PL205175B1 - Urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia, podłączane pomiędzy linię elektryczną (50) a uziemienie (52), zawierające elektrodę łączącą (12) drugą elektrodę łączącą (18) oraz elektrodę przełączającą (22) poruszającą się między położeniem pracy, w kontakcie z pierwszą elektrodą łączącą a położeniem przełączania, w sąsiedztwie drugiej elektrody łączącej. Dwójnik elektryczny (36) zawierający na przykład rezystor o wartości zależnej od napięcia (40) i/lub szczelinę iskrową (38), łączy ruchomą elektrodę (22) z drugą elektrodą łączącą (18). Ruchoma elektroda (22) może być sterowana przez mechanizm, przekaźnik elektromechaniczny i/lub obwód magnetyczny (46) zapewniający odpychanie, gdy natężenie prądu wzrasta do bardzo wysokich wartości. Rozdzielenie elektrod (12, 22) powoduje powstanie łuku, który ogranicza prąd płynący przez dwójnik, następnie przez przełączenie się na drugą elektrodę łączącą (18) wyłącza dwójnik z obwodu zapewniając jego ochronę.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia, za pomocą ruchomej elektrody, odprowadzające do ziemi falę prądu elektrycznego, gdy napięcie w linii przekracza założoną wartość progową.

W dokumencie DE 32 28 471 przedstawiono urzą dzenie tego typu, zrealizowane z dwóch równoległych odgałęzionych obwodów umieszczonych pomiędzy zaciskami wejściowymi podłączonymi do linii, a wyjściowymi zaciskami uziemienia. Jedno z odgałęzień zawiera iskrochron, zaś drugie - warystor. Wiadomo, że czas reakcji iskrochronu jest dłuższy niż czas reakcji warystora. W sytuacji, gdy pomiędzy zaciskami pojawia się niewielki skok napięcia, typowy przy błyskawicy uderzającej w dużej odległości od urządzenia, warystor włącza się w przeciągu kilku nanosekund i przepływ prądu odbywa się bez włączenia iskrochronu, jako że napięcie nie osiąga wartości napięcia zapłonu iskrochronu. W sytuacji, gdy pomiędzy zaciskami pojawia się duży skok napięcia, typowy przy błyskawicy uderzającej w bezpośrednim sąsiedztwie urządzenia, warystor włącza się pierwszy, ale napięcie na zaciskach jest wystarczające do włączenia iskrochronu, wskutek czego prąd płynący przez warystor ulega redukcji. Odgałęziony obwód zawierający warystor pozostaje jednak włączony, gdy iskrochron zaczyna działać. Wskutek tego warystor nie jest skutecznie chroniony w przypadku długiej fali prądu następczego. Istnieje zatem ryzyko uszkodzenia warystora. Uszkodzenie warystora prowadzi do stałego upływu prądu. Ponadto napięcie prawdopodobnie nie osiągnie już wartości napięcia zapłonu iskrochronu. Dlatego też proponuje się wprowadzenie środków umożliwiających monitorowanie stanu warystora w gałęzi zawierającej warystor, które to środki zrealizują odłączenie gałęzi zawierającej warystor, gdy właściwości warystora ulegną pogorszeniu. W takiej sytuacji urządzenie kontynuuje pracę w niepeł nowartoś ciowym trybie, w którym zabezpieczenie opiera się wyłącznie na iskrochronie.

Co więcej, prawidłowe działanie urządzenia zależy od rozsądnego doboru komponentów, gwarantujących precyzyjne nakładanie się zakresów działania warystora i iskrochronu. W rzeczywistości jest nieodzowne, by warystor był w stanie wytrzymywać napięcia większe niż napięcie zapłonu iskrochronu, ale również żeby napięcie na nim szybko osiągało wartość napięcia zapłonu iskrochronu. To wymaganie narzuca konieczność zastosowania komponentów o niewielkim rozrzucie charakterystyk prądowo-napięciowych, które to charakterystyki muszą być, zatem, względnie stałe w czasie, co wiąże się z wysokimi kosztami.

Aby rozwiązać wspomniany problem, w dokumencie DE 38 12 058 zaproponowano dołączenie szeregowej impedancji w gałęzi obwodu zawierającej warystor. Charakterystyki impedancji są tak dobierane, aby sposób przechodzenia pomiędzy trybem pracy przy wyłączonym iskrochronie, a trybem pracy przy włączonym iskrochronie, był względnie niewrażliwy na zmiany charakterystyk warystora i iskrochronu. Jednakże taki manewr nie rozwiązuje problemu przedwczesnego zużywania się warystora.

