CS210318B1 - Omezovač zkratových proudů - Google Patents

Abstract

Omezovač zkratových proudů na bázi slitiny, jehož aktivní část je vytvořena ze slitiny s uspořádanou strukturou typu A^B, kde A a B znamenají kov a index značí počet atomů. Vynález lze využít ve spínací technice zejména v kombinaci se sériově zapojenými klasickými spínacími přístroji, kde stačí spínače dimenzovat pouze na proud, omezený tímto omezovačem.

Description

Vynález se týká omezovačů zkratových proudů. Vynálezem je řešena problematika omezování zkratových proudů technicky jednoduchým a málo rozměrným zařízením.

V poslední době vede stále rostoucí používání elektrické energie k zahuštování napájecích bodů a ke zvyšování výkonů zdrojů. Důsledkem je nárůst zkratových proudů v nízkonapělových rozvodech až na hodnoty kolem 100 kA. Rostoucí zkratové proudy jsou z hlediska zajištění bezporuchového provozu ekonomicky velice náročné, protože jsou zapotřebí přístroje s dostatečnou vypínací schopností a rovněž celý rozvod je nutno dimenzovat na jejich tepelné a dynamické účinky. Z tohoto důvodu se začínají objevovat návrhy na omezovače zkratových proudů, které mají vzniklé zkratové proudy omezit v krátké době na velikost, která není zařízení nebezpečná nebo kterou je možno zvládnout levnějšími přístroji s menší vypínací schopností.

Známé omezovače jsou dvojího druhu. Předně jsou to různé kombinace lineárních a nelineárních odporů, indukčnosti a kapacit, obsahující obvykle přesytitelnou tlumivku, které jsou zapojeny tak, že jmenovitému proudu rozvodného úseku kladou jen malou impedanci, zatímco po přesycení jejich impedance značně vzroste a omezí zkratový proud. Taková zařízení jsou však velmi rozměrná a drahá a proto jejich použití je možné pouze v energetických rozvodech a ve velkých průmyslových rozvodnách. Druhý druh omezovačů pracuje s kapalným nebo pevným lehce tavitelným vodičem, který při průchodu zkratového proudu přejde do plynného skupenství.

Tento jev je doprovázen prudkým růstem odporu omezovače se současným omezením zkratového proudu. Vysoké hodnoty odporu lze dosáhnout vedením proudu parami nebo obloukem, hořícím v parách použitého média (bývá to Ca, In, Hg, alkalické kovy čistá nebo ve slitině nebo amalgamy alkalických kovů). Tento druh omezovačů má sice menší rozměry, je však konstrukčně i technologicky velice složitý z důvodů zachycení vysokých tlaků pří zplynění proudovodiče a zachycení vzniklých vysokých teplot. Dále je nutno konstrukčně zajistit, aby zkondenzované médium zaujalo po zchladnutí znovu definovanou výchozí polohu. Cena takových omezovačů bude značně vysoká. Zatím jsou omezovače tohoto druhu známy pouze z patentové literatury, nikoliv z praktických aplikací.

Uvedené nedostatky odstraňuje omezovač zkratových proudů podle vynálezu,,

Podstata vynálezu spočívá v tom, že aktivní část omezovače je vyrobena ze slitiny s uspořádanou strukturou typu A^B, kde A a B znamenají kov a index značí počet atomů.

U těchto slitin dochází za určitých podmínek ke stavu, kdy atomy jednotlivých složek jsou uspořádány více méně pravidelně (podle stupně uspořádání) v určitých uzlových bodech, takže struktura takové slitiny se blíží struktuře dokonalého krystalu. Chování uspořádaných slitin se s růstem teploty liší, u slitin typu AB se s rostoucí teplotou mění uspořádaný stav na neuspořádaný většinou postupně, u slitin typu A^B dochází ke změně uspořádaného stavu na neuspořádaný většinou skokem (písmena A, B nahrazují chemické značky urč’tých kovů, indexy u písmen značí počet atomů)»

Elektrické vlastnosti, tj, zejména elektrický měrný odpor slitiny, závisí na stavu, v němž se slitina nachází. 7 uspořádaném stavu je procházejícím elektronům kladen mříží uspořádaných atomů malý odpor a elektrický měrný odpor je nízký. Naopak v neuspořádaném stavu vzrůstá pravděpodobnost kolize procházejícího elektronu s atomy slitiny a výsledkem je zvýšení měrného odporu, Zvýšení elektrického odporu aktivní části omezovače se dosahuje beze změny skupenství, v pené fázi, takže konstrukční provedení omezovače podle, vynálezu je jednoduché.

Dva konkrétní příklady provedení omezovače podle vynálezu jsou na přiloženém výkresu.

