ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ЗАЖИМ
EARTH TERMINAL

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к зажимам переносных заземлений, используемых для заземления отключенных проводов воздушных линий электропередачи.
Известен (1) заземляющий зажим, в конструкции которого применен электродинамический контур, образованный расположенными одна вдоль другой планками, выполненными из упругого ферромагнитного материала. Этот зажим содержит контактный узел с контактами, ограничитель перемещения заземляемого провода, клеммы для подсоединения заземляющих проводов в изолирующей оболочке, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, захват для улавливания заземляемого провода. Кроме того, зажим снабжен дополнительным электродинамическим контуром, усиливающим действие основного контура.
Известный зажим обладает рядом недостатков. Если посмотреть на этот зажим с условно отсутствующим дополнительным электродинамическим контуром, т.е. на зажим без дополнительного зуба на одной из планок, то выяснится, что электродинамические усилия взаимодействия верхней части накрест лежащих планок направлены встречно электродинамическим усилиям взаимодействия нижней части накрест лежащих планок, хотя усилия нижней части больше. Дополнительный электродинамический контур как раз и призван компенсировать паразитные электродинамические усилия, возникающие в верхней части планок. Таким образом, результирующие усилия в верхней части планок стремятся к нулю, а потому можно утверждать, что примерно одна треть зажима в аварийном режиме работает впустую.
К недостатку зажима следует отнести применение при его изготовлении дорогостоящей оснастки (штампы вырубные, гибочные и т.д.), что увеличивает себестоимость изделия.
Кроме того, данная конструкция зажима обусловливает трудности при определении пружинящих свойств планок, т.к. последние не выглядят в виде плоских листовых пружин, поддающихся простому и ясному расчету.
Известен (2) также заземляющий зажим, содержащий в основном те же конструктивные элементы, что и зажим (1), представленный выше. В известном (2) зажиме применен модульный принцип построения конструкции, а именно планки зажима, расположенные одна вдоль другой, выполнены составными, т.е. состоящими из ряда планок, причем каждая пара соответствующих друг другу планок из соседних параллельных ветвей зажима рассматривается как единичный модуль с единичными функциональными параметрами, а набор этих единичных модулей, собранных в параллель, как раз и представляют собой известный (2) зажим, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению (прототип).
Назначение основных элементов конструкции в прототипе такое же, как и в известном (1) зажиме, хотя эти элементы имеют иное конструктивное исполнение. Термическая и электродинамическая стойкость прототипа задается выбором числа контактных переходов в контактной паре «зажим - заземляемый провод» и выбором первоначальных контактных усилий, которые в аварийном режиме суммируются с усилиями, возникающими в электродинамическом контуре. Число же контактных переходов задается числом единичных модулей.
В прототипе предусмотрены участки планок, выполненные с повышенной шероховатостью, например, в виде насечек на кромках захватов, с помощью которых при установке зажима в рабочее положение происходит очистка заземляемого провода от окисной пленки, что уменьшает переходное сопротивление, обеспечивая тем самым надежный электрический контакт зажима с проводом.
Недостатки прототипа следующие. Необходимо отметить сложность его изготовления и большую материалоемкость. Это объясняется тем, что каждая планка в прототипе может быть изготовлена с применением индивидуального для каждой планки ряда единиц оснастки (штампы вырубные, гибочные и т.д.). Материалоемкость зажима определяется числом планок, к тому же развертка каждой планки имеет внушительные размеры по ширине, поэтому при штамповке деталей приходится использовать широкополосные заготовки, что приводит к большому расходу материала. Эти обстоятельства сильно удорожают зажим, повышают его себестоимость.
Известно (3, с. 88-123, с. 99), что падение напряжения на контактном переходе не должно превышать падения напряжения для точки размягчения и точки плавления контактных материалов. Достигают этого, доводя переходное сопротивление и ток в каждом переходе до расчетных величин. Чем больше контактных переходов, тем успешнее работает зажим. Однако стремление к увеличению числа переходов в прототипе приводит к непропорциональному увеличению его веса за счет увеличения числа единичных модулей, делает его громоздким и дорогим, что нежелательно.
