Патент на изобретение №2286635

(54) УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ РАБОЧЕГО ОРГАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам аварийного отключения и предназначено для блокировки электрических цепей. Устройство блокировки рабочего органа включает исполнительный механизм, связанный с измерительным органом, выполненным в виде датчика температуры, и токопроводящей жилой контролируемого отходящего фидера рабочего органа. Исполнительный механизм представляет собой двухоболочечную камеру, выполненную из материала, разрушающегося под воздействием высокоскоростных механических тел, например осколков, пуль и т.д. Рабочий орган размещен внутри камеры. Полость между оболочками заполнена воздухом с избыточным давлением и связана с выключателем, представляющим собой корпус, закрепленный на внутренней оболочке, внутри которого на упругой мембране с возможностью возвратно-поступательного движения закреплен толкатель-нож, в имеющемся пазу которого размещена токопроводящая жила контролируемого отходящего фидера рабочего органа. Кроме того, устройство блокировки дополнительно снабжено датчиком давления и ударным датчиком, при этом все вышеупомянутые датчики установлены на внешней оболочке камеры, датчик температуры представляет собой «таблетку». Технический результат – упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей и области применения. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам блокировки может быть использовано в электромеханических устройствах для защиты рабочих органов типа: источник питания, электродвигатель и др. от аварийных воздействий, таких как пожар, поражение осколком или пулей и повышение наружного давления, например при затоплении, которые могут приводить к несанкционированному срабатыванию рабочего органа.

Известен высоковольтный воздушный выключатель с ножевым отделителем (п. РФ №214636, Н 01 Н 33/70, опубл. 17.03.66), содержащий дугогасительную камеру с одним или несколькими разрывами цепи тока, шунтирующие их сопротивление или емкости и дутьевую трубу. Вдоль ножа отделителя в зону горения дуги сопровождающего тока шунтирующего сопротивления между его контактами применено устройство, состоящее из двух вставленных один в другой цилиндров. Один из которых, например наружный, жестко связан с валом ножа отделителя и снабжен на боковой или торцевой поверхности отверстиями, связанными с трубами, идущими вдоль ножа отделителя и подающими воздух в зону горения дуги на отделителе. Внутренний цилиндр, в который подается воздух из дутьевой трубы выключателя, связан с корпусом выключателя и также имеет на своей боковой или торцевой поверхности отверстия. При включенном положении выключателя отверстия обоих цилиндров смещены друг относительно друга и перекрыты, и воздух в трубы не поступает. В процессе отключения выключателя отверстия в цилиндрах совмещаются, воздух поступает из дутьевой трубы выключателя по трубам, идущим вдоль ножа отделителя, в зону горения дуги. После погасания дуги отверстия снова смещаются, и подача воздуха прекращается.

Недостатком данного выключателя является отсутствие защиты высоковольтного соединения от различных аварийных ситуаций (пожар, удар, попадание влаги), а также низкая надежность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматический выключатель и устройство защиты электрических коммуникаций (п. РФ №2000130761, Н 02 Н 5/04, 3/027, опубл. 20.12.2002), отличающийся тем, что измерительный орган выполнен в виде датчика температуры, время действия которого соизмеримо со временем срабатывания токовой защиты от короткого замыкания. Измерительный орган установлен на токопроводящей жиле отходящего фидера, при этом температура уставки ₁ порогового элемента выбрана из условия непревышения предельно допустимого значения температуры токопроводящей жилы при кратковременном воздействии токов короткого замыкания. В устройство дополнительно введен датчик температуры наружного слоя изоляции проводника отходящего фидера с пороговым и исполнительным элементами, формирующими сигнал на отключение выключателя при превышении температуры уставки ₂ порогового элемента, при этом ₂<₁. Пороговый и исполнительный элементы датчика температуры устройства выполнены в виде механически связанного с датчиком электрического переключателя, например микропереключателя, а в качестве датчика температуры выбран элемент из легкоплавкого материала. Исполнительный элемент датчика температуры дополнительно соединен с соответствующей токопроводящей жилой контролируемого отходящего фидера. Устройство защиты электрических коммуникаций, преимущественно устройство резервирования, в случае отказа выключателя содержит вводной и отходящие выключатели секции, измерительные органы, установленные на отходящих фидерах, с пороговыми и исполнительными элементами, выходы которых подключены к отходящим выключателям, и реле времени. В качестве измерительного органа выбран датчик температуры токопроводящих жил с пороговым и исполнительным элементами, формирующими сигнал на отключение выключателей при превышении температуры уставки, время действия датчика соизмеримо со временем срабатывания токовой защиты от короткого замыкания. Один из выходов исполнительного элемента датчика соединен с соответствующим выключателем отходящего фидера, а второй выход через реле времени подключен к вводному выключателю, при этом температура уставки ₁ выбрана из условия непревышения предельно допустимых значений температуры токопроводящих жил при кратковременном воздействии токов короткого замыкания. В устройство дополнительно введены датчики температуры наружных слоев изоляции проводников отходящих фидеров с пороговыми и исполнительными элементами, формирующими сигнал на отключение выключателя при превышении температуры уставки ₂ пороговых элементов, при этом ₂<₁. Пороговый и исполнительный элементы датчика температуры выполнены в виде механически связанного с датчиком электрического переключателя, например микропереключателя, а в качестве датчика температуры выбран элемент из легкоплавкого материала. Исполнительный элемент датчика температуры дополнительно соединен с соответствующей токопроводящей жилой контролируемого отходящего фидера. Датчик температуры с пороговым элементом выполнен в виде делителя напряжения с терморезистором, например позистором в одном из плеч, причем один из выводов терморезистора соединен с контролируемой токопроводящей жилой. Датчик температуры токопроводящей жилы отходящего фидера установлен в месте подключения к соответствующему выключателю, например в дополнительном кабельном наконечнике. Вместе с тем в устройстве дополнительно введены датчики тока отходящих фидеров с пороговыми и исполнительными элементами.

