HU220491B1 - Üzemzavarból eredő, ívkisülés ellen védő berendezés, különösen villamos energiát elosztó kisfeszültségű kapcsolóberendezésekhez - Google Patents

Abstract

űzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés, különösen villamosenergiát elosztó kisfeszültségű kap- csolóberendezésekhez, amelynekenergiatárolója, tekercse (29), legalább egy, a tekercs (29) és azenergiatároló közé iktatott kapcsolóelemet vezérlő ívdetektora,valamint a tekercs (29) által indukált áram hatására fémesrövidzárlatot létrehozó vákuumkamrás kioldópatronja (1) van. Atalálmány értelmében a kioldópatronnak (1) csésze alakú, csőszakasszal(4) ellátott első patronrésze (1a), valamint második patronrésze (1b)van; az első patronrész (1a) csőszakaszának (4) nyitott vége és amásodik patronrész (1b) között a két patronrészt (1a, 1b) mechanikusanösszekötő, de villamosan egymástól elszigetelő szigetelőcső vagy gyűrűvan elrendezve; és a kioldótekercs (29) közvetlenül az első patronrész(1a) csőszakaszán (4) van elhelyezve. ŕ

Description

A találmány tárgya üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés, különösen villamos energiát elosztó kisfeszültségű kapcsolóberendezésekhez, amelynek energiatárolója, tekercse, legalább egy, a tekercs és az energiatároló közé iktatott kapcsolóelemet vezérlő ívdetektora, valamint a tekercs által indukált áram hatására fémes rövidzárlatot létrehozó vákuumtöltésű kioldópatronja van.

Kisfeszültségű kapcsolóberendezéseknél üzemzavarból eredő ívkisülések jöhetnek létre az alkalmazott egyre nagyobb teljesítmények, hibás kapcsolások, a kezelőszemélyzet által elkövetett hibák, a fellépő túlfeszültségek vagy a készülékek meghibásodásai miatt.

A üzemzavarból eredő ívkisülések által okozott személyi sérülések, illetve anyagi károk megakadályozására ismert az a megoldás, hogy a villamos energiát elosztó rendszerbe olyan ivfelismerő berendezéseket iktatnak, amelyek az eléjük kapcsolt teljesítménykapcsolókat gyors kikapcsolásra kényszerítik. Ismert az a megoldás is, hogy az ívfelismerő berendezések olyan üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezéseket vezérelnek, amelyek előre meghatározott, a személyekre és a berendezésekre nézve veszélytelen rövidzárlatot váltanak ki. Az ívkisülés időtartamát ily módon egytizedére vagy még kisebb értékre csökkentik, miáltal elkerülhetők a nagyobb károk, és javítható a kapcsolóberendezés kihasználtsága.

A HU 169 992 lajstromszámú szabadalmi leírásból ismert két, egymásba koaxiálisán helyezett hengeres fémköpeny alkalmazása. Az egyik üzemi feszültségen, a másik nulla potenciálon van. A fémköpenyek egy tekercs hatása alatt deformálhatok és egymáshoz nyomhatok, vagyis a belső kifelé, a külső pedig befelé nyomható egészen addig, amíg teljes rövidzárlat nem jön létre. Hiba esetén a tekercset kondenzátortelep táplálja meg, amely kapcsolóelem segítségével kapcsolható be. Üzemzavarból eredő ívkisüléskor a kapcsolóelemet ívérzékelő elem (ívdetektor) hozza működésbe.

Annak érdekében, hogy a kondenzátortelep egyebek mellett a lehető legkisebbre legyen méretezhető, a két hengeres köpeny vákuumedényben van elrendezve, miáltal a kéthengeres köpeny közötti távolság lényegesen lecsökkenthető.

A vákuumedénynek azonban viszonylag vastagnak kell lennie, ezért a tekercs és különösen a kondenzátortelep mérete nem csökkenthető megfelelő mértékben. Ez nemcsak a költségeket tekintve hátrányos, hanem azért is, mert a üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés nagy helyet foglal el a kapcsolóberendezésen belül.

A találmány feladata ezért üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés, különösen villamos energiát elosztó kisfeszültségű kapcsolóberendezésekhez, amelynek energiatárolója, tekercse, legalább egy, a tekercs és az energiatároló közé iktatott kapcsolóelemezt vezérlő ívdetektora, valamint a tekercs által indukált áram hatására fémes rövidzárlatot létrehozó vákuumtöltésű kioldópatronja van, olyan értelmű tökéletesítése, hogy az alkatrészek, különösen a kondenzátortelep mérete csökkenthető legyen.