W dokumencie FR 1,052,741 został przedstawiony ochronnik przepięciowy z przenoszeniem łuku, zawierający dwie metalowe elektrody umieszczone w odległości od siebie oraz pośrednią elektrodę wykonaną z półprzewodnikowego rezystora połączonego szeregowo z jedną z metalowych elektrod i wysuniętego w stronę drugiej, metalowej elektrody. W przypadku udaru napięcia, łuk wyładowania najpierw zapala się na końcu rezystywnej elektrody, a następnie przemieszcza się by zapalić się pomiędzy dwiema metalowymi elektrodami. Rezystywna elektroda takiego ochronnika przepięciowego jest włączona szeregowo dla wyładowań o niewielkiej amplitudzie i czasie trwania, zwarta natomiast dla wyładowań o dużej amplitudzie i długim czasie trwania. W ten sposób uzyskuje się pewne zabezpieczenie rezystywnej elektrody. Tak przynajmniej stwierdzono w dokumencie. W rzeczywistości, w pewnych warunkach pracy łuk może ulegać skręcaniu lub mieć charakter oscylacji pomiędzy rezystywną elektrodą i elektrodą mocy, z którą jest ona połączona. Dodatkowo okazuje się, że trudno jest dokładnie określić napięcie zapłonu urządzenia, które zależy od stanu powierzchni rezystywnej elektrody oraz metalowej przeciwległej elektrody, od właściwości rezystywnej elektrody oraz od wszystkich parametrów charakterystyk napięcia przebicia gazu, w którym elektrody się znajdują, to jest po pierwsze przybliżonej odległości między rezystywną elektrodą a przeciwległą elektrodą, ciśnienia gazu, ale również kształtu elektrod oraz właściwości ośrodka gazowego, przenikalności, wilgotności temperatury, czy ciśnienia.

Urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia, zawierające pierwszą elektrodę łączącą połączoną elektrycznie z pierwszą podkładką łączącą, drugą elektrodę łączącą połączoną elektrycznie z drugą podkładką łączącą, trzecią, ruchomą elektrodę, przełączającą łuk i połączoną elektrycznie

PL 205 175 B1 z drugą podkładką łączącą, przenoś nik łuku otwierający się na pierwszą i drugą elektrody łączące, zespół do poruszania ruchomej elektrody względem pierwszej elektrody łączącej z pozycji pracy do pozycji przełączania, z odsunięciem od pierwszej elektrody łączącej i zbliżeniem do drugiej elektrody łączącej, tak że łuk elektryczny pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą a ruchomą elektrodą zostaje przełączony pomiędzy pierwszą elektrodę łączącą i drugą elektrodę łączącą podczas przesuwu ruchomej elektrody z pozycji pracy do pozycji przełączania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera nieliniowy dwójnik elektryczny, który w pozycji pracy jest dołączony do przełączającej łuk ruchomej elektrody swym jednym zaciskiem oraz do pierwszej podkładki łączącej lub drugiej podkładki łączącej swym drugim zaciskiem, przy czym w pozycji przełączania ruchomej elektrody, z łukiem elektrycznym występującym pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą a drugą elektrodą łączącą, dwójnik elektryczny jest odłączony od układu. Ponadto, dwójnik elektryczny ma rezystancję zmieniającą się nieliniowo z napięciem przyłożonym do dwójnika, która to rezystancja jest wysoka, gdy napięcie jest niższe od napięcia zapłonu i maleje, gdy napięcie wzrasta powyżej napięcia zapłonu.

Korzystnym jest, że dwójnik elektryczny jest włączony szeregowo pomiędzy przełączającą, ruchomą elektrodę a drugą podkładkę łączącą.

Korzystnym jest, że ruchoma elektroda w pozycji pracy pozostaje w styczności z pierwszą elektrodą łączącą.

Korzystnym jest, że dwójnik elektryczny jest włączony szeregowo pomiędzy pierwszą elektrodę łączącą, a nieruchomą, czwartą elektrodę umieszczoną w odległości od pierwszej elektrody łączącej tak, że ruchoma elektroda w pozycji pracy jest połączona elektrycznie z nieruchomą, czwartą elektrodą.

Korzystnym jest, że zespół do poruszania zawiera zespół odpychania na drodze indukcji elektromagnetycznej, dla indukowania sił elektromagnetycznych na ruchomej elektrodzie przez którą płynie prąd, dla doprowadzenia ruchomej elektrody do pozycji przełączania.

Korzystnym jest, że zespół odpychania przez indukcję elektromagnetyczną zawiera prowadzący obwód magnetyczny dla kierowania strumienia magnetycznego generowanego przez prąd elektryczny płynący między pierwszą podkładką łączącą, a pierwszą elektrodą łączącą do ruchomej elektrody w pozycji pracy.

Korzystnym jest, że zespół do poruszania zawiera przekaźnik elektromechaniczny wrażliwy na prąd płynący w pierwszej elektrodzie łączącej lub ruchomej elektrodzie.

