Патент на изобретение №2352012

(54) МНОГОФАЗНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ-РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ (ПВР), ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ЗАЩИТУ ОТ ПЕРЕГРУЗОК И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ (КЗ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к многофазному предохранителю-выключателю-разъединителю (ПВР), предназначенному для защиты от перегрузок и короткого замыкания, который содержит размещенные в корпусе кассету (7) с n плавкими вставками (8), 2n дугогасительные камеры (3), где n – количество фаз в ПВР, контактную систему (4, 5, 6). Кассета (7) снабжена фиксатором (12) и выполнена с возможностью извлечения из корпуса с помощью механизма привода (11) с отключающей пружиной, причем в указанной кассете выполнены n окон для размещения в каждом плавкой вставки таким образом, что обеспечивается последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода (11) через кассету (7) на плавкие вставки (8), при этом контактная система содержит 2n разрывных контактов и 2n токопроводящих контактов и n тепловых датчиков (10), механически соединенных с фиксатором. Технический результат – повышение долговечности и надежности функционирования ПВР с одновременным обеспечением защиты во всем диапазоне перегрузок и короткого замыкания путем обеспечения прямоходового ПВР с мгновенным размыканием и двумя разрывами на фазу. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области силовой электротехники, к аппаратам управления и защиты.

Уровень техники

Известные из уровня техники предохранители-выключатели-разъединители (ПВР), см., например, каталог OEZ «Предохранительные системы», 2005 г., Letohrad Czech Republic; а также ПВР, который является наиболее близким аналогом заявленного изобретения, см. каталог «Низковольтная аппаратура распределения и управления», Часть 1, 2006-2007 г., ОАО «Кореневский завод низковольтной аппаратуры», предназначены, как правило, для работы в сетях с номинальным напряжением (Uн), составляющим примерно 220~660 В, и номинальным током Iн примерно 100-630 А и содержат установленные в корпусе плавкие вставки, дугогасительные камеры и контактную систему, состоящую из неподвижных контактов (губки) и подвижных контактов (боковые поверхности ножей плавких вставок).

Указанные традиционные ПВР предназначены для работы в следующих режимах: длительное прохождение номинального тока (Iн); многократные оперативные включения и отключения номинальных токов (Iн) и перегрузок; отключения аварийных токов короткого замыкания. При этом оперативные включения и отключения ПВР производятся контактно-дугогасительной системой, а большие перегрузки при I > 4-5 Iн и аварийные отключения – плавкими предохранителями. Это объясняется тем, что известные из уровня техники предохранители, в том числе и аналог заявленного изобретения, очень ненадежны или вообще не отключают токи менее 4-5 Iн.

Отсутствие защиты в зоне малых перегрузок (I=1,1-3 Iн) является принципиальным недостатком известных из уровня техники ПВР, что существенно ограничивает область их применения, поскольку по статистическим данным при промышленной эксплуатации ПВР из режимов, требующих отключения, не менее 90% составляют именно малые перегрузки и лишь не более 10% составляют большие перегрузки и короткие замыкания. Существенным недостатком известных из уровня техники ПВР является отсутствие моментного отключения контактов при отключении ПВР оператором, что в конечном счете ведет к повышенному износу контактов.

Таким образом, задачей заявленного ПВР является устранение недостатков, известных из уровня техники ПВР, и повышение долговечности и надежности функционирования ПВР с одновременным обеспечением защиты во всем диапазоне перегрузок и короткого замыкания путем обеспечения прямоходового ПВР с мгновенным размыканием и двумя разрывами на фазу.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретения разработан многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР), содержащий размещенные в корпусе: кассету с n плавкими вставками, 2n дугогасительные камеры, где n – количество фаз в ПВР, контактную систему, при этом кассета снабжена фиксатором и выполнена с возможностью извлечения из корпуса с помощью механизма привода с отключающей пружиной, причем в указанной кассете выполнены n окон для размещения в каждом плавкой вставки таким образом, что обеспечивается последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода через кассету на плавкие вставки, при этом контактная система содержит 2n разрывных контактов и 2n токопроводящих контактов, и n тепловых датчиков, механически соединенных с фиксатором.

Кроме того, в указанном многофазном предохранителе-выключателе-разъединителе (ПВР) указанные токопроводящие контакты, каждый, состоят из двух боковых поверхностей ножа плавкой вставки и губок, из условия 2 губки на каждый нож плавкой вставки, а разрывные контакты, каждый, состоят из неподвижного контакта, функционирующего в качестве губки, и подвижной части контакта, являющейся торцевой поверхностью каждого ножа плавкой вставки.