A feladatot módosított kivitelű kioldópatron alkalmazásával oldjuk meg. A találmány értelmében a kioldópatronnak csésze alakú, csőszakasszal ellátott első patronrésze, valamint második patronrésze van. Az első patronrész csőszakaszának nyitott vége és a második patronrész között a két patronrészt mechanikusan összekötő, de villamosán egymástól elszigetelő szigetelőcső vagy gyűrű van elrendezve; és a kioldótekercs közvetlenül az első patronrész csőszakaszán van elhelyezve. Az aligénypontok a találmány különösen előnyös kiviteli alakjait határozzák meg.

A találmány szerinti megoldásnál a tekercs szorosan a kioldópatronon helyezhető el, így egyrészt csökkenthetők a tekercs méretei, másrészt a kondenzátortelep méretei is kisebbek lehetnek.

Igen előnyös továbbá, hogy csak a csőszakaszon belül van vákuum, miáltal az egész védőberendezés kompaktabb lesz.

A találmány szerinti megoldás a vákuum létrehozása és fenntartása szempontjából is igen előnyös. így a viszonylag alacsony költségek mellett igen fontos, hogy a kioldópatronban levő vákuum még 10 vagy több év múltán is megmarad, tehát nem következnek be nem kívánt átívelések, és a védőberendezés nem igényel karbantartást.

Előnyös szerelési és gyártási szempontból, különös tekintettel a vákuum létrehozására, ha az első patronrész a hengerpalást alakú tartomány, illetve a csőszakasz egyik végén zárt fenékrésszel rendelkezik, a másik vége pedig kifelé álló peremmel van ellátva, ha a második patronrésznek hengeres része van, amely egyik végén első, a csőszakasz belső átmérőjénél kisebb átmérőjű szakasszal rendelkezik, és a csőszakasz, valamint ezen kisebb átmérőjű szakasz között rés van; továbbá a hengeres résznek a csőszakaszon kívül elrendezett második, kisebb átmérőjű szakasza van, amelynek tartományában vákuumkamra van kialakítva; és a hengeres rész másik végén körtárcsa alakú fedelet képező, a vákuumkamrát lezáró harmadik szakasz van kialakítva, amelynek átmérője nagyobb mind az első szakasz, mind a második szakasz átmérőjénél.

Előnyös, ha a fedél vákuum létesítésére szolgáló, szívócsőből és zárósapkából álló szelepet befogadó mélyedéssel van ellátva, ha az első patronrészen kialakított perem a csőszakasznál nagyobb falvastagságú rögzítőgyűrüvel van ellátva; a második patronrész a második szakasz és a harmadik szakasz közötti átmenet tartományában a fedél alsó oldalán körbefutó peremmel rendelkezik, amelynek külső átmérője megegyezik a rögzítőgyürű külső átmérőjével, a szigetelőcső a rögzítőgyűrű és a körbefutó perem között van elrendezve, a szigetelőcső mindkét vége körbefutó, a szigetelőcső egyik végén az első patronrész pereméhez, másik végén a második patronrész pereméhez illeszkedő lépcső alakú vállal van ellátva.

Annak érdekében, hogy a második patronrész mindig központosán legyen elrendezve, és mindkét patronrész megvezetése biztos legyen, a második patronrész homlokoldalán az első szakaszban kalapszerű központosító elem van, amely hengeres részével a második pat2

HU 220 491 Bl ronrész központi mélyedésébe illeszkedik. A központosító elem szigetelőanyagból készül, és az első patronrész cső alakú szakaszába kötötten van beágyazva.

A kioldópatron megbízhatósága és a vákuum létrehozása szempontjából különösen kedvező, ha a szigetelőcső homlokoldalai a külső éltől mintegy a középig, illetve a lépcsőzésig fémbevonattal vannak ellátva, a fémbevonat MoMn+Ni-ből van, vastagsága pedig 0,02 és 0,03 mm között van, előnyösen 0,025 mm értékű, és ha a szigetelőcső átmérője valamivel nagyobb, mint a gallér- vagy peremrészé, mivel ezáltal a kerámiából és fémből készült alkatrészek biztosabban forraszthatok egymáshoz.

Abban az esetben, ha a két patronrész közötti rés mintegy 1 mm méretű, a kisfeszültségű kapcsolóberendezéseknél rövid kioldási idő mellett üzembiztos működés érhető el.

Különösen előnyös, ha a tekercs műanyagból készült szigetelésbe van beépítve, illetve beágyazva, és körül van öntve azzal, miáltal a tekercs menetei az energiatároló kisülésekor fellépő nagy erők ellenére nem mozdulnak el, és megfelelően szigetelve vannak.

