Устройство для разъединения токоведущего электрического проводника

Изобретение предназначено для использования в области электротехники. Техническим результатом является обеспечение высокой эксплутационной надежности и безопасности обслуживания. Устройство для разъединения токоведущего электрического проводника, содержит корпус и два выведенных из корпуса токовых вывода. Во внутреннем пространстве корпуса расположены отрезок проводника, соединяющий между собой оба токовых вывода, и пусковое средство. Пусковое средство служит для вырабатывания сжатого газа в количестве, достаточном для разъединения отрезка проводника при возникновении тока утечки. Пусковое средство держат свободным от воспламеняющих веществ, и оно выбрано с возможностью термического высвобождения из приводного средства за счет работы тока утечки требуемого для разъединения количества сжатого газа. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение касается устройства для разъединения токоведущего электрического проводника, согласно ограничительной части п.1 формулы. Это устройство содержит корпус и два выведенных из корпуса токовых вывода. Внутри корпуса предусмотрены отрезок проводника, электропроводяще соединяющий между собой оба токовых вывода, и пусковое средство, которое выше задаваемого токозависимого предельного значения вызывает разъединение электрического проводника. Разъединение происходит, в целом, в зависимости от формы, величины и продолжительности проходящего в электрическом проводнике тока. В качестве средства для разъединения электрического проводника обычно используют предохранительные проволоки, пружинные механизмы или заполненные взрывчатым веществом запальные капсюли. Электрический проводник представляет собой, в целом, соединение между разрядником для защиты от перенапряжений и потенциалом Земли или потенциалом высокого напряжения. В соответствии с этим за счет разъединения проводника разрядник для защиты от перенапряжений отделяется от потенциала Земли или потенциала высокого напряжения.

Из US 5434550 А известно разъединительное устройство, которое служит для отделения разрядника для защиты от перенапряжений от потенциала Земли и содержит корпус из изолирующего материала, из которого выведены два токовых вывода. Внутри корпуса предусмотрены заполненный взрывчатым веществом патрон и две включенные параллельно между обоими токовыми выводами цепи тока. Низкоомная из обеих цепей тока содержит намотанную в виде катушки предохранительную проволоку, а выполненная высокоомной цепь тока - расположенный между двумя кольцами искровой промежуток. В нормальном режиме работы разрядника через предохранительную проволоку течет очень малый и вызывающий лишь допустимый нагрев разъединительного устройства ток утечки. При кратковременном перенапряжении в содержащей разрядник цепи, например, вследствие коммутации или попадания молнии, через разъединительное устройство кратковременно течет высокий ток. Этот ток коммутирует с образованием дуги в содержащую искровой промежуток цепь тока. Если же перенапряжение вследствие дефектного состояния сети длится относительно долго, то предохранительная проволока расплавляется, и внутри корпуса образуется дуга, активизирующая патрон. В результате этого корпус разрывается, и разрядник отделяется от потенциала Земли. Такое же действие достигается тогда, когда из-за дефектного состояния разрядника через предохранительную проволоку течет слишком высокий ток утечки. Этот ток постепенно нагревает разъединительное устройство настолько, что выше определенной предельной температуры активизируется патрон и в результате взрыва прерывается соединение. При взрыве становится видимым индикаторный элемент, и ток коммутирует в содержащий индикаторный элемент заземляющий провод. Находящееся в патроне разъединительного устройства взрывчатое вещество представляет собой, однако, нежелательную потенциальную опасность.

Разъединительное устройство описанного выше рода для разрядника для защиты от перенапряжений описано также в DE 10030669 А1. У этого устройства в глухой расточке отрезка проводника цепи тока разрядника расположен газогенератор на основе надувной подушки. При возникновении длительного тока утечки надувная подушка срабатывает от электрического сигнала, вырабатываемого индуктивным преобразователем, через который протекает ток утечки. Подобное устройство имеет сравнительно сложную конструкцию.

Сущность изобретения

Изобретение, как оно охарактеризовано в формуле, решает задачу создания разъединительного устройства описанного выше рода, которое отличается достаточной для решения большинства задач защиты характеристикой срабатывания и, тем не менее, может быть совершенно безопасно изготовлено, транспортировано и смонтировано.

