ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ЗАЖИМ
GROUND CLAMP

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к зажимам переносных заземлений, используемых для заземления отключенных проводов воздушных линий электропередачи.
Известен (1) заземляющий зажим, содержащий электродинамический контур, контактный узел, ограничитель перемещения заземляемого провода, клеммы для подсоединения заземляющих проводов, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, захват для улавливания заземляемого провода, дополнительный электродинамический контур, усиливающий действие основного электродинамического контура.
Недостатки зажима следующие. Зажим сложен в изготовлении за счет применения прессового оборудования, в зажиме принятой конструкции затруднен расчет контактных нажатий и параметров электродинамического контура, что обусловлено сложной конфигурацией планок. По этой причине теряется предсказуемость значений переходного сопротивления в контактной паре «зажим-провод» в режиме короткого замыкания, а следовательно снижается и уверенность в надежности зажима при похождении по нему избыточных токов.
Известен (2) также зажим, формально состоящий из тех же конструктивных элементов, что и зажим (1), за исключением того, что зажим (2) снабжен участками поверхностей с повышенной шероховатостью, предназначенными к скалыванию и удалению окисных пленок с заземляемого провода. Кроме того, принятая конструкция зажима позволяет легко увеличивать или уменьшать число контактных переходов «зажим-провод» за счет увеличения или уменьшения числа единичных модулей, задействованных в зажиме. В данном случае, единичный модуль - это отдельно взятый зажим, обладающий фиксированной пропускной способностью по току, а набор таких параллельных модулей представляет собой конструкцию зажима (2), наиболее близкого по технической сущности к заявленному техническому решению (прототип).
Прототип характеризуется рядом недостатков. В этом плане необходимо отметить технологические сложности в изготовлении зажима (индивидуальная оснастка для каждой планки), повышенную материалоемкость, большой вес, высокие ценовые показатели. В прототипе не исключена возможность разворота зажима вдоль оси заземляемого провода под действием электродинамических усилий большого контура «заземляемый провод - зажим - заземляющий провод». В известном (2) зажиме постоянно приходится находить баланс между стремлением к увеличению числа единичных модулей и непропорциональным увеличением, вследствие этого, веса зажима, что приводит к большому расходу стали, высокой стоимости, неудобству в практическом применении заземления с тяжелыми по весу зажимами.
Целью настоящего изобретения является создание серии электродинамических зажимов с изменяющейся в режиме короткого замыкания геометрией контактного узла, с простой и надежной конструкцией, разработанной на принципе модульного конструирования, позволяющей без особых конструктивных изменений расширить диапазон термической и электродинамической стойкости зажимов, к тому же обладающих малым весом и габаритами, поддающихся простому и ясному расчету.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в конструкцию заземляющего зажима, содержащего электродинамический контур, образованный расположенными одна вдоль другой планками, выполненными из упругого ферромагнитного материала, контактный узел, ограничитель перемещения заземляемого провода, клеммы для подсоединения заземляющих проводов, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, захват для улавливания заземляемого провода, участки поверхностей планок, выполненные с повышенной шероховатостью, внесены существенные конструктивные изменения, заключающиеся в том, что ограничитель перемещения заземляемого провода размещен в средней части расположенных одна вдоль другой планок, при этом планки выше ограничителя перемещения выполняют роль плоских листовых пружин, планки ниже ограничителя перемещения выполняют роль электродинамического контура, непосредственно ниже ограничителя перемещения планки снабжены механическими выступами, образующими в совокупности с ограничителем перемещения и обращенными к друг другу поверхностями планок контактный узел, планки, расположенные выше ограничителя перемещения, механически соединены своими верхними концами, у планок, расположенных ниже ограничителя перемещения, нижние концы свободны, при этом нижний конец одной планки выполнен в виде захвата для улавливания заземляемого провода, а нижний конец другой планки выполнен в виде хвостовика для крепления зажима к изолирующей рукоятке, непосредственно выше хвостовика расположены клеммы для подсоединения заземляющих проводов, а обращенные друг к другу участки поверхностей планок с повышенной шероховатостью расположены ниже контактного узла и имеют возможность соприкосновения с заземляемым проводом при установке зажима в рабочее положение.