К общему недостатку известных (1, 2) зажимов следует отнести их слабую защищенность от действия электродинамических усилий «большого» контура «заземляемый провод-зажим», которые в аварийном режиме пытаются развернуть зажим вдоль оси заземляемого провода, вплоть до его сброса с этого провода. При этом сброс зажима с провода может произойти раньше, чем сработает выключатель данного аварийного присоединения, в результате чего работающие могут оказаться под напряжением.
Целью настоящего изобретения является создание более простого по конструкции зажима, в основе которого заложен принцип модульного конструирования, позволяющий расширить номенклатуру зажимов с любой заданной термической и электродинамической стойкостью без особых конструктивных изменений и расчетов, обладающего меньшим весом и габаритами, поддающегося простому и ясному расчету.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в зажим, содержащий электродинамический контур, образованный расположенными одна вдоль другой планками, выполненными из упругого ферромагнитного материала, контактный узел с контактами, ограничитель перемещения заземляемого провода, клеммы для подсоединения заземляющих проводов в изолирующей оболочке, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, захват для улавливания заземляемого провода, участки поверхностей планок, выполненные с повышенной шероховатостью, внесены существенные конструктивные изменения, а именно: зажим снабжен гнездом для крепления заземляющих проводов в изолирующей оболочке и фиксаторами, препятствующими сбросу зажима с заземляемого провода в аварийном режиме, планки зажима приняты пластинчатыми, одинаковой конфигурации по всей длине, за исключением своих нижних свободных концов, при этом один из этих свободных концов выполнен в виде хвостовика для крепления зажима к изолирующей ручке, а другой в виде захвата для улавливания заземляемого провода, верхние же концы планок соединены между собой электрически и механически и в месте их соединения размещены клеммы для подсоединения заземляющих проводов в изолирующей оболочке, между верхними и нижними концами планок размещен ограничитель перемещения заземляемого провода, обозначающий верхнюю границу контактного узла с контактами, расположенными на обращенных друг к другу поверхностях планок, нижнюю границу контактного узла обозначают фиксаторы, размещенные по горизонтали на одной или обеих планках, участок планок между клеммами и контактным узлом выполняет роль электродинамического контура, в зоне контактного узла с внешней стороны планки, оканчивающейся хвостовиком, размещено гнездо для крепления заземляющих проводов в изолирующей оболочке, а обращенные друг к другу участки поверхностей планок, расположенные ниже контактного узла и имеющие возможность соприкосновения с заземляемым проводом при установке зажима в рабочее положение, выполнены с повышенной шероховатостью.
Основное отличие предлагаемого зажима от прототипа заключается в упрощении его конструкции, что достигается за счет применения в нем одного из основных способов уменьшения массы и размеров изделия, заключающегося в том, что одни и те же детали устройства по совместительству выполняют сразу несколько функций, при этом каждая такая деталь максимально нагружается по каждому нужному функциональному признаку.
Действительно, пластинчатые планки в зажиме выступают в качестве электродинамического контура, плоских листовых пружин, контактного узла с контактами, ограничителя перемещения заземляемого провода, выполняют роль хвостовика и захвата. На этих же планках размещены клеммы для подсоединения заземляющих проводов и участки поверхностей с повышенной шероховатостью.