Korzystnym jest, że zespół do poruszania zawiera mechanizm wyposażony w ruchomy element sterowania pomiędzy pozycją pracy a pozycją rozłączenia oraz ogniwo kinematyczne pomiędzy elementem sterowania a ruchomą elektrodą dla prowadzenia ruchomej elektrody do pozycji rozłączenia podczas przesuwu elementów sterowania z pozycji pracy do pozycji rozłączenia.

Korzystnym jest, że zespół do poruszania zawiera sprężyste elementy powrotne dla przesuwania ruchomej elektrody z powrotem do pozycji pracy.

Korzystnym jest, że zespół do poruszania zawiera sprężynę magazynującą energię, oddającą tę energię przy prowadzeniu ruchomej elektrody do pozycji pracy.

Korzystnym jest, że nieliniowy dwójnik elektryczny zawiera warystor.

Zgodnie z wynalazkiem, opracowano urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia, które nie ma wspomnianych wad znanych dotychczas urządzeń, zawierające nieliniowy dwójnik elektryczny, w szczególności warystor, dobrany tak, by szybko reagował na skoki napięcia pojawiające się na zaciskach urządzenia, oraz elementy odprowadzające bardzo duże prądy wprost do ziemi, bez przepływu przez dwójnik.

Nieliniowy dwójnik elektryczny podłączony jest w taki sposób, że gdy ruchoma elektroda znajduje się w pozycji pracy, dwójnik elektryczny jest podłączony do elektrody przełączającej łuk z jednej strony oraz do pierwszej lub drugiej podkładki łączącej z drugiej strony. Ponadto, gdy ruchoma elektroda znajduje się w pozycji przełączania i łuk elektryczny jest rozciągnięty pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą, a drugą elektrodą łączącą, dwójnik elektryczny jest odłączony od obwodu, przy czym rezystancja dwójnika elektrycznego zmienia się nieliniowo z napięciem przyłożonym do dwójnika i jest wysoka dla napięć niższych od napięcia zapłonu i maleje, gdy napięcie wzrasta powyżej napięcia zapłonu.

Przesuwanie elektrody przełączającej do pozycji przełączania najpierw powoduje powstanie łuku pomiędzy ruchomą elektrodą oraz pierwszą elektrodą łączącą, czego natychmiastowym skutkiem jest zmniejszenie przepływu prądu w dwójniku elektrycznym. Kiedy elektroda przełączania osiąga

PL 205 175 B1 pozycję przełączania, łuk elektryczny przełącza się między elektrody łączące, odłączając w ten sposób dwójnik elektryczny od obwodu. W ten sposób osiąga się podwójną ochronę dwójnika.

Gdy dwójnik elektryczny jest włączony szeregowo pomiędzy elektrodę przełączającą a drugą podkładkę łączącą, uzyskuje się wówczas urządzenie szczególnie proste. W szczególności można zapewnić połączenie pomiędzy elektrodą ruchomą w pozycji pracy a pierwszą elektrodą łączącą.

W innym wariancie wykonania wynalazku, dwójnik elektryczny jest włączony szeregowo pomię dzy pierwszą elektrodę łączącą a nieruchomą czwartą elektrodę, umieszczoną w pewnej odległości od pierwszej elektrody łączącej w taki sposób, żeby elektroda ruchoma w pozycji pracy była połączona elektrycznie z nieruchomą czwartą elektrodą.

Korzystne jest, gdy urządzenie dodatkowo zawiera zespół przerzucania przez indukcję elektromagnetyczną, dla indukowania sił elektromagnetycznych przyłożonych do łuku utworzonego pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą a ruchomą elektrodą, dążących do przerzucenia łuku na przenośnik łuku, lub dążących do wymuszenia przełączenia łuku na drugą elektrodę łączącą. Zespół przerzucania przez indukcję elektromagnetyczną ma za zadanie powodowanie wydłużenia łuku, wspomaganie ograniczania prądu następczego i/lub wspomaganie przełączania łuku pomiędzy elektrodami łączącymi. Siły działające na łuk oczywiście rosną ze wzrostem natężenia prądu łuku, co jest korzystne dla skutecznego zmniejszania przepływu prądu.

Ruch elektrody przełączającej nie musi koniecznie mieć dużej amplitudy i może zostać zrealizowany przy użyciu dowolnych nadających się środków. Korzystne jest, gdy zespół do poruszania zawiera zespół do odpychania za pomocą indukcji elektromagnetycznej, dla indukowania sił elektromagnetycznych przyłożonych do ruchomej elektrody, przez którą płynie prąd, kierujących ruchomą elektrodę w stronę pozycji przełączania. Zespół do odpychania za pomocą indukcji elektromagnetycznej ma tę przewagę nad czysto mechanicznymi środkami napędzającymi, że jest bardzo szybki. W praktyce zespół do odpychania za pomocą indukcji elektromagnetycznej oraz zespół przerzucania będą tożsame, na przykład będą miały kształt pętli przy pierwszej elektrodzie łączącej.

