Токоограничивающее устройство

 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления ограничения тока короткого замыкания. Устройство состоит из полого электродинамического механизма, в полости которого расположен токоограничивающий элемент, выполненный в виде стержня из ферромагнитного проводникового материала с большим температурным коэффициентом сопротивления и охватывающего его магнитопровода. Электродинамический механизм состоит из двух неподвижных и одной подвижной части. Токоограничивающий элемент соединен с неподвижными частями электродинамического механизма с помощью стержня. Толщина стенок проводникового материала подвижной и неподвижных частей электродинамического механизма выбрана не меньше значения глубины проникновения электромагнитной волны в данный проводник. Технический результат - повышение токоограничивающей способности, снижение габаритов и стоимости, простота в обслуживании и снижение потерь электроэнергии. 1 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а точнее к токоограничивающим устройствам, осуществляющим ограничение избыточного тока короткого замыкания.

Известны (1) устройства трансформаторного типа, включающие в себя токоограничивающий реактор, зашунтированный выключателем. Недостатком этих устройств является их малое быстродействие.

Шагом вперед по увеличению быстродействия является известное (2) токоограничивающее устройство, в котором для расшунтирования токоограничивающего элемента применен электродинамический механизм, используемый частично также в качестве токоограничивающего элемента, и ускоряющий конденсатор.

Данное токоограничивающее устройство, наиболее близкое к предлагаемому, обладает недостаточно высокой токоограничивающей способностью и большими габаритами.

Предлагаемым изобретением решается задача по повышению токоограничивающей способности и уменьшению габаритов токоограничивающего устройства.

Для достижения указанного технического результата токоограничивающее устройство, содержащее электродинамический механизм, состоящий из подвижных и неподвижных частей, включенных последовательно в рабочую сеть посредством гибких перемычек, контактную группу, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, шунтирующую токоограничивающий элемент, упругие элементы, выводы для подключения в рабочую сеть, согласно данному изобретению имеет существенные конструктивные изменения, а именно токоограничивающий элемент выполнен в виде стержня из ферромагнитного проводникового материала с большим температурным коэффициентом сопротивления и охватывающего его магнитопровода, электродинамический механизм выполнен полым, состоящим из двух полых неподвижных частей и одной полой подвижной части, причем подвижная часть размещена между двумя неподвижными, на смежных концах подвижной части с неподвижными размещены, с одной стороны, гибкие перемычки, с другой, противоположной, контактная группа, на свободных концах неподвижных частей размещены выводы, подвижная часть состоит из проводниковых планок, размещенных равномерно-симметрично относительно продольной оси полости и электрически соединяющих между собой неподвижные части, при этом каждая проводниковая планка с одного своего конца электрически соединена с одной из неподвижных частей посредством одной из размещенных там гибких перемычек, а с другого своего конца - с другой из неподвижных частей - посредством размещенных там подвижных и неподвижных контактов контактной группы, кроме того, каждая проводниковая планка скреплена с упругим элементом, исполняющим по совместительству роль несущей конструкции, выполненным также в виде планки из упругого ферромагнитного материала, один конец которой прикреплен к неподвижной части, со стороны размещения гибких перемычек, а другой ее конец свободен, к тому же планка имеет свободную от прикрепленной проводниковой планки зону рабочего изгиба, зашунтированную гибкой перемычкой, чем обеспечивается возможность перемещения каждой проводниковой планке в радиальном направлении к продольной оси полости и обратно, что, в свою очередь, предоставляет возможность размыкания и замыкания подвижных контактов, размещенных на проводниковой планке, с неподвижными контактами, размещенными на неподвижной части, сам же токоограничивающий элемент размещен внутри полости электродинамического механизма, скреплен с его неподвижными частями посредством стержня, электрически соединенного с выводами, при этом толщина стенок проводникового материала подвижной и неподвижных частей электродинамического механизма выбрана не менее значения глубины проникновения электромагнитной волны в данный проводник.