К основным отличительным признакам предлагаемого зажима относится предельная простота его конструкции и улучшение качественных характеристик контактного узла в режиме короткого замыкания, а именно сохранение и даже уменьшение первоначального переходного сопротивления контактной пары «зажим - заземляемый провод» в аварийном режиме.
Действительно, зажим представлен двумя упругими планками, расположенными одна вдоль другой. В то же время на эти планки возложена роль плоских листовых пружин, контактного узла, хвостовика, захвата, электродинамического контура, на этих же планках размещены клеммы для подсоединения заземляющих проводов и участки поверхностей с повышенной шероховатостью.
Планки, выполняющие роль электродинамического контура, в режиме короткого замыкания за счет взаимного притяжения совершают вращательное движение относительно оси заземляемого провода, перемещаясь в общем навстречу друг к другу, при этом в контактной паре «зажим-провод» контакт линейного или точечного типа трансформируется в контакт «выпуклая поверхность провода - вогнутая поверхность планок зажима», т.е. линейный или точечный контакт превращается в поверхностный контакт с общей увеличенной площадкой контактирования, обусловливая рост числа контактных пятен, что как раз и является гарантией стабилизации или даже уменьшения переходного сопротивления контактной пары при избыточных токах. Физика этого процесса была и ранее известна из механики, при механическом сжатии упругих тел (3, с. 240-253). При этом, оперируя понятием «контактная твердость», необходимо помнить, что электрическая контактная твердость отличается от механической контактной твердости на порядок, хотя размерность одна и та же.
Предлагаемый зажим, как и прототип, разработан с использованием принципа модульного конструирования. Условно за единичный модуль принимается зажим с фиксированной толщиной и шириной планок, способный выдержать какое-либо единичное значение аварийного тока, а набор таких единичных модулей, собранных параллельно, как раз и представляет собой предлагаемый зажим, причем ширина каждой планки предлагаемого зажима кратна ширине планки единичного модуля, а толщина планок остается прежней. Таким образом, задавшись в предлагаемом зажиме лишь шириной планок, можно легко предсказать и его пропускную способность по току, т.е. его термическую и электродинамическую стойкость. С увеличением ширины планок увеличивается и число контактных переходов в контактной паре «зажим-провод», при этом первоначальное контактное нажатие на каждый переход останется прежним, поскольку с увеличением ширины планки, при ее одной и той же длине, пропорционально растет и усилие прогиба, развиваемое более широкой планкой при одинаковом изгибе.
Необходимо особо подчеркнуть, что пропускная способность зажима, рассчитываемая на аварийный режим, как уже сказано выше, определяется не только сечением его планок, но и количеством и типом применяемых в зажиме контактов. Так как в подавляющем большинстве зажимы предназначаются для установки на многопроволочные жилы, следует обратить внимание на то, что скрученная жила при касании с плоскостью планки образует с ней точечные контакты овальной формы, а расстояние между соседними точечными контактами определяется шагом скрутки. Отсюда следует, что определив по допустимой плотности тока пропускную способность самих планок в режиме короткого замыкания, определяют далее допустимый ток, приходящийся на один точечный контакт (4, с. 101) с тем, чтобы при этом токе не происходило размягчения или подплавления материалов контактных пар. Расчетное число контактных переходов реализуется выбором ширины планок зажима, исходя из оптимально выбранного расстояния между соседними точечными контактами. При этом, в соответствии с замыслом, в предлагаемом зажиме автоматически меняется в нужную сторону и контактное нажатие, поскольку каждая планка представляет собой по совместительству плоскую пружину.