W szczególnie korzystnym wariancie wykonania wynalazku, zespół do odpychania za pomocą indukcji elektromagnetycznej zawiera magnetyczny obwód sterujący, do kierowania strumienia magnetycznego, generowanego przez prąd elektryczny płynący pomiędzy pierwszą podkładką łączącą i pierwszą elektrodą łączącą do elektrody ruchomej w pozycji pracy, w taki sposób, ż e gdy prą d elektryczny płynie od pierwszej podkładki łączącej do elektrody ruchomej, indukują się siły elektromagnetyczne przyłożone do ruchomej elektrody kierujące ruchomą elektrodę do pozycji przełączania. Również w takim przypadku magnetyczny obwód sterujący może pełnić obie funkcje, zespołu przenoszącego łuk oraz napędzającego ruchomą elektrodę.

Zespół do poruszania może, w szczególności, obejmować dowolną kombinację, lub pojedyncze elementy: przekaźnik elektromechaniczny wrażliwy na prąd płynący w pierwszej elektrodzie łączącej lub elektrodzie ruchomej, mechanizm wyposażony w ruchome środki dla sterowania pomiędzy pozycją pracy a pozycją rozłączenia oraz umieszczone pomiędzy zespołem sterowania a ruchomą elektrodą , ogniwo kinematyczne dla prowadzenia ruchomej elektrody do pozycji odłączenia, gdy zespół sterowania przesuwa się z pozycji pracy do pozycji rozłączenia, giętkie elementy powrotne, dla odprowadzania ruchomej elektrody z powrotem do pozycji pracy, sprężynę magazynując ą energię, uwalniającą ją przy prowadzeniu ruchomej elektrody od pozycji pracy do pozycji przełączania.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiają urządzenie zabezpieczające wedł ug pierwszego wariantu wykonania wynalazku, odpowiednio w pozycji pracy i pozycji przełączania, fig. 3 i fig.4 - urządzenie zabezpieczające według drugiego wariantu wykonania wynalazku, odpowiednio w pozycji pracy i pozycji przełączania, fig. 5 urządzenie zabezpieczające według trzeciego wariantu wykonania wynalazku, w pozycji pracy, a fig. 6, 7, 8 oraz 9 przedstawiają urządzenie zabezpieczające według czwartego wariantu wykonania wynalazku, odpowiednio w pozycji pracy, pozycji rozłączenia, w pierwszej pozycji przełączania i drugiej pozycji przełączania.

Na fig. 1 i fig. 2 przedstawiono urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia w pierwszym przykł adzie wykonania. Wewną trz prasowanej obudowy 10 wykonanej z syntetycznego materiału izolującego znajduje się pierwsza elektroda łącząca 12, wyposażona w nieruchomy styk 14 i połączona z pierwszą podkładką łączącą 16, druga elektroda łącząca 18 połączona z drugą podkładką łączą c ą 20, przełączają ca ł uk ruchoma elektroda 22, wyposaż ona w ruchomy

PL 205 175 B1 styk 24, obracający się wokół nieruchomej osi 26 od pozycji pracy pokazanej na fig. 1, zapewniającej połączenie z dwoma stykami 14, 24, do pozycji przełączania przedstawionej na fig. 2, w której to pozycji ruchoma elektroda 22 znajduje się blisko drugiej elektrody łączącej 18. Dwie elektrody łączące 12, 18 są umieszczone w odległości od siebie i od granicy wlotu przenośnika łuku 30 wyposażonego w żebra dejonizujące 32.

Druga podkładka łącząca 20 jest również połączona z ruchomą elektrodą 22 przez gałąź obwodu 34, zawierającą zapłonowy, nieliniowy dwójnik elektryczny 36 zrealizowany z połączonych szeregowo warystora 40 oraz iskrochronu 38. Ten dwójnik elektryczny 36 charakteryzuje się napięciem zapłonu, poniżej którego prąd płynący przez dwójnik jest zerowy (nieskończona rezystancja), zaś powyżej dwójnik jest włączony i ma niewielką rezystancję. Obecność iskrochronu 38 gwarantuje brak prądu upływowego w razie zużycia warystora 40. Co do warystora 40, to zapewnia on dwójnikowi elektrycznemu 36 odpowiedni przebieg charakterystyki napięciowo-prądowej, tak że rezystancja maleje ze wzrostem napięcia.

