Токоограничивающее устройство
CURRENT-LIMITING DEVICE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроустановок низкого напряжения.
Известно токоограничивающее устройство, содержащее жидкометаллический самовосстанавливающийся предохранитель (ЖСП) и параллельно подключенное к нему токоограничивающее сопротивление. Устройство подключается в сеть переменного тока и служит для ограничения теплового воздействия тока короткого замыкания на защищаемые элементы сети. В нормальном режиме сопротивление ЖСП несоизмеримо меньше шунтирующего сопротивления, поэтому рабочий ток сети проходит через ЖСП. При коротком замыкании плавкая вставка ЖСП нагревается до температуры кипения жидкого металла и переходит в парообразное состояние, вызывая взрывообразное повышение давления. Пары металла при высоком давлении обладают высоким сопротивлением. Ток короткого замыкания резко ограничивается [см. Патент №127130/81 (JP)].
В ЖСП возникает электрическая дуга, которая гасится при переходе тока через нулевое значение. Сопротивление дуги превышает значение шунтирующего сопротивления, поэтому большая часть тока короткого замыкания будет проходить через шунтирующее сопротивление. Меньшая часть тока короткого замыкания через ЖСП. Протекание тока через ЖСП в период горения электрической дуги вызывает выделение тепловой энергии в диэлектрическом канале ЖСП. Так как температура электрической дуги значительно превышает температуру плавления известных диэлектрических материалов, то даже при кратковременном воздействии электрической дуги возникает эрозия стенок канала и изменение его диаметра. Степень эрозии зависит от энергии, выделенной электрической дугой. Недостатком известного токоограничивающего устройства является ограниченный коммутационный ресурс.
Снизить степень эрозии и увеличить коммутационный ресурс возможно за счет снижения величины шунтирующего сопротивления. Его снижение вызывает снижение падения напряжения при протекании по сопротивлению тока короткого замыкания. При этом снижается напряжение, приложенное к ЖСП. Снижается напряжение, приложенное к электрической дуге. Значит снижается ток дуги и энергия, выделяемая в канале ЖСП в период горения дуги. Однако снижение величины сопротивления связано с снижением токоограничивающих свойств токоограничивающего устройства. Сопротивление ограничивающее ток короткого замыкания снижается значит ток короткого замыкания увеличивается. Токоограничивающее сопротивление выбирается по условию ограничения величины тока короткого замыкания и его теплового воздействия до безопасных для защищаемых элементов сети значений. Снижение его величины для увеличения коммутационного ресурса ЖСП невозможно. Назначение токоограничивающего устройства теряет смысл.
Технический результат - увеличение коммутационного ресурса устройства.
Технический результат достигается тем, что токоограничивающее устройство содержит ЖСП и параллельно подключенное к нему токоограничивающее сопротивление. Особенностью является то, что токоограничивающее сопротивление состоит из двух последовательно включенных сопротивлений, параллельно одному из которых подключен второй ЖСП.
На фиг. представлена принципиальная схема токоограничивающего устройства.
Токоограничивающее устройство состоит из ЖСП 1 и параллельно подключенному к нему токоограничивающего сопротивления. Токоограничивающее сопротивление состоит из двух последовательно включенных сопротивлений 2 и 3, параллельно одному из которых 3 подключен второй ЖСП 4. Токоограничивающее устройство подключается в сеть переменного напряжения с помощью контактных соединений 5 и 6.
Предполагаемое изобретение работает следующим образом. В нормальном режиме рабочий ток проходит через ЖСП 1. Параллельно подключенное к ЖСП 1 сопротивление 2 несоизмеримо больше чем сопротивление плавкой вставки ЖСП 1. По этой причине ток в параллельно подключенном сопротивлении 2 отсутствует. При возникновении тока короткого замыкания плавкая вставка ЖСП 1 нагревается и переходит в парообразное состояние, возникает электрическая дуга. Сопротивление ЖСП 1 возрастает и становится значительно больше сопротивления 2. Ток короткого замыкания переключается из цепи ЖСП 1 в цепь сопротивления 2 и второго ЖСП 4. Ток в параллельно подключенном сопротивлении 3 в виду значительного сопротивления по сравнению с ЖСП 4 отсутствует. За время пока плавкая вставка ЖСП 4 нагревается и переходит в парообразное состояние к ЖСП 1 прикладывается напряжение, равное падению напряжения на сопротивлении 2. Так как это сопротивление является только частью шунтирующего сопротивления, соответствующего прототипу, значит оно меньше. Уменьшение напряжения на ЖСП 1 влечет за собой уменьшение тока и энергии выделенной дугой и меньшую степень эрозии, т.е. повышение коммутационного ресурса. После образования паров жидкого металла и электрической дуги в ЖСП 4 сопротивление ЖСП 4 увеличивается и ток переключается в сопротивление 3. Начиная с этого момента и до погасания электрической дуги в ЖСП 1 и ЖСП 4 цепь тока короткого замыкания ограничивается двумя последовательно включенными сопротивлениями 2 и 4.
Предложенное решение позволяет снизить энергию электрической дуги в ЖСП 1 в течение промежутка времени от возникновения дуги в ЖСП 1 до нагревания плавкой вставки ЖСП 4 до температуры кипения и перехода ее в парообразное состояние. В оставшееся до погасания дуги время энергия, выделяемая в ЖСП 1 остается на том же уровне, что и в прототипе.
Предложенное решение выгодно отличается от прототипа, тем что в нем в начальной стадии дугового процесса снижена энергия электрической дуги счет шунтирования ЖСП сопротивлением меньшей величины, чем величина, предусмотренная в прототипе. Длительность этой стадии определяется временем нагревания и перехода в парообразное состояние плавкой вставки дополнительного ЖСП 4.