Патент на изобретение №2158459
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ И ОТКЛЮЧЕНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
(57) Реферат: Изобретение относится к защите электрических сетей и может быть применено для ограничения и отключения тока электрической цепи. Технический результат – повышение эффективности ограничения тока и снижение перенапряжений в цепи. Это достигается в устройстве для ограничения и выключения тока электрической цепи, содержащем два параллельных электрода, подключенные к источнику питания и соединенные между собой устройством инициирования электрического разряда. Новым в предложенном устройстве является то, что в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, изготовленные из резистивного материала, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельс, предназначенных для их подключения в электрическую цепь. Для уменьшения размеров устройства рельсы свернуты в спираль. 6 з.п. ф-лы, 8 ил. Данное изобретение относится к средствам защиты электрических сетей и предназначено для ограничения и отключения тока электрической цепи. Преимущественно данное изобретение может быть использовано в устройствах защиты электрических сетей и источников электрической энергии от перегрузок при коммутации электрической цепи, например в результате коротких замыканий. Известен автомат гашения поля, предназначенный для выключения цепи с индуктивностью, содержащий электрические контакты, ограничительное сопротивление и дугогасительную камеру, состоящую из корпуса, катушки радиального поля, катушки магнитного дутья, магнитопровода, пластин дугогасительнной решетки, шунтированных активными сопртивлениями. В таком устройстве при выключении цепи электрическими контактами электрическая дуга, возникающая под воздействием ЭДС самоиндукции коммутируемой цепи, под действием магнитного поля указанных выше катушек перемещается на пластины дугогасительной решетки и разрушается. При этом энергия накопленная в индуктивности цепи рассеивается на активном сопротивлении дуги [1]. Недостатком такого устройства является сложность его конструкции. Наиболее близким по конструкции и принципу действия, устройством, выбранным в качестве прототипа, является устройство для ограничения и выключения тока электрической цепи, содержащее два параллельных электрода, соединенных между собой устройством для инициирования электрического разряда, причем в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельсов, предназначенных для их включения в защищаемую электрическую цепь [2]. Данное устройство имеет относительно низкую эффективность при ограничении и отключении электрического тока электрической цепи, так как практически вся энергия выделяется в электрической дуге, имеющей низкое сопротивление электрическому току, а при гашении дуги неизбежно возникает перенапряжение в защищаемой цепи. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности ограничения электрического тока и снижение перенапряжения в защищаемой цепи. Для достижения указанного технического результата предложено усовершенствовать устройство для ограничения и отключения тока электрической цепи, содержащее два параллельных электрода, соединенных между собой устройством для инициирования электрического разряда, причем в качестве электродов использованы параллельно расположенные друг относительно друга рельсы, а устройство для инициирования электрической дуги подключено со стороны концов рельсов предназначенных для их подключения в защищаемую электрическую цепь. Усовершенствование заключается в том, что рельсы изготовлены из резистивного материала, например нихрома. В другом варианте реализации предложенного устройства свободные концы рельсов соединены токопроводной перемычкой накоротко. В третьем варианте реализации предложенного устройства с целью снижения размеров, рельсы свернуты в спирали, причем оба рельса расположены в одной плоскости. В четвертом варианте реализации, рельсы свернуты в спирали, при этом спирали расположены в параллельных плоскостях. В пятом варианте реализации рельсы свернуты по винтовой спирали, образуя чередующиеся витки, расположенные на одной цилиндрической поверхности. В шестом варианте реализации рельсы свернуты по винтовой спирали, причем витки спиралей каждого рельса расположены на разных коаксиальных цилиндрических поверхностях. В седьмом варианте реализации один рельс свернут по винтовой спирали, а второй выполнен в виде стержня и расположен по оси этой винтовой спирали. Сущность предложенного изобретения поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг. 1 показана электрическая схема предложенного устройства. На фиг. 2 показана схема во включенном состоянии, поясняющая принцип действия. На фиг. 3 – фиг. 8 показаны особенности конструкции рельсов в различных вариантах реализации предлагаемого устройства. На фиг.1 устройство для ограничения и отключения тока электрической цепи содержит канал, образованный, парой параллельных токопроводящих рельсов 1 и 2, изготовленных