Cewka indukcyjna 42 (krzyżowa lub nawijana) jest włączona szeregowo pomiędzy pierwszą podkładkę łączącą 16 a pierwszą elektrodę łączącą 12. Ta cewka indukcyjna 42 jest nawinięta wokół rdzenia 44 tworząc prowadzący obwód magnetyczny 46 w kształcie litery U, którego boczne gałęzie otaczają ruchomą elektrodę 22, zapewniając sprzężenie elektromagnetyczne. Sprężyna powrotna 48 o niewielkiej sztywnoś ci odchyla ruchomą elektrodę 22 zgodnie z kierunkiem obrotu wskazówek zegara, na fig. 1 w kierunku pierwszej nieruchomej elektrody łączącej 12.

Dla większej przejrzystości, pierwsza podkładka łącząca 16 została przedstawiona jako połączona z linią elektryczną 50, zaś druga podkładka łącząca 20 jako połączona z uziemieniem 52, jednakże można sobie również wyobrazić ustawienie odwrotne, jak również inne bardziej złożone układy znane specjalistom z dziedziny urządzeń zabezpieczających przed skokami napięcia.

Obecnie przedstawiony zostanie sposób działania urządzenia. W przypadku braku skoku napięcia na linii, różnica potencjałów pomiędzy dwiema podkładkami łączącymi 16, 20 jest niższa niż napięcie zapłonu określane przez dwójnik elektryczny 36. Urządzenie nie jest włączone.

W momencie, gdy pojawia się skok napięcia przekraczający napięcie zapłonu, dwójnik elektryczny 36 włącza się i prąd zaczyna płynąć od linii elektrycznej 50 do uziemienia 52, przepływając przez pierwszą podkładkę łączącą 16, cewkę indukcyjną 42, nieruchomy styk 14, ruchomy styk 24, ruchomą elektrodę 22 zapłonowy dwójnik elektryczny 36 oraz drugą podkładkę łączącą 20. Kolejne etapy sekwencji zabezpieczającej zależą od natężenia prądu płynącego przez styki.

Jeżeli natężenie prądu nie jest zbyt duże, to indukowane pole elektromagnetyczne nie wystarcza do wyrównania nacisku styku określonego przez sprężynę powrotną 48 i spowodowania podniesienia ruchomego styku 24. Gdy tylko fala prądu minie, różnica potencjałów na zaciskach dwójnika elektrycznego 36 spada poniżej napięcia zapłonu i dwójnik elektryczny 36 wyłącza się. Płynący prąd następczy jest w ten sposób przerywany przez dwójnik elektryczny 36.

Jeżeli natężenie prądu jest większe, to pole elektromagnetyczne indukowane przez prąd płynący przez cewkę indukcyjną 42 jest wystarczające do wyrównania nacisku określanego przez sprężynę powrotną 48 i przerzucenie ruchomej elektrody 22 do pozycji przełączania pokazanej na fig. 2. Łuk elektryczny (linia przerywana na fig. 2) tworzy się między stykami 14, 24, gdy tylko się rozdzielą i stopa łuku bardzo szybko przenosi się na pierwszą elektrodę łączącą 12. Natężenie prądu może nie być dość duże, by przerzucić łuk na przenośnik, ale w takim przypadku odpychanie elektromagnetyczne przynajmniej powstrzyma ruchomą elektrodę przed ponownym opadnięciem. Przepływ prądu ulega wówczas przerwaniu przez dwójnik elektryczny 36 połączony szeregowo z łukiem rozciągniętym pomiędzy stykami. Jeżeli prąd jest bardzo duży, wówczas pole magnetyczne indukowane przez efekt pętli wynikający z kształtu pierwszej elektrody, oraz obwód magnetyczny skupiający pole indukowane przez cewkę indukcyjną 42 w pobliżu ruchomej elektrody 22, szybko staje się bardzo silne i łuk zostaje popchnięty w kierunku przenośnika łuku 30. Ruchoma elektroda 22, przesuwając się ze swojej pozycji rozłączenia, przesuwa się w stronę drugiej elektrody łączącej 18 i w ten sposób umożliwia przełączenie łuku na tę drugą elektrodę łączącą 18. W tym momencie prąd, który miał popłynąć przez gałąź obwodu 34 zawierającą dwójnik elektryczny 36, również przełącza się na gałąź utworzoną przez pierwszą elektrodę łączącą 12, łuk elektryczny oraz drugą elektrodę łączącą 18 i drugą podkładkę łączącą 20. Przełączenie odcina dwójnik elektryczny 36 od obwodu i umożliwia jego ochronę.

Kiedy urządzenie jest poddane działaniu nawet większych fal prądu, typu bezpośrednich prądów pochodzących bezpośrednio od błyskawicy, i następującego potem prądu następczego, pierwszy

PL 205 175 B1 łuk tworzy się niemal natychmiast między stykami 14, 24 i jest gwałtownie przerzucany wskutek efektu elektromagnetycznego pętli na tył przenośnika łuku 30, zanim nawet ruchoma elektroda 22 osiągnie położenie rozłączenia, blisko drugiej elektrody. W drugiej fazie, pojawia się prąd następczy, odpowiadający drugiemu łukowi, którego zachowanie jest porównywalne z opisanym w powyższych akapitach. Ten drugi łuk zanika w warunkach opisanych w poprzednim akapicie.