Отличительным признаком предлагаемого устройства от указанного выше известного (прототип), наиболее близкого к нему, является выполнение токоограничивающего элемента в виде стержня с большим температурным коэффициентом сопротивления из ферромагнитного проводникового материала и охватывающего его магнитопровода. В этом случае сопротивление токоограничивающего элемента носит активно-индуктивный характер, причем нелинейный характер носит не только индуктивное сопротивление, но и активное сопротивление, вольтамперная характеристика которого определяется изменением температуры сопротивления в результате его нагрева протекающим по нему током короткого замыкания. Данный отличительный признак позволяет резко увеличить токоограничивающую способность и уменьшить габариты токоограничивающего элемента.

Отличительным признаком является и выполнение электродинамического механизма полым с возможностью размещения токоограничивающего элемента внутри его полости. Электродинамический механизм в этом случае является полым участком рабочей сети, параллельно подключенным к токоограничивающему элементу, причем его подвижная часть снабжена контактной группой, шунтирующей токоограничивающий элемент в нормальном режиме и расшунтирующей его в режиме короткого замыкания.

К отличительному признаку относится и выбор толщины стенок полых частей электродинамического механизма, которая должна быть не менее глубины проникновения электромагнитной волны в материал проводника. При выполнении этого условия исключается электромагнитная связь поля, создаваемого током, протекающим по электродинамическому механизму, с ферромагнитной массой токоограничивающего элемента, находящегося внутри его полости.

На чертеже схематически показан общий вид предлагаемого токоограничивающего устройства в разрезе.

Токоограничивающее устройство содержит токоограничивающий элемент 1 и электродинамический механизм 2 с общими выводами 3 и 4 для подключения его в рабочую сеть. Токоограничивающий элемент 1 выполнен в виде скрепленных между собой стержня 5 из ферромагнитного проводникового материала с большим температурным коэффициентом сопротивления и охватывающего его магнитопровода 6. Электродинамический механизм 2 содержит неподвижные полые части 7 и 8 и размещенную между ними подвижную полую часть 9. Подвижная часть 9 состоит из отдельных проводниковых планок 10, размещенных равномерно-симметрично относительно продольной оси полости, образованной частями 7, 8 и 9. Каждая из проводниковых планок 10 электрически соединена с неподвижной частью 7 посредством гибких перемычек 11, а с неподвижной частью 8 - посредством контактной группы 12, содержащей подвижные контакты 13, электрически соединенные с проводниковой планкой 10, и неподвижные контакты 14, электрически соединенные с неподвижной частью 8. Кроме того, каждая планка 10 снабжена упругим элементом 15, выполненным также в виде планки из ферромагнитного материала, причем проводниковая планка 10 и упругий элемент 15 скреплены между собой, при этом каждый упругий элемент 15 имеет свободную от прикрепленной проводниковой планки 10 зону 16 рабочего изгиба, шунтируемую гибкой перемычкой 11. Упругий элемент 15 прикреплен к неподвижной части 7, со стороны размещения гибких перемычек 11, и посредством зоны 16 рабочего изгиба и гибкой перемычки 11 дает возможность перемещения каждой проводниковой планке 10 в радиальном направлении к продольной оси полости и обратно, что, в свою очередь, обеспечивает возможность размыкания и замыкания контактов 13 и 14. Стержень 5 скреплен с неподвижными частями 7 и 8 и является несущей конструкцией всего токоограничивающего устройства.

Токоограничивающее устройство работает следующим образом.

Посредством выводов 3 и 4 токоограничивающее устройство подключено в рабочую сеть, в нормальном режиме ток протекает, преимущественно, через электродинамический механизм 2, практически не вызывая в нем потери напряжения и мощности, т. к. активное и индуктивное сопротивление его очень мало и отсутствует электромагнитная связь электродинамического механизма с токоограничивающим элементом 1, электромагнитное поле самого токоограничивающего элемента 1 также мало и сосредоточено, в основном, в его ферромагнитной массе.