У разъединительного устройства, согласно изобретению, пусковое средство держат свободным от воспламеняемых веществ, и оно выбрано с возможностью термического высвобождения из приводного средства за счет работы тока утечки требуемого для разъединения количества сжатого газа. За счет работы тока пусковое средство нагревается и за счет подвода тепла термически разлагается, пока в корпусе не возникнет нужное количество сжатого газа. Сжатый газ вырабатывается в результате эндотермического и потому хорошо контролируемого процесса. Разъединительное устройство, согласно изобретению, можно поэтому изготовлять, распространять, устанавливать и обслуживать, не соблюдая при этом мер безопасности, предписанных для обращения с воспламеняемыми веществами, в частности взрывчатыми веществами. За счет этого не только устраняется существующая обычно потенциальная опасность при изготовлении, транспортировке, установке и обслуживании, но и одновременно экономятся расходы и время, возникающие при применении взрывчатых веществ в связи с уменьшением риска нарушения безопасности и соблюдением правил безопасности.

В одной предпочтительной форме выполнения изобретения пусковое средство содержит газовыделяющую вследствие испарения добавку, которая предпочтительно представляет собой жидкость, в частности воду, при необходимости, однако, также спирт. Эта жидкость может быть очень удобно и в сравнительно большом количестве размещена в адсорбере. Для экономичности, а также для надежной и безопасной эксплуатации разъединительного устройства рекомендуется предусмотреть в качестве жидкости воду. Адсорбер имеет тогда предпочтительно капиллярную и/или кристаллическую структуру и диэлектрически безопасным образом может накапливать большие количества воды. В качестве адсорбера весьма зарекомендовали себя вещества, которые имеют силикатную, алюминатную и/или алюмосиликатную структуру и которые, как, например, тальк (стеатит), цеолит и/или сырая земля (глина, песок), могут содержать в полостях, таких как капилляры или промежуточные слои, в физически связанном виде большие количества воды. Соответствующим образом вода может быть химически в виде кристаллической воды введена в пусковое средство. Особенно предпочтительными примерами этого являются кристаллические гидроксиды, например гидраргиллит.

В другой предпочтительной форме выполнения изобретения применяют пусковое средство, содержащее газообразующий материал, который выше определенной предельной температуры разлагается преимущественно эндотермически. Особенно зарекомендовали себя при этом материалы, которые, как определенные пластики, жиры и/или масла, выделяют большое количество газа под действием дуги. К ним относятся, в частности, полиметилметакрилаты (РММА), полиуретаны (PUR), силиконы, силигагели, силиконовые масла, минеральные масла или органические масла или жиры.

Для хорошего принципа действия разъединительного устройства и для быстрого срабатывания пусковое средство должно быть расположено целесообразно внутри корпуса. Если разъединительное устройство должно срабатывать, при необходимости, с относительно большим временем задержки, то разъединительное устройство должно иметь включенный параллельно отрезку проводника и расположенный внутри корпуса искровой промежуток для размещения образующейся при разъединении электрического проводника дуги, один из обоих электродов искрового промежутка должен быть выполнен в виде полого электрода, внутреннее пространство полого электрода должно тогда размещать в себе пусковое средство. Хорошо воспроизводимая характеристика срабатывания достигается тогда, когда полый электрод имеет на размещающем основание дуги отрезке толщину стенки, которая выше заданного значения работы дуги обеспечивает газообразующее воздействие дуги на пусковое средство.

Особенно эффективное расположение пускового средства достигается тогда, когда выполненный по типу катушки отрезок проводника интегрирован в стенку корпуса, поскольку тогда свободное внутреннее пространство корпуса может быть заполнено пусковым средством и должно размещать только параллельно включенный искровой промежуток.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примеров выполнения. На фиг.1-4 изображены виды четырех разъединительных устройств, согласно изобретению, у которых передняя сторона выполненного осесимметричным корпуса была удалена после выполнения осевого разреза.