We wszystkich przypadkach, w których prąd jest wystarczająco wysoki do uniesienia ruchomej elektrody 22, odpychanie elektromagnetyczne zapobiega opadnięciu ruchomej elektrody 22 dopóki nie ustanie w niej przepływ prądu. Waga ruchomej elektrody 22 oraz sztywność sprężyny 48 są dobrane odpowiednio do granicy, powyżej której pożądane jest ograniczenie prądu płynącego przez dwójnik elektryczny 36, ale również tak, by zapobiec opadnięciu ruchomej elektrody na elektrodę łączącą przed zaniknięciem łuku pomiędzy elektrodami łączącymi. W praktyce ruchoma elektroda 22 ma niewielką bezwładność, zaś sprężyna powrotna 48 nie jest zbyt sztywna.

Urządzenie ochronne zgodne z drugim przykładem wykonania wynalazku zostało przedstawione na fig. 3 i 4. To urządzenie jest zrealizowane w podobny sposób jak w pierwszym przykładzie wykonania, więc odnośniki zostały dobrane tak, by oznaczały identyczne bądź podobne elementy. To urządzenie zawiera, umieszczone w obudowie 10 wykonanej z materiału izolującego, pierwszą elektrodę łączącą 12 połączoną z pierwszą podkładką łączącą 16, drugą elektrodę łączącą 18 połączoną z drugą podkładką łączącą 20, ruchomą elektrodę 22 obracająca się wokół nieruchomej osi 26 oraz nieruchomy przewodzący kołek 60 z powierzchnią czołową 62 stanowiącą nieruchomą elektrodę (fig. 4), skierowaną w stronę pierwszej elektrody łączącej 12 oraz z przeciwległą powierzchnią 64 stanowiącą styk, na którym opiera się ruchoma elektroda. Elektrody są ustawione tak, że zwrócone są w stronę przenośnika łuku 30 wyposażonego w żebra dejonizujące 32. Dwie elektrody łączące 12, 18 są zwrócone do siebie przy wlocie przenośnika łuku 30.

Pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą 12 a nieruchomym przewodzącym kołkiem 60 umieszczona jest elektroda zapłonowa 66, sterowana przez obwód zapłonowy 68, wykrywający różnicę potencjałów pomiędzy pierwszą podkładką łączącą 16, a kołkiem 60. Przekaźnik elektromechaniczny 70 jest umieszczony na przeciwko ramienia obrotowego. Przekaźnik elektromechaniczny 70 zawiera cewkę 72, włączoną szeregowo pomiędzy pierwszą podkładką łączącą 16, a nieruchomą elektrodą łączącą 12, jarzmo 74 tworzące obwód magnetyczny, ruchomy twornik 76 przedłużony iglicą 78 oraz sprężyną powrotną 80 przesuwającą ruchomy twornik 76 z powrotem do pozycji spoczynkowej, jak pokazano na fig.3 i 4.

Ruchoma elektroda 22 jest połączona elektrycznie z drugą podkładką łączącą 20 oraz z drugą elektrodą łączącą 18 za pośrednictwem gałęzi obwodu 34, zawierającej dwójnik elektryczny 36 zrealizowany z warystora 40.

W trakcie pracy, jedna z podkładek łączących jest podłączona do linii elektrycznej 50, zaś druga do uziemienia 52. W trakcie pracy, urządzenie nie jest włączone, ponieważ pierwsza elektroda łącząca 12 jest umieszczona w pewnej odległości od nieruchomej elektrody 62, którą stanowi powierzchnia czołowa kołka 60. Jeżeli różnica potencjałów pomiędzy elektrodą ruchomą, a podkładką łączącą przekracza wartość progową, ustaloną przez obwód zapłonowy 68 a także napięcie zapłonu warystora 40, napięcie na elektrodzie zapłonowej 66, jest zwiększane przez obwód zapłonowy 68, do takiego poziomu, że wyzwalany jest łuk pomiędzy elektrodą zapłonową 66 a jedną z elektrod łączących 12, 62. Ten łuk natychmiast ustala się pomiędzy elektrodą łączącą 12, a nieruchomym przewodzącym kołkiem 60 i prąd elektryczny znajduje ścieżkę pomiędzy podkładkami łączącymi 16, 20, płynąc przez elektrodę łączącą 12, łuk, kołek 60, ruchomą elektrodę 22 w pozycji spoczynkowej oraz przez warystor 40, który został włączony. Dzięki przypominającemu pętlę kształtowi pierwszej elektrody łączącej 12 na łuku indukują się siły elektromagnetyczne pchające go w kierunku przenośnika łuku 30. Tam łuk przełącza się bezpośrednio na drugą elektrodę łączącą i wnika w przenośnik łuku, gdzie zanika, gdy kończy się fala prądu. Zaniknięcie łuku otwiera obwód i linia jest odizolowana od uziemienia. Całkowity czas trwania łuku, kilka dziesiątych mikrosekundy, jest wystarczająco krótki, żeby przekaźnik nie zadziałał z powodu własnej bezwładności.

