Силовой кабель-жгут

Введение
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим кабелям.
От бесперебойной подачи электроэнергии часто зависит безопасность человека. Вследствие вибрации в транспортных средствах существует высокая вероятность короткого замыкания (КЗ) кабеля «на корпус», с другой стороны, в таких транспортных средствах, как самолет или вертолет, бесперебойная работа электрооборудования особенно важна.
Если источник напряжения с малым внутренним сопротивлением закоротить, то в цепи потечет ток равный отношению ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления закорачивающей цепи. При большой мощности источника ток достигнет очень большой величины, который может повредить источник, потребитель, соединительные провода. Перегрев соединительных проводов может привести к пожару. Поэтому при питании устройств от мощных источников почти всегда вводят защиту от КЗ в потребителе, которое может внезапно возникнуть от аварий устройств, ошибок людей и пр. Очень опасно КЗ мощных электрохимических источников электричества, - особенно аккумуляторов. Так, например, длительное закорачивание свинцового аккумулятора приводит к вскипанию его электролита с разбрызгиванием капель серной кислоты, еще опаснее закорачивание литиевых аккумуляторов, ведущее к его перегреву и возможному взрыву корпуса и возгоранию металлического лития.
При закорачивании обмоток статора мощного электрического генератора в нем развиваются огромные электродинамические силы, зачастую приводящие к его разрушению.
Простейшая защита от разрушительных последствий К3-плавкий предохранитель. Также применяются различные автоматы защиты сети, их преимущество - многократное восстановление цепи после актов срабатывания при защите, в отличие от однократно используемого плавкого предохранителя или его вставки. Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Статья: «Режим короткого замыкания».
Электрический предохранитель - компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа.
Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, - тока, на который рассчитан предохранитель.
По принципу действия при разрыве тока в защищаемой цепи предохранители разделяются на четыре класса - плавкие, электромеханические, электронные и использующие нелинейные обратимые свойства по изменению сопротивления после воздействия экстратока у некоторых проводящих полупроводниковых материалов (самовосстанавливающиеся предохранители).
В плавких предохранителях при превышении тока свыше номинального происходит разрушение токопроводящего элемента предохранителя (расплавление, испарение), традиционно этот процесс называют «перегоранием» или «сгоранием» предохранителя.
Автоматический выключатель защиты сети снабжен датчиками протекающего тока (электромагнитными и/или тепловыми), при превышении тока сверх номинального, разрывают цепь размыканием контактов, обычно, движение контактов на размыкание производится посредством предварительно взведенной пружины.
В электронных предохранителях защищаемую цепь разрывают бесконтактные ключи.
В самовосстанавливающихся предохранителях, при превышении тока увеличивается на несколько порядков удельное электрическое сопротивление полупроводникового материала токопроводящего элемента предохранителя, что снижает ток цепи, после снятии тока и их охлаждения восстанавливают свое сопротивление. Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Статья: «Электрический предохранитель».
К минусам общеизвестных способов защиты силового кабеля от КЗ можно отнести следующее.
1. Во время срабатывания защиты (для всех типов предохранителей), а также после устранения КЗ (для всех, кроме самовосстанавливающихся предохранителей) в цепи нагрузка отключена.
2. После устранения КЗ для возобновления работы оборудования требуется замена предохранителя (для невосстанавливаемых предохранителей).
3. В случае КЗ силового кабеля, предназначенного для передачи большого тока, необходим еще больший ток, чтобы защита сработала. Возникающий ток КЗ может привести к местному перегреву, искре и, как следствие, к пожару.
4. Электронные предохранители срабатывают быстрее плавких, но они существенно сложнее, и обычно дороже. Автоматические выключатели также сложнее и дороже плавких предохранителей.
Возможна защита от короткого замыкания способом, при котором параллельно с основным прокладывается один или более запасных кабелей. При этом замыкание основного приводит к автоматическому переключению на запасной. К минусам данного способа можно отнести следующее.
1. Запасные кабели утяжеляют конструкцию.
2. Запасные кабели и система переключения усложняют и удорожают конструкцию.