На чертежах одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Изображенные на фиг.1-4 в качестве примера разъединительные устройства содержат, в основном, в осесимметричном расположении два аксиально отстоящих друг от друга токовых вывода 1, 2 и фиксирующий оба токовых вывода корпус 3 из изолирующего материала, например фарфора, или термореактивного, или термопластичного полимера. Корпус, например, за счет разливки изолирующего материала, может быть выполнен цельным, однако может быть изготовлен также из двух или более частей. Корпус 3 имеет цилиндрообразное внутреннее пространство 4, обе торцевые стороны которого образованы поверхностями 5, 6 одного из обоих токовых выводов 1, 2, а боковая поверхность - корпусом 3.

Оба токовых вывода 1, 2 во всех формах выполнения электропроводяще соединены между собой с помощью включенного между обеими поверхностями 5, 6 отрезка 7 проводника, образуя низкоомную цепь тока. У формы выполнения на фиг.1 этот отрезок проводника содержит расположенный во внутреннем пространстве 4 омический резистор 8, у формы выполнения на фиг.2 - расположенную во внутреннем пространстве индуктивность 9, у формы выполнения на фиг.3 - расположенный во внутреннем пространстве плавкий проводник 10, а у формы выполнения на фиг.4 - интегрированную в корпус 3 путем заливки индуктивность 11.

Формы выполнения на фиг.1, 2, 4 содержат еще высокоомную цепь тока с делающимся заметным за счет дуги 12, выполненным осесимметичным искровым промежутком. Один электрод искрового промежутка образован поверхностью 5, а другой электрод 13 - острием заделанного на поверхности 6 в токовый вывод 2 штифта. Высокоомная цепь тока параллельна представленной отрезком 7 проводника низкоомной цепи тока.

У формы выполнения на фиг.1 свободное от взрывчатого вещества пусковое средство, обычно сырая земля, находится в выполненном полым электроде 13. Если ток, протекающий в низкоомной цепи тока через резистор 8 и подаваемый обычно как раз ограничивающим перенапряжение разрядником, превышает предельное значение, то ток коммутирует в искровой промежуток, образуя дугу 12. Размещающий основание дуги 12 отрезок электрода 13 имеет толщину стенки, которая выше заданного значения работы дуги обеспечивает газообразующее воздействие дуги на пусковое средство. При перенапряжениях, возникших в содержащей разрядник от защиты от перенапряжений сети, в результате кратковременных процессов, таких как, в частности, коммутации или удары молний, работы дуги, как правило, недостаточно для активизации пускового средства. При длительном токе утечки работа дуги, напротив, превышает заданное предельное значение. Из-за сильного нагрева в пусковом средстве эндотермически образуется сжатый газ, обычно водяной пар и/или гремучий газ. Этот сжатый газ разрушает корпус 3 и широко раздвигает при этом оба токовых вывода 1, 2, разъединяя проводящий ток утечки электрический проводник. За счет подходящего расчета электрода и расчета состава пускового средства можно достичь хорошо воспроизводимой задержки при активизации разъединительного устройства.

В качестве альтернативы пусковое средство может заполнять оставшийся объем внутреннего пространства 4. Дугу 12 зажигают тогда в пусковом средстве, и она непосредственно после своего зажигания образует во внутреннем пространстве 4 сжатый газ. Образование сжатого газа, в свою очередь, зависит от работы дуги. За счет подходящего расчета вида и количества пускового средства, а также прочности корпуса можно, таким образом, достичь того, что корпус разрушится только тогда, когда работа дуги превысит заданное предельное значение. Короткие токовые импульсы, образовавшиеся из-за кратковременных перенапряжений, могут направляться в разъединительном устройстве, не разрушая корпус 3, а длительные токи утечки приводят к разъединению электрического проводника и к отделению разрядника для защиты от перенапряжений от Земли или сети.

Если пусковое средство заключено в электрод 12 или размещено во внутреннем пространстве 4, то длительные токи утечки сравнительно малой амплитуды не приводят, правда, к образованию дуги, однако такие токи нагревают пусковое средство настолько, что оно выше определяемого работой тока предельного значения температуры вырабатывает сжатый газ с достаточным для разрушения корпуса 3 высоким давлением.

