ТРЕХФАЗНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники и энергетики и может быть использована для защиты трехфазных цепей от аварийных режимов, и преимущественно - для экономии электрической энергии в мощных реактированных сетях, путем шунтирования реакторов и исключения их из цепи в номинальном режиме.
Известно, что трехфазные цепи коммутируются пускателями, автоматическими выключателям, предохранителями и т.д., причем повышение коммутационной способности этих аппаратов расширяет их функциональные возможности и позволяет достичь качественно новых результатов, например в области экономии энергии. Например, известно «реагирование» сетей (см. Общая электротехника Ю.М.Борисов Д.Н.Липатов. Москва Высшая школа 1974. стр.207.) - это когда в мощных сетях устанавливаются реакторы (индуктивные сопротивления), которые снижают токи КЗ с тем, чтобы имеющиеся выключатели справились с отключением аварийного тока. Следовательно, реакторы необходимы только в аварийной ситуации, в то же время реактор включен в цепь постоянно и через него постоянно протекает номинальный ток и, как любое сопротивление, реактор постоянно рассеивает выделяющуюся в нем энергию. Возникновение аварийного режима процесс вероятностный. Аварии могут быть редкими (раз в год), а в надежных сетях и раз в несколько лет. В этом случае в зависимости от номинального тока потери могут
составлять от десятков тысяч до миллионов КВт\час электроэнергии, а это десятки тысяч и миллионы рублей, причем с учетом постоянного роста стоимости энергии потери возрастут. Таким образом, в целях экономии электроэнергии целесообразно в надежных, мощных трехфазных электрических сетях с токоограничивающими реакторами в номинальном режиме шунтировать эти реакторы коммутационными аппаратами и, следовательно, исключать реакторы из цепи, а в аварийном режиме коммутационные аппараты размыкают, включают реактор в цепь и тем самым ограничивают аварийный ток. Ограниченный аварийный ток надежно отключается имеющимся выключателем.
Коммутационный аппарат, шунтирующий реактор, должен обладать уникальными характеристиками. Он должен быть очень быстродействующим и иметь уникальную отключающую способность. Быстродействие необходимо для опережающего включения реактора при возникновении аварии, а большая отключающая способность необходима в связи с особенностью индуктивного сопротивления, которое с уменьшением времени нарастания напряжения имеет большее сопротивление. Выпускаемые коммутационные аппараты (см. Электрические аппараты. А.А.Чунихин. Энергия - Москва 1975) этой способностью не обладают. В этой связи наиболее полно этим качествам отвечает взрывной предохранитель защитного устройства тяговой ж.д. подстанции, который выбран нами за прототип (см. патент на полезную модель №68194 от 06.06.07.)
Взрывной предохранитель защитного устройства тяговой ж.д. подстанции состоит из прочного корпуса, в котором установлен токовод, выполненный из двух массивных торцевых частей
(электродов), соединенных между собой облегченной частью - трубчатым, разрушаемым тоководом, внутри которого расположен заряд взрывчатого вещества (ВВ). Взрывной предохранитель стянут в осевом направлении вместе с силовыми шинопроводами и изоляцией. Срабатывание предохранителя - подрыв заряда ВВ происходит по сигналу от схемы управления, которая регистрирует аварийную ситуацию, поступающую от датчиков аварийного состояния и генерирует инициирующий электрический импульс. Взрыв заряда ВВ воздействует на разрушаемый токовод с образованием межконтактного промежутка. Возникающая при этом электрическая дуга отключения гаснет под действием высокого давления от взрыва. Использование энергии взрыва в отключающем аппарате позволяет получить уникальное быстродействие и большую отключающую способность, именно те качества, которые необходимы отключающему аппарату, шунтирующему токоограничивающие реакторы. В трехфазной цепи реакторы устанавливаются во всех трех фазах и для их шунтирования необходимо три ВПЖД. Такое решение задачи экономии энергии содержит следующие недостатки:
1. Сложность и высокая стоимость, поскольку нужны три предохранителя, три схемы управления, и после срабатывания необходимо заменять все три предохранителя.
2. Низкая надежность.
В трех предохранителях в три раза большая вероятность отказа одного из них и следовательно возникновения неполнофазного режима. Кроме того срабатывание трех предохранителей не бывает строго синхронным, что вносит некоторый дисбаланс в работу системы. Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы
взрывного предохранителя и уменьшения стоимости защитного оборудования.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель заключается в надежном и быстром отключении аварийного тока в трехфазной цепи одним взрывным предохранителем, а при наличии токоограничивающих реакторов в трехфазной сети в обеспечении их шунтирования в номинальном режиме и быстром включении при возникновении аварийной ситуации в цепи с токоограничивающими реакторами.
Технический результат достигается следующим образом.
Заявляемый трехфазный взрывной предохранитель как и прототип содержит прочный цилиндрический корпус, в котором установлен цилиндрический токовод, состоящий из массивных торцевых электродов и соединяющего их разрушаемого трубчатого элемента с зарядом взрывчатого вещества, и схему управления, соединенную электрически с зарядом взрывчатого вещества.
