таком как электрощит.
Раскрытие полезной модели
Для достижения указанного технического результата согласно полезной модели предложен размыкатель с генератором огнетушащего аэрозоля, выполненный в корпусе с креплением на DIN рейку, содержащий размещенные в корпусе силовые электрические клеммы для подключения фазного провода (фазные клеммы), электрические клеммы для подключения нулевого провода (нулевые клеммы), модуль генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА), электровоспламенитель ГОА, термочувствительный элемент с нормально разомкнутыми контактами и термопредохранитель, причем фазные клеммы соединены между собой через термопредохранитель, фазная и нулевая клеммы через проводники управления электровоспламенителем ГОА соединены с термочувствительным элементом с нормально разомкнутыми контактами и электровоспламенителем ГОА, соединенным с модулем ГОА, при этом термопредохранитель размещен в непосредственной близости от модуля ГОА, в боковой части корпуса выполнены отверстия для выхода аэрозоля, а температура срабатывания термочувствительного элемента меньше чем температура срабатывания термопредохранителя. В развивающем варианте осуществления, при применении полезной модели в трехфазных сетях, в корпусе дополнительно размещаются фазные клеммы (еще две пары), соответствующие этим фазам (В, С). При этом соединение этих дополнительных пар клемм соответствующих фаз между собой осуществляется через дополнительно введенные два термопредохранителя (третий и четвертый в терминологии формулы полезной модели) тем же самым образом, как показано далее.
Далее в описании представлены сведения в отношении осуществления полезной модели и подтверждения достижения указанного технического результата.
Осуществление полезной модели
Далее приведены сведения о преимущественном варианте осуществления полезной модели, не предназначенном для ограничения объема испрашиваемой охраны, определенным признаками независимого пункта формулы.
В целях более полного понимания сущности полезной модели в описании сделаны отсылки на поясняющий чертеж (фиг. 1, фиг. 2), согласно которым представлен внутренний вид корпуса размыкателя с генератором огнетушащего аэрозоля, а также размещенную в нем совокупность элементов.
В предпочтительном варианте осуществления предложенное изделие смонтировано в электрическом шкафу на DIN рейку перед вводным автоматом. Изделие может быть использовано как в однофазных, так и в трехфазных сетях, для чего в нем устанавливаются дополнительные пары фазных клемм В-В' и С-С', аналогично тому, как представлено далее, по числу защищаемых фаз.
Согласно фиг. 2, в корпусе изделия размещены: пары фазных клемм (1-1') и пара нулевых клемм (2-2'). К устройству через фазные клеммы подключены силовые провода фазы, а через нулевые клеммы - провода нулевого провода, далее идущие на автомат ввода электрического щита. На боковой стороне корпуса согласно фиг. 1 выполнены выходные отверстия (3) для выхода аэрозоля, образующегося при работе модуля ГОА (4).
Преимущественно в центре корпуса на держателях закрепляется модуль генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА) (4). Модули ГОА являются широко распространенными в уровне техники. В качестве примера, может быть рассмотрен принцип действия генератора, основанный на ингибировании химических процессов, происходящих в пламени, высокодисперсными частицами (аэрозолем) солей щелочных металлов, выделяющимися при сгорании аэрозолеобразующего заряда и способных находиться во взвешенном состоянии в течение длительного времени, чем обеспечивается ликвидация очага возгорания. При этом известно, что при работе ГОА вокруг него обеспечивается зона с существенно повышенной температурой (более 300°С). Данный эффект использован в полезной модели для повышения оперативности первичного пожаротушения с увеличением эффективности воспрепятствования распространения огня в замкнутом пространстве, как это показано далее.
В непосредственной близости от модуля ГОА в корпусе размыкателя размещаются термопредохранители (5) согласно фиг. 2, количество которых равно количеству пар фазных клемм и одной пары нулевых клемм. Выбор расстояния от термопредохранителей до модуля ГОА выбирается из условия того, чтобы при срабатывании модуля ГОА возникающая температура обеспечивала срабатывание термопредохранителей по перегреву (например, при 100°С), тем самым размыкая силовые цепи. Таким образом, под термином «непосредственная близость» в рамках данной заявки следует понимать такое размещение, при котором тепло от работающего модуля ГОА могло обеспечить срабатывание термопредохранителей. В частном варианте, как показано на фиг. 2, термопредохранители могут быть размещены по разные стороны от цилиндрического корпуса модуля ГОА на расстоянии от единиц до десятков миллиметров от него.