У формы выполнения на фиг.2 вместо омического резистора 8 в отрезке 7 проводника использована емкость 9. За счет этого облегчается коммутация тока низкоомной цепи в содержащую искровой промежуток высокоомную цепь при возникновении вызванного кратковременными перенапряжениями кратковременно действующего токового импульса. Индуктивность выполнена предпочтительно в виде плавкой проволоки. Небольшие токи утечки могут быть, таким образом, прерваны за счет расплавления проволоки индуктивности 9. Образующая при этом дуга особенно эффективно подавляется пусковым средством, расположенным непосредственно во внутреннем пространстве 4 и действующим в качестве гасящего средства.

У формы выполнения на фиг.3 предусмотрен только один образованный аксиально проходящим плавким проводником 10 отрезок 7 проводника низкоомной цепи тока. Содержащая искровой промежуток высокоомная цепь тока отсутствует. Эта форма выполнения отличается особенно простой конструкцией. Пусковое средство может заполнять все внутреннее пространство 4 или только его часть. Например, оно может быть нанесено в качестве оболочки на плавкий проводник 10. За счет подходящего расчета пускового средства можно и у этого разъединительного устройства достичь разрыва корпуса 3 только тогда, когда образовавшаяся после расплавления проволоки 10 дуга совершит достаточно большую работу.

У формы выполнения на фиг.4 в отличие от формы выполнения на фиг.2 выполненная в виде индуктивности 11 низкоомная цепь тока заделана в стенку корпуса 3. Индуктивность защищена тогда от воздействия дуги 12. Во внутреннем пространстве 4 может быть размещено в то же время особенно большое количество пускового средства, что может быть особенно предпочтительным для определенных случаев применения разъединительного устройства.

Перечень ссылочных позиций

1, 2 - токовые выводы

3 - корпус

4 - внутреннее пространство

5, 6 - поверхности

7 - отрезок проводника

8 - резистор

9, 11 - индуктивности

10 - плавкий проводник

12 - дуга

13 - электрод.

1. Устройство для разъединения токоведущего электрического проводника, содержащее корпус (3), два выведенных из корпуса (3) токовых вывода (1, 2), отрезок (7) проводника, электропроводяще соединяющий между собой оба токовых вывода (1, 2) во внутреннем пространстве (4) корпуса, и расположенное во внутреннем пространстве (4) корпуса пусковое средство для вырабатывания сжатого газа в количестве, достаточном для разъединения отрезка (7) проводника при возникновении тока утечки, отличающееся тем, что необходимое для разъединение количество сжатого газа термически высвобождается из пускового средства за счет работы тока утечки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пусковое средство содержит газовыделяющую вследствие испарения добавку.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что добавка представляет собой жидкость, в частности воду или спирт.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пусковое средство содержит размещающий жидкость адсорбер.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве жидкости предусмотрена вода, при этом адсорбер имеет капиллярную и/или кристаллическую структуру.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что адсорбер имеет силикатную, алюминатную и/или алюмосиликатную структуру.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что адсорбер содержит тальк, цеолит и/или землю.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пусковое средство содержит газообразующий вследствие разложения материал.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что материал содержит пластик, жир и/или масло, в частности РММА, PUR, силикон, силикагель, силиконовое масло, минеральное масло или органическое масло или жир.

10. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что пусковое средство расположено во внутреннем пространстве (4) корпуса или во внутреннем пространстве выполненного полым электрода (13) искрового промежутка, предусмотренного во внутреннем пространстве (4) корпуса и включенного параллельно отрезку (7) проводника.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что при выполнении устройства с полым электродом (13) размещающий основание дуги (12) отрезок полого электрода (13) имеет толщину стенки, которая выше заданного предельного значения работы дуги обеспечивает газообразующее воздействие дуги (12) на пусковое средство.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что выполненный по типу катушки отрезок (7) проводника интегрирован в стенку корпуса (3).