В ПВР согласно первому аспекту изобретения предусмотрена ручка взвода, механически связанная с механизмом привода.

Причем в кассете с плавкими вставками ПВР согласно первому аспекту изобретения окна расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, но с разной высотой, отличающейся на величину от высоты последующего окна, при этом в верхней части кассеты, по направлению извлечения кассеты из корпуса, окна выполнены на одном уровне, таким образом, если одно окно имеет высоту h, последующее окно будет иметь высоту h+ , а следующее – h+2, и так далее, где величина составляет примерно 0,5-1,0 мм.

В заявленном согласно первому аспекту изобретения многофазном ПВР предусмотрены 2n токоведущих выводов для подключения к защищаемой цепи, а также кнопка отключения ПВР.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР), содержащий размещенные в корпусе кассету с n плавкими вставками, 2n дугогасительные камеры, где n – количество фаз в ПВР, контактную систему, при этом кассета снабжена фиксатором и выполнена с возможностью извлечения из корпуса с помощью механизма привода с отключающей пружиной, причем в указанной кассете выполнены n окон для размещения в каждом плавкой вставки таким образом, что обеспечивается последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода через кассету на плавкие вставки, при этом контактная система содержит 2n токопроводящих контактов, каждый состоящий из двух боковых поверхностей ножа плавкой вставки и губок, из условия 2 губки на каждый нож плавкой вставки, и 2n разрывных контактов, каждый состоящий из неподвижного контакта, функционирующего в качестве губки, и подвижной части контакта, являющейся торцевой поверхностью каждого ножа плавкой вставки, а также n тепловых датчиков, механически соединенных с фиксатором.

В ПВР согласно второму аспекту изобретения предусмотрена ручка взвода, механически связанная с механизмом привода.

Причем в кассете с плавкими вставками ПВР согласно второму аспекту изобретения окна расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, но с разной высотой, отличающейся на величину от высоты последующего окна, при этом в верхней части кассеты, по направлению извлечения кассеты из корпуса, окна выполнены на одном уровне, таким образом, если одно окно имеет высоту h, последующее окно будет иметь высоту h+ , а следующее – h+2, и так далее, где величина составляет примерно 0,5-1,0 мм.

В заявленном многофазном ПВР согласно первому аспекту изобретения предусмотрены 2n токоведущих выводов для подключения к защищаемой цепи, а также кнопка отключения ПВР.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи. Одинаковые элементы устройства обозначены одинаковыми позициями во всех представленных чертежах.

Фиг.1 – общий вид трехфазного предохранителя-выключателя-разъединителя (ПВР) в положении «включено» согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 – общий вид трехфазного предохранителя-выключателя-разъединителя (ПВР) в положении «выключено» согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 – вид ПВР в поперечном сечении с разрезом по линии А-А (привод не показан).

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Описание многофазного ПВР будет представлено на примере трехфазного ПВР со ссылкой на фиг.1, 2 и 3, на которых под позицией 1 обозначены силовые токоведущие выводы ПВР из расчета два вывода на каждую фазу, посредством которых он подключается к защищаемой цепи; под позицией 2 обозначена ручка взвода (РВ) (на фиг.1-2 показано в положении “включено”); под позицией 3 обозначены дугогасительные камеры из расчета по две на каждую фазу, при этом разрывные контакты (не обозначены) по два на каждую фазу состоят (каждый) из неподвижного контакта (позиция 4), функционирующего в качестве губки, и торцевой поверхности «ножа» 5 плавкой вставки, где торцевая поверхность каждого ножа является подвижной частью указанного разрывного контакта. Главные токопроводящие контакты, по два на каждую фазу (не обозначены), каждый из которых состоит из двух боковых поверхностей ножа 5 плавкой вставки и губок 6 (из расчета 2 губки на каждый нож плавкой вставки); под позицией 7 обозначена кассета, выполненная с возможностью извлечения из корпуса ПВР, в которой предусмотрено n окон, в которые помещаются плавкие вставки 8 (в рассматриваемом трехфазном варианте – 3 плавкие вставки, на фиг.3 – позиции 8А, 8В, 8С); под позицией 9 обозначена кнопка отключения (КО); под позицией 10 – тепловой датчик (ТД) (из расчета один на фазу); под позицией 11 – механизм привода (МП) с отключающей пружиной, в котором при перемещении ручки взвода (РВ) (2) взводится отключающая пружина (не обозначена), под позицией 12 обозначен фиксатор для удержания кассеты 7 в положении «включено», механически соединенный с тепловым датчиком 10.

Функционирование многофазного ПВР будет раскрыто на примере трехфазного ПВР со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3.