Далее, как показано на фиг. 1, в корпусе размещен термочувствительный элемент с нормально разомкнутыми контактами (6). Свойства термочувствительного элемента выбраны таким образом, чтобы его срабатывание (замыкание контактов) было обеспечено до достижения температуры срабатывания термопредохранителей. Например, температура его срабатывания может быть выбрана в дискретном диапазоне (60°С, 70°С, 80°С) в зависимости от условий размещения размыкателя. Термочувствительный элемент дополнительно может быть оснащен модулем электрического питания (не показан) электровоспламенителя ГОА.
Предложенный размыкатель работает следующим образом.
В нормальном состоянии фазные клеммы (1-1') соединены между собой проводниками через термопредохранитель (5). Таким образом обеспечивается протекание электрического тока по контуру: Клемма (1) - Проводник - Термопредохранитель (5) - Проводник - Клемма (1'). Также нулевые клеммы (2-2') соединены между собой соответствующими проводниками через термопредохранитель (5), обеспечивая работоспособность силового электрического щита. Одновременно с указанными, клемма (1 фазы А) и клемма (2 нулевого провода) через соответствующие проводники управления электровоспламенителем соединены с термочувствительным элементом (6) с нормально разомкнутыми контактами и электровоспламенителем ГОА (7) согласно фиг. 2.
При повышении температуры в электрическом щите (возгорание электрического щита), в котором установлен размыкатель до заданного критического значения, определяемого свойствами термочувствительного элемента, (с системой электрического питания электровоспламенителя или без нее) (например, 60°С, 70°С, 80°С), в корпус устройства через отверстие (8) попадает нагретый воздух, благодаря чему, в термочувствительном элементе замыкаются контакты и электровоспламенитель ГОА (7), (через систему электрического питания или без нее) соединяется с клеммой (1 фаза А) и клеммой (2 нулевой провод), тем самым обеспечивая протекание электрического тока, способного запустить электровоспламенитель ГОА (7) и инициировать работу модуля ГОА (4).
При начале работы модуля ГОА (4) из корпуса через выходные отверстия (3) согласно фиг. 1, начинает выходить огнетушащая аэрозоль в виде газообразной смеси, заполняя защищаемый объем электрического щита и подавляя горение компонентов электрического щита. Одновременно с этим вокруг модуля ГОА (4) образуется зона нагрева до температуры свыше 300°С, воздействуя своим тепловым потоком на термопредохранители (5), которые, нагреваясь свыше температуры собственного срабатывания по перегреву (более 100°С), перегорают, тем самым размыкая силовую электрическую цепь: Клемма (1 фаза А) - Проводник - Термопредохранитель (5) - Проводник - Клемма (1' фаза А) и при трехфазной реализации соответственно размыкаются фаза В и фаза С, а так же цепь нулевого провода: Клемма (2 нулевой провод) - Проводник - Термопредохранитель (5) - Проводник - Клемма (2' нулевой провод).
Таким образом, при срабатывании термочувствительного элемента (7), согласно фиг. 1 во время возгорания электрического щита одновременно происходит тушение щита с помощью модуля ГОА (4) и размыкание фазы или фаз по линии фазных клемм (1-1') и нулевого провода по линии нулевых клемм (2-2') согласно фиг. 2, что также можно отнести к преимуществу предложенной полезной модели по сравнению с известными из уровня техники решениями.
Отличительной особенностью полезной модели также является одновременное использование в составе изделия термочувствительного элемента и термопредохранителей, находящихся в зоне воздействия тепла, возникающего при работе модуля ГОА. При этом, поскольку температура срабатывания термочувствительного элемента является меньшей, чем температура срабатывания термопредохранителей, обеспечивается оперативность осуществления первичного пожаротушения, т.к. срабатывание модуля ГОА возникает до достижения внешней температуры высоких значений.
В свою очередь, применение модуля ГОА в качестве средства, обеспечивающего срабатывание термопредохранителей, также обеспечивает ускорение размыкания электрических цепей, препятствуя тем самым возникновению вторичных очагов пожара, поскольку время, необходимое для достижения температуры срабатывания термопредохранителей за счет работы модуля ГОА (секунды) существенно меньше по сравнению с тем, если бы срабатывание термопредохранителей обеспечивалось бы за счет тепла внешнего источника (т.е. очага пожара).
Таким образом, только за счет совместного использования перечисленных выше средств и их функционирования посредством указанных соединений возможно достижение технического результата, на который направлена предложенная полезная модель.
Полезная модель может быть осуществлена при помощи известных из уровня техники для специалиста средств и методов, а анализ уровня техники не выявил в нем решений, которым были бы присущи все представленные в формуле существенные признаки.