Предлагаемый зажим схематично представлен чертежами на фиг. 1-3. На фиг. 1 показан общий вид заземляющего 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 и выполненных из упругого ферромагнитного материала, при это верхние концы планок 1 и 2 механически соединены между собой посредством технологической вставки 3. Нижние концы планок 1 и 2 свободны, при этом нижний конец планки 1 оканчивается хвостовиком 4, а нижний конец планки 2 оканчивается захватом 5. На планках 1 и 2, примерно в их средней части, размещен ограничитель перемещения 6 заземляемого провода, выполненный, например, в виде шпилек. Непосредственно ниже ограничителя перемещения 6 планки 1 и 2 (одна или обе) дополнительно снабжены механическими выступами 7. Выступы 7 выполняют роль механических упоров на пути возможного скольжения планок 1 и 2 при разворачивании зажима вдоль оси заземляемого провода. Между ограничителем перемещения 6 и механическими выступами 7 располагается контактный узел 8, в который заводится заземляемый провод, образуя электрический контакт с планками 1 и 2. Планка 1, непосредственно выше хвостовика 4, снабжена клеммами 9 для подсоединения заземляющих проводов. Кроме того, обращенные друг к другу участки 10 и 11 поверхностей планок 1 и 2, соприкасающиеся с заземляемым проводом при установке зажима в рабочее положение, выполнены с повышенной шероховатостью (например, посредством рифления).
В предлагаемом зажиме верхняя часть планок 1 и 2, от места их механического соединения вверху и до контактного узла 8 включительно, выполняет роль плоских листовых пружин, а нижняя часть планок 1 и 2, от клемм 9 и захвата 5 и до контактного узла 8 включительно, выполняет роль электродинамического контура, в котором планка 1 рассматривается как проводник с током, а планка 2 - как ферромагнитная стенка (4, с. 47, с. 38).
Планки 1 и 2 могут быть выполнены, в частном случае, одинаковыми, в виде зеркальных отображений друг друга (как и показано на чертежах).
Работает предлагаемый зажим следующим образом. После улавливания заземляемого провода захватом 5 зажим продвигается вниз, преодолевает механические выступы 7, что определяется по щелчку, и упирается в ограничитель перемещения 6. В процессе продвижения зажима вниз заземляемый провод очищается от окисных пленок при его проскальзывания по участкам 10 и 11, обладающих повышенной шероховатостью, а заняв место в контактном узле 8, образует с планками 1 и 2 зажима контактную пару «зажим - заземляемый провод» с заранее рассчитанным переходным сопротивлением.
Если режим ожидания сменяется режимом короткого замыкания, то это влечет за собой появление электродинамических усилий, которые способствуют разрушению зажима и его сбросу с провода. Однако конструкция предложенного зажима предусматривает недопущение этих негативных проявлений. Так, электродинамические усилия сужения, возникающие в каждом контактном переходе, гасятся электродинамическими усилиями Р взаимного притяжения планок электродинамического контура. Эти же усилия Р практически исключают возможность перескакивания планок через выступы 7, которые выполняют роль упоров на пути разворота зажима.
Когда требуется застраховаться от возможных сверхтоков, длина планок электродинамического контура может быть выбрана такой, которая в аварийном режиме обеспечивает возможность образования электрического контакта захвата 5 планки 2 с хвостовиком 4 планки 1. В этом случае пропускная способность зажима удваивается за счет параллельного соединения планок электродинамического контура. Одновременно увеличивается и число контактных пятен в каждом контактном переходе до максимального значения как за счет удвоения контактного нажатия (по сравнению с контактным нажатием в режиме ожидания), так и за счет фактического изменения геометрии каждого контактного перехода. Увеличение первоначальных контактных нажатий достигается, при необходимости, применением пакета листовых пружин (5, с. 668).
Снятие зажима с провода производится в обратном порядке.
Зажим прост в изготовлении, легко поддается инженерным расчетам. Принцип модульного конструирования и автоматически повышаемое качество контактного узла в режиме короткого замыкания позволяют создавать электродинамические зажимы с широким диапазоном термической и электродинамической стойкости.
Источники информации
1. RU 2262786 С2, 20.10.2005, Бюл. №29.
2. RU 2194344 С2, 10.12.2002, Бюл. №34.
3. П.Н. Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Книга 1. – М.: «Машиностроение», 1988.
4. А.А. Чунихин. Электрические аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
5. И.Я. Левин. Справочник конструктора точных приборов. - М.: Государственное научно-техническое издательство Оборонгиз, 1962.