Как указывалось выше, преимуществом предлагаемого ПВР является обеспечение защиты при малых перегрузках, в отличие от известных из уровня техники ПВР, что достигается следующим образом. При перегрузках защищаемой цепи, составляющей 1-1,3 Iн, что не может быть обеспечено существующими предохранителями, n тепловых датчиков 10, по одному на каждую фазу, обнаруживают перегрузку защищаемой цепи и обеспечивают отключение фиксатора 12. В результате, даже при перегрузке в одной фазе обеспечивается отключение всего ПВР, т.е. механизм привода 11 с помощью отключающей пружины обеспечивает выдвижение кассеты 7 с плавкими вставками 8, т.е. перевод кассеты из положения «включено» в положение «выключено», согласно фиг.2, благодаря чему происходит моментное размыкание главных токопроводящих (5, 6) и разрывных контактов (4, 5).

При этом происходит: 1) бездуговой переброс тока перегрузки из главных токопроводящих контактов (5, 6), что обеспечивает их защиту от подгорания в разрывные контакты (4, 5); 2) образование дуги в зазоре между разрывными контактами (между торцевой поверхностью ножа 5 плавкой вставки и неподвижным контактом разрывного контакта); и 3) последующий переход дуги из указанного зазора в дугогасительные камеры 3, в которых осуществляется ее гашение. При этом благодаря прямоходовому движению контактов (главных токопроводящих контактов и разрывных контактов) плавкой вставки 2 при отключении образуются две последовательно включенных дуги, что обеспечивает надежное отключение цепи и позволяет поднять номинальное напряжение защищаемой цепи с 660 до 1000 В. Этим завершается автоматическое отключение перегрузки.

При этом плавкие вставки 8 остаются целыми, поскольку их время плавления при перегрузках заведомо больше, чем время срабатывания контактной системы (4, 5, 6) и гашения дуги в дугогасительных камерах 3.

В случае короткого замыкания и больших перегрузках > 4-5 Iн происходит срабатывание плавких вставок 8. При этом контактная система, состоящая из главных токопроводящих и разрывных контактов, не успевает разомкнуться, поскольку при КЗ (и, соответственно, больших кратностях аварийных токов) быстродействие плавких вставок 8 заведомо выше быстродействия теплового датчика 10. Этим завершается отключение короткого замыкания или большой перегрузки защищаемой цепи.

Замена сгоревших плавких вставок 8 производится оператором вручную, после перевода им кассеты и ПВР из положения «включено» (фиг.1) в положение «выключено» фиг.2 и извлечения ее из корпуса ПВР.

Достаточно часто в процессе эксплуатации, при возникновении короткого замыкания, отключении сильноиндуктивных нагрузок (режимы ДС-23В, АС-23В и др.), происходит «сваривание» главных и разрывных контактов ПВР.

В этом случае, для надежного разрушения мест «сварки» в многофазных, например в трехфазных ПВР, осуществляется последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода 11 через кассету 7 на плавкие вставки 8, что позволяет разрушать места сварки указанных контактов соответственно последовательно.

Для этого в кассете 7, согласно фиг.3, где представлен вариант осуществления изобретения, на примере трехфазного ПВР выполнены n окон, по одному на каждую фазу, распределенные равномерно по плоскости кассеты, т.е. на одинаковом расстоянии друг от друга, в которых размещаются плавкие вставки 8А, 8В, 8С, при этом окна выполнены с разной высотой, отличающейся на величину , т.е. при рассмотрении трехфазного ПВР, если одного окно имеет высоту h, то последующее окно будет иметь высоту h+, и следующее окно – h+2.

При этом указанная величина составляет примерно 0,5-1,0 мм, что получено в результате экспериментальных исследований и обеспечивает последовательное приложение усилия отключающей пружины к местам сварки контактов и соответственно надежное разрушение мест сварки.

Кроме того, в верхней части кассеты 7 (в направлении извлечения кассеты) окна выполнены на одном уровне, благодаря чему при включении ПВР происходит одновременное включение всех фаз, а при отключении происходит последовательное отключение плавких вставок с началом сдвига плавких вставок на величину сдвига благодаря конструктивному выполнению окон разной высоты.

При отключении аппарата ПВР, в движение первой приводится плавкая вставка, находящаяся в окне минимальной высоты (фаза «А» фиг.3), а когда она начнет перемещаться и сдвинется на величину «», усилие отключающей пружины приложится к плавкой вставке фазы «В», а затем и к плавкой вставке фазы «С», что и создает требуемый эффект.

При работе ПВР в режиме разъединителя кассета 7 с плавкими вставками 8 вручную извлекается оператором из корпуса ПВР, при этом в защищаемой цепи образуется видимый разрыв.