Jednakże, w pewnych okolicznościach łuk może utrzymywać się pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą 12 a nieruchomym przewodzącym kołkiem 60, albo z powodu prądu następczego albo z powodu spadku jakości elektrod wskutek upływu czasu. W takim przypadku, przekaźnik elektromechaniczny 70 jest zasilany przez czas wystarczająco długi do poruszenia ruchomego twornika 76, którego końcowa iglica 78 uderza elektrodę 22 i przerzuca ją do jej pozycji przełączania, jak pokazano na fig. 4. Łuk następnie przełącza się pomiędzy pierwszą elektrodę łączącą

PL 205 175 B1 a ruchomą elektrodę 22, a następnie pomiędzy dwie elektrody łączące 12, 18 i jest wydłużany aż osiągnie przenośnik łuku 30. Od momentu, gdy łuk został przełączony pomiędzy dwie elektrody łączące 12, 18 gałąź obwodu zawierająca warystor 40 jest wyłączana z obwodu, co zapewnia ochronę warystora 40. Łuk wówczas może bez przeszkód wniknąć zupełnie do przenośnika łuku 30, gdzie natrafia na żebra dejonizujące 32, które studzą łuk i powodują jego zaniknięcie. Można również zapewnić zatrzask zapobiegający opadaniu ruchomej elektrody 22. Mechanizm ponownego ustawiania zapewnia się w celu umożliwienia ruchomej elektrodzie 22 i/lub przekaźnikowi elektromechanicznemu 70 powrót do pozycji roboczej.

Na fig. 5 przedstawiono urządzenie w trzecim przykładzie wykonania wynalazku, które od urządzenia według drugiego przykładu wykonania wynalazku różni się tylko szczególnym sposobem podłączenia dwójnika elektrycznego 36, pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą 12 i nieruchomym przewodzącym kołkiem 60. W tym przypadku, warystor 40 dwójnika elektrycznego 36 jest włączony równolegle z iskrochronem, który powstał z pierwszej elektrody łączącej 12, nieruchomego przewodzącego kołka 60 oraz elektrody zapłonowej 66 tak, że napięcie zapłonu jest sterowane wyłącznie przez dwójnik elektryczny 36, podczas gdy w drugim przykładzie wykonania napięcie było określone przez połączenie szeregowe dwójnika elektrycznego 36 z iskrochronem. Również w tym wariancie wykonania dwójnik elektryczny 36 jest wyłączany z obwodu, kiedy łuk elektryczny przełącza się pomiędzy elektrody łączące 12, 18.

Urządzenie zabezpieczające według czwartego przykładu wykonania wynalazku zostało przedstawione na fig. 6 do 9. To urządzenie ma podobną budowę do urządzenia według pierwszego przykładu wykonania. Jak urządzenie według pierwszego przykładu wykonania, zawiera ono pierwszą elektrodę łączącą 12 wyposażoną w nieruchomy styk 14 i połączoną z pierwszą podkładką łączącą 16, drugą elektrodę łączącą 18 połączoną z drugą podkładką łączącą 20 oraz ruchomą elektrodę 22. Pierwsza elektroda łącząca 12 ma kształt litery U, aby sprzyjać efektowi odpychania elektromagnetycznego ruchomej elektrody 22. Dla uproszczenia pierwsza podkładka łącząca 16 została podłączona do linii elektrycznej 50, a druga podkładka łącząca 20 jest podłączona do uziemienia 52. Ruchoma elektroda 22 jest wyposażona w ruchomy styk (24), działający w pozycji pracy pokazanej na fig. 6, w połączeniu z nieruchomym stykiem 14. Dwie elektrody łączące 12, 18 są umieszczone w pewnej odległości od siebie oraz od brzegu wlotu przenośnika łuku 30 wyposażonego w żebra dejonizujące 32. Druga podkładka łącząca 20 jest również połączona z ruchomą elektrodą 22 za pośrednictwem gałęzi obwodu 34, w której znajduje się szeregowe połączenie dwójnika elektrycznego 36 zawierającego warystor 40 oraz iskrochron 38.