Недостатком указанного устройства является отсутствие защиты электрических коммуникаций от аварийных ситуаций, таких как затопление, удар и прострел пулей или осколком, а также сложность устройства и ограниченность в его применении.

Задачей данного изобретения является устранение этих недостатков, т.е. расширение функциональных возможностей устройства блокировки и области его применения за счет объединения датчиков, реагирующих на аварийные факторы (пожар, удар, падение, прострел пулей или осколком и затопление водой) на единый исполнительный механизм, осуществляющий блокировку электрической цепи питания различных рабочих органов (генератор, электродвигатель, реле и т.п.).

Это достигается тем, что в устройстве блокировки рабочего органа, включающем исполнительный механизм, связанный с измерительным органом, выполненным в виде датчика температуры, и токопроводящей жилой контролируемого отходящего фидера рабочего органа, исполнительный механизм представляет собой двухоболочечную камеру, выполненную из материала, разрушающегося под воздействием высокоскоростных механических тел, например осколков, пуль и т.д., рабочий орган размещен внутри камеры, полость между оболочками заполнена воздухом с избыточным давлением и связана с выключателем, представляющим собой корпус, закрепленный на внутренней оболочке, внутри которого на упругой мембране с возможностью возвратно-поступательного движения закреплен толкатель-нож, в имеющемся пазу которого размещена токопроводящая жила контролируемого отходящего фидера рабочего органа, кроме того, устройство блокировки дополнительно снабжено датчиком давления и ударным датчиком, при этом все вышеупомянутые датчики установлены на внешней оболочке камеры. Датчики температуры, давления, ударные датчики могут быть размещены на каждой стороне камеры, при этом количество датчиков и дистанция их удаления от исполнительного механизма при необходимости могут выбираться в достаточно большом диапазоне, от одного до нескольких десятков штук и от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров соответственно. Датчик температуры представляет собой “таблетку” с плавкой вставкой, установленную на камере с возможностью разгерметизации последней при аварийной ситуации, например пожар. Датчик давления представляет собой корпус, внешний торец которого закрыт упругой мембраной, с установленным в нем соосно подвижной иглой, и размещен он на камере с возможностью сообщения их полостей при возникновении избыточного давления извне камеры. Ударный датчик представляет собой основание с закрепленными на нем вокруг иглами, окруженное упругой оболочкой, образуя полость, связанную через трубопровод с полостью камеры. Исполнительный механизм расположен в ложементах, установленных внутри камеры. Устройство снабжено ниппелем для закачивания воздуха и контроля давления в полости между оболочками.

Предложенная конструкция устройства блокировки рабочего органа позволяет в максимальной степени предотвратить несанкционированное срабатывание последнего от большого количества аварийных воздействий: пожар (за счет наличия температурного датчика), затопления водой (за счет наличия датчика давления), удар или падение (за счет наличия ударного датчика), прострел пулей или осколком (за счет наличия двухоболочечной камеры с полостью между оболочками, заполненной воздухом с избыточным давлением, и выполненную из материала, разрушающегося под воздействием высокоскоростных механических тел, например осколков, пуль и т.д.). Срабатывание любого из датчиков приводит к падению начального давления в полости, что в свою очередь приводит к срабатыванию выключателя, который размыкает электрическую цепь между рабочим органом и источником питания. Расположение датчиков на расстоянии от рабочего органа позволяет вывести последний из рабочего состояния до прихода на него аварийных воздействий. Кроме того, размещение рабочего органа в камере позволяет дублировать датчики на каждой из сторон камеры, что повышает надежность блокировки данного устройства.

На фиг.1 показана схема расположения датчиков по отношению к расположению исполнительного механизма, на фиг.2 показан главный вид устройства блокировки с расположенным внутри его корпуса рабочего органа РО, на фиг.3 – вид сбоку устройства, на фиг.4 показан главный вид выключателя до срабатывания, на фиг.5 – вид сбоку выключателя после срабатывания, на фиг.6 – вид ударного датчика, на фиг.7 – вид датчика давления.

Устройство блокировки РО состоит из 2-х полукорпусов поз.1 (фиг.3), представляющих собой 2-оболочечную конструкцию с внутренней герметичной полостью “В”, заполненную воздухом под давлением Р=2…3 ати.