При оперативных отключениях, по команде оператора, воздействующего либо на кнопку отключения 9, так же, как и при автоматическом отключении перегрузок, производится воздействие на фиксатор 12 и моментный перевод кассеты 7 с плавкими вставками 8 из положения «включено» (фиг.1) в положение «выключено» фиг.2, с бездуговым перебросом тока нагрузки из главных контактов в разрывные и последующим гашением дуги в дугогасительных камерах 3.

Включение ПВР производится оператором вручную, при воздействии на ручку взвода 2. При этом одновременно производится взвод отключающей пружины механизма привода 11 и перевод кассеты 7 с плавкими вставками 8 из положения «выключено» (фиг.2) в положение «включено» (фиг.1).

Промышленная применимость

Многофазный ПВР согласно изобретению может применяться для защиты общетехнических промышленных и бытовых установок средней мощности и заменяет автоматические выключатели на аналогичные номинальные параметры.

Формула изобретения

1. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР), содержащий размещенные в корпусе кассету с n плавкими вставками, 2n дугогасительные камеры, где n – количество фаз в ПВР, контактную систему, при этом кассета снабжена фиксатором и выполнена с возможностью извлечения из корпуса с помощью механизма привода с отключающей пружиной, причем в указанной кассете выполнены n окон для размещения в каждом плавкой вставки таким образом, что обеспечивается последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода через кассету на плавкие вставки, при этом контактная система содержит 2n разрывных контактов и 2n главных токопроводящих контактов и n тепловых датчиков, механически соединенных с фиксатором.

2. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1, в котором каждый главный токопроводящий контакт состоит из двух боковых поверхностей ножа плавкой вставки и губок, из условия 2 губки на каждый нож плавкой вставки.

3. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.2, в котором каждый разрывной контакт состоит из неподвижного контакта, функционирующего в качестве губки, и подвижной части контакта, являющейся торцевой поверхностью каждого ножа плавкой вставки.

4. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1, который дополнительно снабжен ручкой взвода, механически связанной с механизмом привода.

5. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1, в котором окна, выполненные в кассете, размещены на одинаковом расстоянии друг от друга.

6. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1 или 2, в котором n окон выполнены в кассете с разной высотой, отличающейся на величину от последующего, при этом в верхней части кассеты, по направлению извлечения кассеты из корпуса, окна выполнены на одном уровне.

7. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель по п.6, в котором одно окно имеет высоту h, последующее окно будет иметь высоту h+A, а следующее – h+2, и так далее.

8. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.7, в котором величина составляет примерно 0,5-1,0 мм.

9. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1, в котором предусмотрены 2n токоведущих выводов для подключения к защищаемой цепи.

10. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.1, в котором предусмотрена кнопка отключения ПВР.

11. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР), содержащий размещенные в корпусе кассету с n плавкими вставками, 2n дугогасительные камеры, где n – количество фаз в ПВР, контактную систему, при этом кассета снабжена фиксатором и выполнена с возможностью извлечения из корпуса с помощью механизма привода с отключающей пружиной, причем в указанной кассете выполнены n окон для размещения в каждом плавкой вставки таким образом, что обеспечивается последовательное приложение усилия отключающей пружины механизма привода через кассету на плавкие вставки, при этом контактная система содержит 2n главных токопроводящих контактов, каждый состоящий из двух боковых поверхностей ножа плавкой вставки и губок, из условия две губки на каждый нож плавкой вставки, и 2n разрывных контактов, каждый состоящий из неподвижного контакта, функционирующего в качестве губки, и подвижной части контакта, являющейся торцевой поверхностью каждого ножа плавкой вставки, а также n тепловых датчиков, механически соединенных с фиксатором.

12. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.11, который дополнительно снабжен ручкой взвода, механически связанной с механизмом привода.

13. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.11, в котором окна, выполненные в кассете, размещены на одинаковом расстоянии друг от друга.

14. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.11, в котором n окон выполнены в кассете с разной высотой, отличающейся на величину от последующего, при этом в верхней части кассеты, по направлению извлечения кассеты из корпуса, окна выполнены на одном уровне.

15. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель по п.13, в котором одно окно имеет высоту h, последующее окно будет иметь высоту h+, а следующее – h+2, и так далее.

16. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.15, в котором величина составляет примерно 0,5-1,0 мм.

17. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.11, в котором предусмотрены 2n токоведущих выводов для подключения к защищаемой цепи.

18. Многофазный предохранитель-выключатель-разъединитель (ПВР) по п.11, в котором предусмотрена кнопка отключения ПВР.

РИСУНКИ