из резистивного материала с повышенным электрическим удельным сопротивлением, входные концы которых подключены последовательно к внешней цепи, содержащей источник электрической энергии 3 и нагрузку 4, ток которой необходимо ограничить и отключить. Кроме того, вход рельсотрона шунтирован устройством для инициирования электрической дуги 5, например предохранительной плавкой вставкой или размыкающим контактом коммутатора. Корпус и электрические изоляторы не показаны. На фиг. 2 показано предлагаемое устройство во включенном состоянии. При этом стрелками отмечен путь протекания электрического тока I и направление скорости V движения электрической дуги 6. В другом варианте реализации предложенного устройства, изображенном на фиг.3, показан канал, образованный парой параллельных рельсов 1 и 2, изготовленных из материала с повышенным электрическим сопротивлением, входные концы которых подключены последовательно к внешней цепи, содержащей источник электрической энергии 3 и нагрузку 4. Вход рельсов шунтирован устройством для инициирования электрической дуги 5, а свободные концы замкнуты накоротко перемычкой 7. На фиг. 4 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты в спираль, причем оба рельса 1 и 2 расположены в одной плоскости. На фиг. 5 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты в спираль, причем рельсы 1 и 2 расположены в параллельных плоскостях. На фиг. 6 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты по винтовой спирали, причем оба рельса расположены на одной цилиндрической поверхности. На фиг. 7 показана конструкция рельсов, в которой рельсы 1 и 2 свернуты по винтовой спирали, причем рельс 1 расположен на одной, а рельс 2 расположен на другой коаксиальных цилиндрических поверхностях. На фиг. 8 показана конструкция рельсов, в которой рельс 1 свернут по винтовой спирали, а рельс 2 расположен на оси этой спирали. Работа предлагаемого устройства (фиг. 1, фиг. 2) осуществляется следующим образом. В исходном состоянии электрический ток от источника электрической энергии 3 протекает по нагрузке 4 и по проводнику устройства для инициирования электрической дуги, в данном примере – по плавкой вставке предохранителя 5, шунтирующей вход рельсов. При разрушении плавкой вставки, например плавлении в результате токовой перегрузки, на входе рельсов возникает электрическая дуга 6 (фиг. 2), которая под действием магнитного поля собственного тока перемещается вдоль рельсов со скоростью V. По мере движения дуги, в цепь последовательно с нагрузкой включаются участки рельсов 1 и 2, изготовленных из резистивного материала с повышенным удельным сопротивлением, от точек подключения внешней цепи до дуги. В результате падения напряжения на указанных участках рельсов ограничивается и снижается ток внешней цепи. Электрическая дуга гаснет в результате уменьшения тока или разрушается по достижении свободных концов рельсов. В результате этого отключается ток нагрузки 4. Относительно плавное включение возрастающего активного сопротивления последовательно во внешнюю цепь позволяет рассеять энергию, накопленную в индуктивности внешней цепи, и снизить коммутационные перенапряжения. Величина общего сопротивления рельсов выбирается из условий требуемой кратности ограничения (снижения) тока. Например, для защиты от короткого замыкания, электрическое сопротивление рельсов может быть соизмеримым с номинальным сопротивлением нагрузки. Устройство, изображенное на фиг. 3, работает аналогично устройству фиг. 1, кроме того, по мере приближения электрической дуги к короткозамкнутым концам рельсов, в результате шунтирования тока перемычкой 7, дуга гаснет без отключения тока нагрузки. При этом ток внешней цепи ограничивается сопротивлением рельсов, а выключение, в случае необходимости, может быть произведено другими известными средствами, например коммутатором внешней цепи. Рельсы, конфигурация которых показана на фиг. 4. – фиг. 8 работают в составе устройств изображенных на фиг. 1 и фиг. 3 аналогично описанным выше и позволяют уменьшить габариты. Вместе с тем, в устройствах фиг. 5 и фиг. 7 после прохождения дугой первого витка спирали на дугу действует суммарное магнитное поле всех пройденных витков. Следовательно, электрическая дуга будет эффективнее перемещаться при меньших токах. Кроме того, в таких рельсах более высокое значение величины индуктивной составляющей вводимого сопротивления, что повышает эффективность ограничения тока внешней цепи. Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства для ограничения и отключения тока электрической цепи и повысить быстродействие коммутации при малых коммутационных перенапряжениях, благодаря рассеянию энергии индуктивностей коммутируемой цепи на вводимом активном сопротивлении рельсов. Литература 1. Г. А.Лукьянов. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985, с. 36, рис. 2-11. 2. Авторское свидетельство СССР N 112017, кл. МКИ G 01 R 31/02, H 01 T 1/02, от 02.08.1958 г. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