Так же как и в прототипе, в предлагаемом зажиме применен модульный принцип конструирования, однако он нашел более простое воплощение. За единичный модуль принимается зажим с шириной и толщиной планок, расположенных одна вдоль другой, достаточными для того, чтобы успешно выдержать испытания на термическую и электродинамическую стойкость при каком-либо значении аварийного тока, например при токе термической стойкости 1 кА и, соответственно, при токе электродинамической стойкости 2,5 кА. Чтобы получить зажим, например, на ток термической стойкости 5 кА и, соответственно, на ток электродинамической стойкости 12,5 кА, необходимо использовать в новом зажиме планки с шириной, в 5 раз большей, чем ширина планок единичного модуля, при этом толщина планок остается неизменной. Таким образом, зажим на заранее заданные параметры всегда будут состоять из планок с шириной, кратной ширине планок единичного модуля. При увеличении ширины планок автоматически увеличивается число контактных переходов между зажимом и заземляемым проводом, при этом первоначальное контактное усилие на каждый переход остается неизменным, поскольку с увеличением ширины планки, при ее одной и той же длине, пропорционально растет и усилие прогиба, развиваемое планкой с большей шириной.
Планки предлагаемого зажима можно изготавливать без дорогостоящего прессового оборудования, применив при изготовлении, например, лишь гильотинные ножницы. В новом зажиме планки представляют собой плоские листовые пружины самой простой формы, что позволяет проводить четкий и понятный расчет (4, с. 667-669) контактных усилий.
Предлагаемый зажим снабжен гнездом для крепления заземляющих проводов, которое расположено в зоне контактного узла. Заземляющие провода, идущие внатяжку от клемм в верхней части зажима к крепежному гнезду в нижней части зажима, искусственно перемещают точку приложения любых тяговых усилий, в том числе и от массы заземляющих проводов, от клемм к гнезду, предотвращая тем самым появление опрокидывающих моментов относительно оси заземляемого провода.
Планки зажима снабжены так же фиксаторами, препятствующими в аварийном режиме сбросу зажима с заземляемого провода. Работа фиксаторов заключается в следующем. Когда электродинамические усилия «большого» контура «заземляемый провод - перпендикулярный ему зажим» пытаются развернуть зажим в положение, при котором продольные оси провода и зажима пытаются сблизиться, тут же начинают сказываться силы трения между заземляемым проводом и мощно прижатыми к нему планками зажима. Эти силы трения затрудняют разворот зажима, а вот фиксаторы в данной ситуации вообще останавливают перемещение зажима относительно заземляемого провода, поскольку выполняют роль механических упоров на пути скольжения планок. В качестве фиксаторов могут выступать, например, полукруглые головки винтов или выдавленные в материале планок бугорки, которые возвышаются над плоскостями обращенных друг к другу поверхностей контактного узла, служа дополнительной помехой на пути разворота,
Несмотря на оснащение предлагаемого зажима фиксаторами, роль которых раскрыта выше, в данном зажиме использован также конструкторский прием, сводящий к нулю электродинамические усилия «большого» контура «заземляемый провод-зажим». Объясняется это тем, что ток в планках зажима имеет одно направление, а в плотно прижатых к одной из планок изолированных проводах - противоположное направление. Поскольку эти токи равны между собой, то и электродинамические усилия от заземляемого провода, приложенные отдельно к электродинамическому контуру зажима и отдельно к изолированным проводам, тоже равны, но направлены встречно, а потому зажим от клемм до гнезда для крепления изолированных проводов находится в равновесном положении. Гибкие заземляющие провода, находясь ниже гнезда для их крепления, испытывают силовое воздействие «большого» контура, но это воздействие направлено на перемещение гибких заземляющих проводов в горизонтальное положение (эффект хлыста), по достижении которого электромагнитное взаимодействие в «большом» контуре практически исчезает.
Во многом предпосылки успешной работы зажимов любых конструкций закладываются еще на стадии их установки на заземляемый провод. Непременное условие при этом - эффективное удаление окисной пленки с провода. Это наблюдается при скольжении планок зажима по проводу вплоть до упора, т.е. до ограничителя перемещения. Максимальному удалению окисных пленок способствует придание поверхностям зажима, непосредственно участвующим в скалывании и удалении инородного слоя с провода, повышенной шероховатости. Это достигается по-разному, например рифлением, напылением абразивного материала, изготовлением планок из черного проката (т.е. без дополнительной механической обработки) и т.д. Высокая эффективность удаления окисных пленок приводит к минимальному значению переходного сопротивления, к чему как раз и необходимо стремиться.