В отличие от прототипа заявляемый трехфазный взрывной предохранитель дополнительно содержит затворы, установленные по торцам токовода и укрепленные в корпусе, а токовод (нижняя, верхняя массивные его части - электроды, соединенные разрушаемым трубчатым элементом) выполнен разделенным вдоль на электрически изолированные сегменты, каждый из которых укреплен в корпусе токопроводящими шпильками, причем корпус в частном случае выполнен из стеклоэпоксидного цилиндра, а каждый из затворов выполнен из прочного диска и эластичной прокладки (уплотнителя), например из маслостойкой резины, а токовод в частном случае разделен на три электрически изолированных сегмента.
Отличия заявляемого трехфазного предохранителя от прототипа подтверждают новизну заявляемого устройства.
Взрывной трехфазный предохранитель за счет имеющихся у него преимуществ, т.е. выполнения токовода из электрически изолированных сегментов, позволяет установить его в рассечку трехфазной цепи таким образом, чтобы каждая из фаз была соединена через две токопроводящие шпильки и далее через массивные и разрушаемую трубчатую части изолированного сегмента. Следовательно, один взрывной предохранитель соединяет все три фазы и он один обеспечивает надежное отключение аварийного тока во всех трех фазах одновременно. Это уменьшает затраты (после отключения нужно заменить только один предохранитель, а не три) и увеличивает надежность. У трех предохранителей в три раза больше вероятность отказа и следовательно возникновения неполнофазного режима
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1. представлен трехфазный взрывной предохранитель (общий вид в разрезе), а на фиг.2, фиг.3, фиг.4 его сечения соответственно - АА, ВВ, СС.
Трехфазный взрывной предохранитель состоит: - из прочного цилиндрического корпуса 1, выполненного из стеклоэпоксидного цилиндра, внутри которого встроен токовод 2, выполненный из трех изолированных электрически сегментов с верхними массивными торцевыми частями 3, 4, 5 (фиг.2), разделенными изоляцией 6, и нижними массивными торцевыми частями 7, 8, 9 (фиг.4).. Верхние и нижние массивные торцевые части соединены между собой соответственно частями разрушаемого трубчатого элемента 10, 11, 12 (фиг.3),
которые также отделены друг от друга изоляцией и представляют собой разрушаемую часть токовода 2. Верхняя и нижняя массивные части сегментов токовода крепятся в корпусе 1 токопроводящими шпильками соответственно 13, 14, 15 (фиг.2), и 16, 17, 18 (фиг.3). Внутри разрушаемого трубчатого элемента - облегченной части токовода расположен заряд взрывчатого вещества 19 с электропроводами 20, соединенный со схемой управления (на Фиг.1 не показана). По торцам токовода 2 установлены герметичные затворы, укрепленные шпильками 21 (снизу) и состоящие из эластичной прокладки 22 и прочного диска 23.
Схема управления соединена с датчиком или датчиками аварийного состояния. Датчики аварийного состояния могут быть установлены непосредственно в силовую цепь, например совместно с шунтом, либо около силового шинопровода, используя электромагнитную связь (трансформатор тока, датчик Холла) и т.п.
Трехфазный взрывной предохранитель работает следующим образом:
В исходном состоянии он включен в рассечку трехфазной цепи через шпильки 13, 14, 15 и 16, 17, 18, в нем находится заряд взрывчатого вещества 19, соединенный со схемой управления, и на нее подано напряжение. В случае возникновения аварийной ситуации срабатывает схема управления взрывного предохранителя по сигналу датчика аварийного состояния. Схема управления запускается и формирует инициирующий импульс для подрыва заряда взрывчатого вещества 19.
Взрыв заряда создает в трубчатом разрушаемом тоководе, состоящем из облегченных сегментов 10, 11, 12, разделенных изоляцией, высокое давление, под действием которого происходит электрическое разъединение их с верхними массивными частями 3, 4, 5 с нижними
соответственно 7, 8, 9, возникающая при этом электрическая дуга отключения гаснет под действием высокого давления от взрыва. Происходит отключение тока и ликвидация аварийного режима. Наиболее целесообразно применять заявляемый трехфазный взрывной предохранитель в реактированных сетях. Тогда одним трехфазным взрывным предохранителем можно шунтировать все три реактора, установленных в трех фазах. В этом случае силовая электрическая схема работает следующим образом. В номинальном режиме зашунтированные ректоры (индуктивные сопротивления) исключаются из цепи и на них не рассеивается энергия, не ухудшается cos f. Коммутация номинальных режимов цепи осуществляется выключателями. В случае возникновения аварийных ситуаций, например, КЗ между фазами, ток начинает нарастать очень быстро. Скорость нарастания регистрируется датчиком аварийного состояния, который анализирует ее и, если она превышает отключающую способность выключателей, то срабатывает схема управления трехфазного взрывного предохранителя. Схема управления формирует инициирующий импульс и подает его на заряд взрывчатого вещества 19 (см. фиг.1). Взрыв заряд взрывчатого вещества создает внутри разрушаемого трубчатого элемента 10, 11, 12 (см фиг.3) высокое давление, под действием которого происходит его электрическое разъединение с верхними и нижними массивными частей токовода 2 и ток вынуждается идти через реакторы, которые ограничивают его. С ограниченным током КЗ справляются выключатели. Таким образом, применение трехфазного взрывного предохранителя в реактированных сетях позволяет сэкономить большое количество электроэнергии, за счет исключения из цепи индуктивного сопротивления в номинальном режиме, а в аварийном режиме отключать токи КЗ имеющимися выключателями.