Különösen kedvező, ha a csőszakasz árammal átjárt tartománya közelében jó hővezető anyagból készült masszív szerkezeti elemeket alkalmazunk, mivel így az adott tartományból megfelelőképpen elvezethető a keletkező hő.

Főelosztóknál való alkalmazás esetén nagy kioldási sebesség mellett nagy áramteherbírást érhetünk el, ha a csőszakasz falvastagsága 0,5 és 2,5 mm között van, előnyösen 1 mm értékű, átmérője pedig 50 és 60 mm között van.

Az alábbiakban a csatolt rajzokon vázolt kiviteli példa kapcsán ismertetjük a találmányt, illetve annak egyéb részleteit és előnyeit. Az

1. ábra tekerccsel ellátott kioldópatron hosszmetszete összeszerelt állapotban; a

2. ábra az első patronrész hosszmetszete; a

3. ábra a második patronrész hosszmetszete; a

4. ábra a szigetelőcső hosszmetszete; az

5. ábra a szigetelőcső 4. ábrán jelölt A részletének nagyított képe; és a

6. ábra a patron csatlakozási oldal felőli nézete.

Az 1. ábra szerinti 1 kioldópatronnak csésze alakú, forgásszimmetrikus la patronrésze van, amely villamosán vezető anyagból, például rézből vagy alumíniumból készül, és zárt 3 fenékrészből, hengerpalást alakú tartományként kialakított 4 csőszakaszból, valamint a másik végén kifelé álló 5 peremből áll. A 3 fenékrész tömör kivitelű, és központi menetes 6 furattal van ellátva csatlakozó sín vagy kábel rögzítése céljából.

Az első la patronrész üzemi feszültségen lehet, míg a második lb patronrész nulla potenciálon van.

A 2. ábrán önálló alkatrészként vázolt első la patronrész 5 pereme 7 rögzítőgyűrűvel van ellátva, amelynek falvastagsága nagyobb, mint a 4 csőszakaszé. Az 5 perem metszete Z alakú. A 4 csőszakasz falvastagságát úgy kell megválasztani, hogy könnyen és gyorsan deformálódjon, tehát a 4 csőszakasznak vékony falúnak kell lennie, de ugyanakkor elég keresztmetszetűnek ahhoz, hogy elviselje a fellépő áramterhelést. Különösen kedvező, ha a csőszakasz falvastagsága mintegy 1 mm, átmérője pedig 50 és 60 mm között van.

A második lb patronrész (1. és 3. ábra) szintén fémből készül, és hengeres 8 része van, amelynek egyik végén első 11 szakasz van kialakítva. Ennek külső átmérője kisebb a 4 csőszakasz belső átmérőjénél, tehát az la patronrész a belsejébe betolt lb patronrészt körkörös 9 rés fennmaradásával veszi körül. A hengeres 8 rész a 4 csőszakaszon kívüli tartományban csökkentett átmérőjű második 12 szakaszban folytatódik. Ebben a tartományban 10 vákuumkamra van kialakítva (1. ábra).

A hengeres 8 rész másik végén harmadik 13 szakasz van, amelynek átmérője nagyobb mind az első 11 szakasz, mind a második 12 szakasz átmérőjénél. Ez a szakasz tárcsa alakú 14 fedelet képez a 10 vákuumkamra lezárása céljából. A 14 fedél az első la patronrészhez hasonlóan menetes 15 furattal van ellátva második csatlakozósín vagy kábel bekötése céljából. A 10 vákuumkamra tartományában a 14 fedél 16 szeleppel van ellátva, amely a vákuum létrehozására szolgál. A 16 szelep 17 szívócsőből és a 17 szívócsőre felhelyezett 18 zárósapkából áll. A 16 szelep számára a 14 fedélen 19 mélyedés van kialakítva.

A második lb patronrész a második 12 szakasz és a harmadik 13 szakasz közötti átmeneti tartományban a fedél alsó oldalán 20 peremmel van ellátva, amelynek külső átmérője megegyezik a 14 fedél és a 7 rögzítőgyűrű külső átmérőjével.

A 7 rögzítőgyűrű és a 20 perem között 21 szigetelőcső van elrendezve, amely mechanikusan összeköti az la, lb patronrészeket, villamos szempontból azonban elszigeteli ezeket egymástól.

A 21 szigetelőcső tehát az la patronrész 4 csőszakaszának nyitott vége és a második lb patronrész között van elrendezve.

A második lb patronrész a jelen példa esetében ugyan tömör kialakítású, de lehet üreges vagy csésze formájú is.