Obr. 1 představuje omezovač, jehož aktivní část je samostatná, ve tvaru tyče.

Obr. 2 je omezovač s aktivní částí ve tvaru šroubovice, uspořádané na nosiči.

Omezovač na obr. 1, znázorněný v podélném řezu, má aktivní část J. ve tvaru tyče, vyrobené ze slitiny Cu^Pd s uspořádanou strukturou. Sestává z pouzdra 2, v němž je uzavřena aktivní část J., která je na obou koncích elektricky i mechanicky spojená pomocí svarů 2, JJ s deskou Jas čelem JJ. Deska 2 i čelo JJ jsou na vnější straně opatřeny noži £,

14. které slouží k zapojení omezovače do jištěného obvodu. Spojení desky 2 ^s čelem j a také spojení čel J, JJ s pouzdrem 2 je provedeno některým ze známých způsobů (např. rozválcováním, sešroubováním apod.) a není podrobně zakreslováno.

Druhý příklad provedení omezovače, znázorněný na obr. 2 rovněž v podélném řezu, má aktivní část 11 ve tvaru drátu stočeného do šroubovice na nosiči 1 0. Aktivní část 11 je vyrobena ze slitiny Niýín s uspořádanou strukturou a její konce 25. 35 jsou elektricky i mechanicky spojeny s deskou 2 a Čelem JJ. Deska 2 i čelo JJ jsou stejně jako u prvního příkladu provedení omezovače opatřeny noži 4, 14, sloužícími k zapojení omezovače do jištěného obvodu.

Vnitřní prostor 6 mezi pouzdrem 2 a nosičem 10 s aktivní částí i nebo 11 může být u obou příkladů provedení vyplněn sypkým, kapalným nebo plynným, od vzduchu odlišným médiem, sloužícím k regulaci 'dvodu tepla z aktivní části.

Funkce omezovače zkratových proudů podle vynálezu spočívá v tom, že průchodem poruchového nadproudu aktivní Částí J., nebo 11 omezovače dochází k jejímu zvýšenému oteplení proti stavu při jmenovitém proudu. S rostoucí teplotou aktivní části dochází i ke změně jejího stavu z uspořádaného na neuspořádaný, provázené zároveň zvýšením elektrického odporu aktivní čásťi. Podle druhu použité slitiny s uspořádanou strukturou dochází k těmto změnám bu3 plynule, nebo skokem. Zvětšení hodnoty odporu aktivní části omezovače způsobí další zvýšení jejich elektrických ztrát a další růst oteplení. Po překročení kritické teploty zmizí zcela uspořádanost struktury slitiny a měrný elektrický odpor použité slitiny dosáhne své nejvyšáí hodnoty, které se může dále měnit jen s teplotou podle známého vztahu

R = R_o (1 +íí. At).

Po zmizení poruchového proudu a po poklesu teploty pod kritickou mez nabude aktivní část omezovače opět uspořádané struktury a je připravena k další funkoi. S nárůstem odporu aktivní části se současně zmenšuje proud, protékající omezovačem. Na velikost omezení mají vliv i parametry obvodu, v němž je omezovač zapojen. Nejúčinnější bude použití omezovače podle vynálezu v obvodech s vysokým účiníkem, kde podstatná část ohmického odporu obvodu bude tvořena omezovačem a kde bude velmi vysoká změna odporu použité slitiny.

Protože omezovač podle vynálezu je poruchové proudy schopen pouze omezit, ne však vypnout, je nutné sériové zařazení klasického spínacího přístroje v těch případech, kde nepostačí pouhé omezení a kde je žádoucí zapojení obvodu. Předností omezovače však zůstává, že klasické spínací zařízení postačí dimenzovat na hodnotu proudu po omezení, tedy značně nižší, takže jejich spínání lze provést snadněji pomocí cenově výhodnějších přístrojů.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Omezovač zkratových proudů na bázi slitiny, vyznačující se tím, že aktivní část (1 nebo li) omezovače je ze slitiny s uspořádanou strukturou typu A^B, kde A a B znamenají kov a index značí počet atomů.
2. 2. Omezovač zkratových proudů podle bodu 1, vyznačující se tím, že slitina s uspořádanou strukturou sestává ze 75 % atomárních mědi a 25 % atomárních paládia.
3. 3. Omezovač zkratových proudů podle bodu 1, vyznačující se tím, že jeho aktivní část (1 ) je ve tvaru tyče.
4. 4. Omezovač zkratových proudů podle bodu 1, vyznačující se tím, že jeho aktivní část (11) je ve tvaru šroubovice.
5. 5. Omezovač zkratových proudů podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že aktivní část (1 nebo 11) je umístěna ve vakuu.