3. Существует временная задержка при переключении с основного на запасной кабель в момент срабатывания защиты, что приводит к выключению нагрузки на этот период.
4. Запасной кабель до его включения в момент срабатывания защиты может уже быть неработоспособным. Его можно периодически проверять, но это усложняет конструкцию.
Технический результат заключается в обеспечении работоспособности нагрузки во время короткого замыкания силового кабеля и отсутствии необходимости срочной замены предохранителей.
Сущность полезной модели
Предлагается силовой кабель, представляющий собой жгут изолированных проводов, суммарным сечением незначительно превышающий заменяемый кабель, при этом каждый провод имеет предохранители в начале и в конце. Для работы в цепях постоянного тока предохранители на дальнем от источника конце изолированных проводов могут быть заменены на диоды, что позволяет разместить предохранители в одном месте, при этом параллельно предохранителям могут быть поставлены светодиоды вместе с ограничивающими ток сопротивлениями, что позволит идентифицировать перегоревший предохранитель во время КЗ.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена электрическая схема обычной цепи до КЗ. На фиг. 2 представлена электрическая схема обычной цепи после КЗ. На фиг. 3 представлена предлагаемая электрическая схема силового жгута до КЗ. В схеме источник постоянного напряжения может быть заменен на источник переменного напряжения. На фиг. 4 представлена предлагаемая электрическая схема силового жгута после КЗ. В схеме источник постоянного напряжения может быть заменен на источник переменного напряжения. На фиг. 5 представлена предлагаемая электрическая схема после КЗ силового жгута, использующего диоды вместо предохранителей на одном конце. На фиг. 6 представлена предлагаемая электрическая схема после КЗ одного провода жгута с применением светодиода LED и ограничивающего ток сопротивления R1 для идентификации перегоревшего предохранителя.
Настоящим предлагаю заменить силовой кабель (фиг. 1) группой более тонких, изолированных друг от друга проводов (далее жгутом). При этом общая масса кабеля вырастет несущественно, так как максимально возможный ток нагрузки всего жгута должен быть приблизительно равен максимальному току заменяемого кабеля. Каждый провод в жгуте должен иметь по два предохранителя - в начале и в конце (фиг. 3). В этом случае КЗ даже нескольких составляющих жгут проводов приведет лишь к срабатыванию предохранителей на их концах, но не к прекращению в целом (по оставшимся проводам) подачи энергии от источника к нагрузке. Предохранители на концах тонких проводов будут иметь многократно (зависит от количества проводов в жгуте) меньший ток срабатывания по сравнению с единым предохранителем, что увеличит скорость срабатывания защиты и существенно снизит общий ток КЗ. Для особенно важной нагрузки жгут можно разделить на несколько частей, которые прокладывают по разному пути от источника к нагрузке.
В момент возникновения (фиг. 4) ток КЗ в предохранителе F1 вызывает его перегорание, в следующий момент времени ток КЗ начинает течь по цепям предохранителей F3-F4, F5-F6, F7-F8, F9-F10, F11-F12 и далее через предохранитель F2. При этом, если пренебречь током нагрузки R, ток через предохранители F3-F4, F5-F6, F7-F8, F9-F10, F11-F12 будет приблизительно в пять раз ниже (для жгута из шести проводов), чем в предохранителе F2. Вследствие этого предохранитель F2 перегорает, что размыкает цепь КЗ. Цепь нагрузки R остается работоспособной все время.
Предохранители F2, F4, F6, F8, F10, F12 (фиг. 3) можно заменить диодами (справедливо для цепей постоянного тока). Соответствующая схемапредставлена на фиг. 5. В момент возникновения КЗ ток, возникающий в предохранителе F1, вызывает его перегорание, в следующий момент времени обратное напряжение запирает диод D1, что размыкает цепь КЗ. Цепь нагрузки R остается работоспособной все время. Данное решение позволяет разместить предохранители в одном месте.
Большое количество предохранителей приведет к усложнению контроля за ними. Если параллельно с предохранителями поставить светодиоды, то они будут сигнализировать о произошедшем КЗ в цепи (фиг. 6).