A második lb patronrész első 11 szakaszának homlokoldalán központi 23 mélyedés van kialakítva, amelybe kalap alakú 22 központosító elem hengeres 24 része illeszkedik. A 22 központosító elem műanyagból készül, és az első la patronrész 4 csőszakaszába szoros illesztéssel van behelyezve, miáltal az la, lb patronrészek mechanikusan egymáshoz kapcsolódnak, de villamos szempontból továbbra is el vannak szigetelve egymástól.

A 21 szigetelőcső (4. és 5. ábra) végei körbefutó lépcsős 25 vállal vannak ellátva úgy, hogy az egyik oldalon az 5 perem, a másik oldalon a 20 perem számára megfelelő illeszkedési felület álljon rendelkezésre. A 21 szigetelőcső homlokoldalai a külső éltől majdnem középig, illetve a 27 lépcsőig 26 fémbevonattal vannak ellátva.

Az 1 kioldópatron összeszerelt állapotában a 26 fémbevonattal ellátott felületek jól illeszkednek az la, lb patronrészekhez, ezáltal forrasztásos kötés útján vákuumtömör patront kapunk. A bal oldali fémmel be3

HU 220 491 Β1 vont felület az első la patronrész 5 peremén, a jobb oldali a második lb patronrész 20 peremén fekszik fel, és a 27 lépcső belül, az 5 perem, illetve a 20 perem pedig kívül helyezkedik el. A 21 szigetelőcső átmérője kissé nagyobb, mint az 5 peremé, illetve a 20 peremé. A forraszanyag a 26 fémbevonat mentén a kapilláris hatás következtében be tud folyni, és biztosítja a vákuumtömör zárást.

A második lb patronrész első 11 szakasza és az első patronrész 4 csőszakasza, vagyis a 9 rés tartományában a 4 csőszakaszon közvetlenül felfekvő 29 tekercs van elrendezve. A 29 tekercs menetei az 1 kioldópatronnal koaxiálisán vannak elrendezve (1. ábra). A 29 tekercs műanyagból (például kemény poliuretánhabból) készült 30 szigetelőgyűrűbe van beépítve, illetve beágyazva, vagyis körül van öntve az adott műanyaggal.

Az üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés kioldásakor a 29 tekercsen rövid ideig olyan nagy értékű áram folyik, hogy a 4 csőszakaszban és a második lb patronrész első 11 szakaszában olyan feszültség indukálódik, hogy a 4 csőszakasz a keletkező nagy áramok következtében fellépő erőhatás nyomán az első 11 szakaszhoz, illetve a második lb patronrészhez nyomódik, és a 9 rés a milliszekundum tört részének megfelelő ideig rövidre záródik. Ekkor egy ívdetektor tirisztort vezérel, amely a 29 tekercs és az energiatároló között van elrendezve.

A résnek egyrészt elég szűknek kell lenni ahhoz, hogy a rövid kioldási idő céljából gyorsan áthidalható legyen, másrészt azonban elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy ne következhessék be átütés. 220/380 V feszültség esetén a rés mérete 1 mm körül van, például 0,7 és 1,3 mm között.

Az üzemzavar következtében fellépő ívkisülést követően a berendezés gyűjtősinei közelében zárlati áram folyik, mégpedig egy áramsíntől az la, lb patronrészen át vissza az áramsínbe, miáltal a feszültség leesik, és az ív kialszik.

A 4 csőszakasz árammal átjárt tartománya közelében jó hővezető anyagból készült vastag alkatrészeket alkalmazunk. Ezek a teherbíró, vastag anyagból készült alkatrészek (a 3 fenékrész és a 11 szakasz) a 4 csőszakasznak a 22 központosító elem közelében levő szabad részéből gyorsan elvezetik a keletkező hőt, tehát olyan nagy áramterhelés érhető el, hogy egy soros teljesítménykapcsoló meghibásodása esetén sem következhet be veszélyes mértékű anyagleolvadás vagy másodlagos ívkisülés a kioldópatronon.

Mint a 6. ábrán látható, az 1 kioldópatron homlokoldalain 28 megfogási felületek vannak kialakítva a megfelelő szerelőszerszám (például kulcs) számára.

A 21 szigetelőcső előnyösen kerámiából készül, de más alkalmas szigetelőanyagból is lehet. Mint az 1. ábrán látható, a 21 szigetelőcső a hengeres 8 rész körül van elrendezve.

A 21 szigetelőcső egy vagy több (nem ábrázolt) bordával lehet ellátva a kúszóút megnövelése céljából.

Az adott kiviteli példa esetében az üzemzavarból eredő ívkisülés alkalmával az áramot a 29 tekercsre adó kapcsolóelem teljesítménytirisztor.