По сравнению с прототипом скалывание и удаление окисной пленки в предлагаемом зажиме происходит на гораздо более широком фронте заземляемого провода, равном ширине планок, а высокую эффективность этого процесса обеспечивает выбор длины участков с повышенной шероховатостью.
Пример выполнения данного зажима представлен схематично на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показан общий вид зажима;
на фиг. 2 - то же, вид слева;
на фиг. 3 показан зажим с заземляемым проводом, вид слева.
Предлагаемый заземляющий зажим состоит из планок 1 и 2, расположенных одна вдоль другой, выполненных из упругого ферромагнитного материала. Верхние концы планок 1 и 2 электрически и механически соединены между собой напрямую или посредством технологической вставки 3, выполненной преимущественно из того же материала, что и планки 1 и 2. На верхних концах планок 1 и 2 размещены клеммы 4 для подсоединения заземляющих проводов. Нижний конец планки 1 оканчивается хвостовиком 5, предназначенным для крепления зажима к изолирующей рукоятке, а нижний конец планки 2 выполнен в виде захвата 6 для улавливания заземляемого провода. На одной из планок, например на планке 1, между ее верхним и нижним концами размещается ограничитель перемещения 7 заземляемого провода. Непосредственно ниже ограничителя перемещения 7 размещен контактный узел 8 с контактами, расположенными на обращенных друг к другу поверхностях планок 1 и 2. На планке 1, оканчивающейся хвостовиком 5, на ее внешней стороне, устроено гнездо 9 для крепления заземляющих проводов в изолирующей оболочке, состоящее из планки 10, прижимающей заземляющие провода в общем к планке 1 посредством винтов 11. Верхней границей контактного узла 8 служит ограничитель перемещения 7, а его нижней границей являются фиксаторы 12, расположенные по горизонтали на одной или обеих планках. Кроме того, обращенные друг к другу участки 13 и 14 поверхностей планок 1 и 2, расположенные ниже контактного узла 8 и имеющие возможность соприкосновения с заземляемым проводом при установке зажима в рабочее положение, выполнены с повышенной шероховатостью.
Работает предлагаемый зажим следующим образом. После улавливания заземляемого провода захватом 6 зажим продвигается вниз до момента встречи провода с ограничителем перемещения 7. В процессе продвижения зажима до упора участки 13 и 14 поверхностей планок 1 и 2 посредством шероховатостей скалывают окисную пленку с провода и способствуют ее удалению. Преодолев фиксаторы 12, что определяется по щелчку, заземляемый провод занимает свое место в контактном узле 8, образуя контактную пару «зажим - заземляемый провод» с прогнозируемым переходным сопротивлением. В дальнейшем, если режим ожидания сменяется режимом короткого замыкания, электродинамические усилия сужения в контактной паре «зажим - заземляемый провод» компенсируются усилиями электродинамического контура зажима, сохраняя тем самым первоначальные контактные нажатия, а следовательно, и расчетное переходное сопротивление.
Достаточно большая ширина планок 1 и 2 способствует появлению большого количества точек механического сцепления зажима с заземляемым проводом, что обеспечивает совместно с фиксаторами 12 противодействие предполагаемому развороту зажима вдоль оси заземляемого провода. Снятие зажима с заземляемого провода производится в обратном порядке.
Предлагаемый зажим отличается простотой конструкции, прогнозируемой высокой термической и электродинамической стойкостью, надежностью в эксплуатации.
Источники информации
1. RU 2262786 С2, 20.10.2005. Бюл. №29.
2. RU 2194344 С2, 10.12.2002. Бюл. №34.
3. А.А. Чунихин. Электрические аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. И.Я. Левин. Справочник конструктора точных приборов. - М.: Государственное научно-техническое издательство, Оборонгиз, 1962.