В доаварийном режиме электродинамические усилия, действующие на планки 10 в радиальном направлении, незначительны и уравновешиваются упругими элементами 15. В режиме короткого замыкания, при резком нарастании тока, электродинамические усилия, действующие на планки 10, резко возрастают и перемещают эти планки в радиальном направлении, преодолевая усилия трения в контактах 13 и 14 и усилия упругих элементов 15, изгибая последние в зоне 16 рабочего изгиба. При определенном смещении планок 10 контакты 13 и 14 размыкаются, ток перебрасывается в токоограничивающий элемент 1, при этом упругие элементы 15, выполненные из ферромагнитного материала, оказываются под влиянием электродинамических усилий притяжения, возникающих между ферромагнитным проводниковым стержнем 5 с током и упругими ферромагнитными элементами 15. Ограниченный до установившегося значения ток короткого замыкания удерживает ферромагнитные упругие элементы 15 в притянутом положении до момента отключения цепи рабочего тока выключателем.

После отключения цепи рабочего тока выключателем упругие элементы 15 совместно с проводниковыми планками 10 возвращаются в исходное положение, при этом контакты 13 и 14 замыкаются.

Предлагаемое токоограничивающее устройство обладает повышенной токоограничивающей способностью, малыми габаритами, небольшой стоимостью, позволяет значительно снизить потери электроэнергии. Оно просто в обслуживании, позволяет использовать общеизвестные средства предотвращения дугообразования при переключении контактов.

Использованные источники 1. Неклепаев Б. Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. - М. : Энергия, 1975, с. 59-63.

2. Вязовик В. Я. , Сергеев Д. А. , Мрыхин В. И. Способ ограничения тока короткого замыкания и устройство для его осуществления. Патент РФ 2016459, опубл. 15.07.94, бюл. 13.

Формула изобретения

Токоограничивающее устройство, содержащее электродинамический механизм, состоящий из подвижной и неподвижных частей, включенных последовательно в рабочую сеть посредством гибких перемычек, контактную группу, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, шунтирующую токоограничивающий элемент, упругие элементы, выводы для подключения в рабочую сеть, отличающееся тем, что токоограничивающий элемент выполнен в виде стержня из ферромагнитного проводникового материала с большим температурным коэффициентом сопротивления и охватывающего его магнитопровода, электродинамический механизм выполнен полым, состоящим из двух полых неподвижных частей и одной полой подвижной части, причем подвижная часть размещена между двумя неподвижными, на концах подвижной части, смежных с неподвижными частями, размещены с одной стороны гибкие перемычки, а с другой, противоположной стороны, размещена контактная группа, на свободных концах неподвижных частей размещены выводы для подключения в рабочую сеть, подвижная часть состоит из проводниковых планок, размещенных равномерно-симметрично относительно продольной оси полости и электрически соединяющих между собой неподвижные части, при этом каждая проводниковая планка с одного своего конца электрически соединена с одной из неподвижных частей посредством одной из гибких перемычек, а с другого своего конца электрически соединена с другой из неподвижных частей посредством размещенных на проводниковой планке подвижных контактов и размещенных на неподвижной части неподвижных контактов контактной группы, каждая проводниковая планка скреплена с упругим элементом, выполненным в виде планки из упругого ферромагнитного материала, один конец которой прикреплен к неподвижной части со стороны размещения гибких перемычек, а другой ее конец свободен, чем обеспечивается возможность перемещения каждой проводниковой планки в радиальном направлении к продольной оси полости и обратно, что дает возможность размыкания подвижных контактов, размещенных на проводниковой планке, с неподвижными контактами, размещенными на неподвижной части, сам же токоограничивающий элемент размещен внутри полости электродинамического механизма, скреплен с его неподвижными частями посредством стержня, электрически соединенного с выводами для подключения в рабочую сеть, при этом толщина стенок проводникового материала подвижной и неподвижных частей электродинамического механизма выбрана не менее значения глубины проникновения электромагнитной волны в данный проводниковый материал.

РИСУНКИ

Рисунок 1