A találmány szerinti kioldópatron a vákuumkamrának köszönhetően a középfeszültségű technikában is alkalmazható (például középfeszültségű kapcsolóberendezéseknél).

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Üzemzavarból eredő ívkisülés ellen védő berendezés, különösen villamos energiát elosztó kisfeszültségű kapcsolóberendezésekhez, amelynek energiatárolója, tekercse, legalább egy, a tekercs és az energiatároló közé iktatott kapcsolóelemet vezérlő ívdetektora, valamint a tekercs által indukált áram hatására fémes rövidzárlatot létrehozó vákuumkamrás kioldópatronja van, azzal jellemezve, hogy a kioldópatronnak (1) csésze alakú, csőszakasszal (4) ellátott első patronrésze (la), valamint második patronrésze (lb) van; az első patronrész (la) csőszakaszának (4) nyitott vége és a második patronrész (lb) között a két patronrészt (la, lb) mechanikusan összekötő, de villamosán egymástól elszigetelő szigetelőcső (21) vagy gyűrű van elrendezve; és a kioldótekercs (29) közvetlenül az első patronrész (la) csőszakaszán (4) van elrendezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy az első patronrész (la) a hengerpalást alakú tartomány, illetve a csőszakasz (4) egyik végén zárt fenékrésszel (3) rendelkezik, a másik vége pedig kifelé álló peremmel (5) van ellátva.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a második patronrésznek (lb) hengeres része (8) van, amely egyik végén első, a csőszakasz (4) belső átmérőjénél kisebb átmérőjű szakasszal (11) rendelkezik, és a csőszakasz (4), valamint ezen kisebb átmérőjű szakasz (11) között rés (9) van; továbbá a hengeres résznek (8) a csőszakaszon (4) kívül elrendezett második, kisebb átmérőjű szakasza (12) van, amelynek tartományában vákuumkamra (10) van kialakítva; és a hengeres rész (8) másik végén körtárcsa alakú fedelet (14) képező, a vákuumkamrát (10) lezáró harmadik szakasz (13) van kialakítva, amelynek átmérője nagyobb mind az első szakasz (11), mind a második szakasz (12) átmérőjénél.
4. 4. A 3. igénypont szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a fedél (14) vákuum létesítésére szolgáló, szívócsőből (17) és zárósapkából (18) álló szelepet (16) befogadó mélyedéssel (19) van ellátva.
5. 5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy az első patronrészen (la) kialakított perem (5) a csőszakasznál (4) nagyobb falvastagságú rögzítőgyűrűvel (7) van ellátva; a második patronrész (lb) a második szakasz (12) és a harmadik szakasz (13) közötti átmenet tartományában a fedél (14) alsó oldalán körbefutó peremmel (20) rendelkezik, amelynek külső átmérője megegyezik a rögzítőgyűrű (7) külső átmérőjével; a szigetelőcső (21) a rögzítőgyűrű (7) és a körbefutó perem (20) között van elrendezve; és a szigetelőcső (21) mindkét vége körbefutó, a szigetelőcső (21) egyik végén az

   HU 220 491 Β1 első patronrész pereméhez (5), másik végén a második patronrész pereméhez (20) illeszkedő lépcső alakú vállal (25) van ellátva.
6. 6. A 3-5. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a második patronrész (lb) első szakaszának (11) homlokoldalánál műanyagból készült, az első patronrész (la) csőszakaszába (4) kötötten beágyazott, kalap alakú központosító elem (22) van elrendezve, amely a második patronrész (lb) központi mélyedésébe (23) illeszkedő hengeres résszel (24) rendelkezik.
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a szigetelőcső (21) homlokoldalai a külső éltől mintegy középig, illetve a lépcsőig (27) fémbevonattal (26) vannak ellátva, és a szigetelőcső (21) átmérője valamivel nagyobb, mint az első patronrész pereméé (5) vagy a második patronrész pereméé (20).
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a két patronrész (la, lb) közötti rés (9) mérete mintegy 1 mm.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a tekercs (29) műanyagból készült szigetelőgyűrűbe (30) van beépítve, beágyazva, illetve beöntve.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a csőszakasz (4) árammal átjárt tartománya közelében jó hővezető anyagból készült masszív alkatrészek vannak elrendezve.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a csőszakasz (4) falvastagsága 0,5 és 1,5 mm között van, célszerűen 1 mm értékű, átmérője pedig 50 és 60 mm között van.
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a kioldópatron (1) homlokoldalain szerelőszerszám számára merőleges megfogási felületek (28) vannak kialakítva.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti ívkisülés ellen védő berendezés, azzal jellemezve, hogy a szigetelőcső (21) kerámiából van.