Полукорпус 1 включает в себя:

– выключатель 2;

– мембрана с толкателем – ножом 3;

– датчик температуры ДТ 4;

– датчик давления ДД 5;

– ниппель 6;

– ложемент 7;

– и ударный датчик УД 8.

Температурный датчик 4 представляет собой “таблетку” из легкоплавкого сплава, впаянную в наружную оболочку полукорпуса 1. Датчик давления 5 состоит из корпуса 9, внешний торец которого закрыт упругой мембраной 10, с установленным в нем соосно подвижной иглой 11. Полость ДД связана через трубопровод 12 с полостью камеры. Ударный датчик 8 представляет собой основание 13 с закрепленными на нем вокруг иглами, окруженное упругой оболочкой 14, образуя полость, связанную через трубопровод 15 с полостью камеры. Ниппель 6 необходим для закачивания воздуха и контроля давления во внутренней полости полукорпуса 1.

В исходном состоянии рабочий орган (электродвигатель или др.) располагается в ложементах 16 (фиг.2) 2-х полукорпусов 1. При сборке устройства блокировки провода 17 электродвигателя устанавливаются в пазы толкателя-ножа выключателя 2 и фиксируются. Полукорпусы 1 крепятся между собой с помощью винтов 18 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом. При пожаре, температуре ˜140°С, происходит расплавление плавкой вставки 4 (фиг.2), разгерметизация и падение давления в полости “В” полукорпуса 1 (либо обоих полукорпусов). Под действием пружины 19 (фиг.4 и 5), мембрана с толкателем – ножом 3 перемещается и перерезает электрический провод 17 электродвигателя. При этом положении нож 3 осуществляет электрическое замыкание провода с корпусом устройства.

При попадании пуль (осколков) в устройство блокировки, происходит разрушение наружной оболочки и падение давления в полости “В” полукорпуса 1 (фиг.2) (либо обоих полукорпусов). Далее срабатывание устройства происходит аналогично срабатыванию при пожаре.

При затоплении устройства блокировки в воде и создание наружного избыточного давления, происходит растяжение и прогиб тонкостенной резиновой мембраны 10 (фиг.7) датчика давления 5. Прогибаясь, мембрана упирается в острый наконечник иглы 11 и прокалывается, в результате чего происходит падение давления в емкости полукорпуса 1. Далее срабатывание устройства блокировки происходит аналогично срабатыванию при пожаре.

При падении или ударе происходит срабатывание ударного датчика 8 (фиг.2) устройства. Шар с иглами 13, подвешенный на тонкой металлической мембране 20, перемещаясь, прокалывает резиновую оболочку 14. Внутренняя полость ударного датчика связанная через трубопровод 15 с полостью “В” полукорпуса 1, теряет герметичность и далее срабатывание устройства блокировки происходит аналогично срабатыванию при пожаре.

Таким образом, предложенная конструкция устройства блокировки рабочего органа обладает следующими преимуществами:

– простота и удобство эксплуатации, по сравнению, например, с электрическим устройством с аккумуляторной батареей;

– применение большого количества аварийных датчиков на большом расстоянии от защищаемого механизма повышают надежность блокировки данного механизма.

Формула изобретения

1. Устройство блокировки рабочего органа, включающее исполнительный механизм, связанный с измерительным органом, выполненным в виде датчика температуры, и токопроводящей жилой контролируемого отходящего фидера рабочего органа, отличающееся тем, что исполнительный механизм представляет собой двухоболочечную камеру, выполненную из материала, разрушающегося под воздействием высокоскоростных механических тел, например осколков, пуль и так далее, рабочий орган размещен внутри камеры, полость между оболочками заполнена воздухом с избыточным давлением и связана с выключателем, представляющим собой корпус, закрепленный на внутренней оболочке, внутри которого на упругой мембране с возможностью возвратно-поступательного движения закреплен толкатель-нож, в имеющемся пазу которого размещена токопроводящая жила контролируемого отходящего фидера рабочего органа, кроме того, устройство блокировки дополнительно снабжено датчиком давления и ударным датчиком, при этом все вышеупомянутые датчики установлены на внешней оболочке камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вышеупомянутые датчики размещены на каждой стороне камеры, при этом количество датчиков и дистанция их удаления от исполнительного механизма при необходимости могут выбираться в достаточно большом диапазоне – от одного до нескольких десятков штук и от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров соответственно.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик температуры представляет собой «таблетку» с плавкой вставкой, установленную на камере с возможностью разгерметизации последней при аварийной ситуации, например пожаре.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик давления представляет собой корпус, внешний торец которого закрыт упругой мембраной, с установленной в нем соосно подвижной иглой и размещен он на камере с возможностью сообщения их полостей при возникновении избыточного давления извне камеры.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударный датчик представляет собой основание с закрепленными на нем вокруг иглами, окруженное упругой оболочкой, образуя полость, связанную через трубопровод с полостью камеры.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что исполнительный механизм расположен в ложементах, установленных внутри камеры.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено ниппелем для закачивания воздуха и контроля давления в полости между оболочками.

РИСУНКИ