Urządzenie według czwartego przykładu wykonania wynalazku różni się od poprzednich wariantów wykonania zasadniczo tym, że jest wyposażone w mechanizm otwierający 90 typu często wykorzystywanego w urządzeniach przerywających obwód. Taki mechanizm zawiera górny pręt 92 i dolny prę t 94, tworzą ce połączenie kolanowo dź wigniowe 96 łączą ce zaczep 98 ze wspornikiem elektrody 100, podtrzymującym elektrodę ruchomą 22 przez nacisk sprężyny powrotnej 102. Zaczep 98 obraca się wokół nieruchomej osi 104 i jest zatrzymywany przez zatrzask 106 w pozycji zatrzymania. Uchwyt stanowiący ruchomy element sterowania 108 obracający się wokół nieruchomej osi geometrycznej 110 jest połączony z obrotowym sworzniem 112 kolana dźwigniowego 96 za pośrednictwem sprężyny magazynującej energię 114. Przekaźnik elektromechaniczny 116 steruje położeniem zatrzasku 106 zgodnie z parametrami elektrycznymi, takimi jak natężenie prądu płynącego przez dwójnik elektryczny 36 w funkcji czasu. W pozycji zamkniętej mechanizmu, pokazanej na fig. 6, zaczep 98 znajduje się w pozycji zatrzaśnięcia, zaś ruchoma elektroda 22 znajduje się w pozycji pracy, w stycznoś ci z pierwszą elektrodą łączą c ą 12. Moż na wówczas otworzyć przyrzą d wykonują c wahadłowy ruch elementem sterowania 108 w prawo, na rysunku, co powoduje przesunięcie wspornika elektrody 100 wskutek zgięcia kolana dźwigniowego 96. W pozycji otwarcia mechanizmu (fig. 7), ruchoma elektroda 22 znajduje się blisko drugiej elektrody łączącej 18. Odwrotnie, mechanizm można ponownie zamknąć wykonując wahadłowy ruch elementem sterowania 108, co powoduje prostowanie kolana dźwigniowego 96 i przesuwa wspornik elektrody 100 i ruchomą elektrodę 22 do pozycji pracy. Również bardzo szybko wyprowadza się wspornik elektrody 100 z pozycji zamknięcia, bez użycia elementu sterowania 108, wyzwalając zatrzask 106, który zwalnia zaczep 98. Szczątkowy ładunek energii w sprężynie magazynującej 114 w pozycji zamkniętej jest wówczas wystarczający do przesunięcia wspornika elektrody 100 i ruchomej elektrody 22 do pozycji przełączania pokazanej na fig. 9, w pobliż u drugiej elektrody łączą cej 18, mechanizm jest wówczas w pozycji włączenia.

PL 205 175 B1

Działanie urządzenia według czwartego przykładu wykonania wynalazku jest zbliżone do tego według pierwszego wariantu wykonania. W przypadku wystąpienia dużej różnicy potencjałów pomiędzy dwiema elektrodami łączącymi 12, 18 przekraczającej napięcie zapłonu dwójnika elektrycznego 36, dwójnik ten włącza się umożliwiając prądowi przepływ do uziemienia 52. Jeżeli natężenie prądu jest duże, siły odpychania elektromagnetycznego indukujące się na elektrodzie ruchomej 22 wystarczają, żeby unieść elektrodę ruchomą 22 przez ściskanie sprężyny naciskającej 102, przy czym wspornik elektrody 100 pozostaje nieruchomy, jak pokazano na fig. 8. Gdy tylko następuje rozłączenie styków, powstaje łuk elektryczny mający ograniczać przepływ prądu przez dwójnik elektryczny 36. Przypominający literę U kształt pierwszej elektrody łączącej 12 ma również sprzyjać wydłużaniu łuku w kierunku przenośnika łuku 30. Mimo, że mechanizm pozostaje nieruchomy, nieznaczne zbliżenie się ruchomej elektrody 22 i drugiej elektrody łączącej 18, w połączeniu z silnym polem magnetycznym przy wlocie przenośnika łuku 30 wystarcza, aby wydłużyć łuk zakrzywiając go w stronę przenośnika łuku 30, a następnie do przełączenia go na drugą elektrodę łączącą 18. Dlatego można uważać pozycję odpychania elektrody ruchomej 22 za pozycję przełączania.

Jeżeli jednak natężenie prądu pozostaje wysokie przez wystarczająco długi czas, przekaźnik elektromechaniczny 116 wyzwala zatrzask 106, który zwalnia zaczep 98. Mechanizm zostaje przesunięty do pozycji włączenia pokazanej na fig. 9, wywołując obrót wspornika elektrody 100 i ruchomej elektrody 22, co przesuwa ruchomą elektrodę 22 w stronę drugiej elektrody łączą cej 18. Następuje wówczas przełączanie łuku na drugą elektrodę łączącą 18 i dwójnik elektryczny 36 zostaje odłączony od obwodu. Łuk jest wydłużany, a następnie zanika w przenośniku łuku 30. Pozycja włączenia mechanizmu odpowiada zatem drugiej pozycji przełączania ruchomej elektrody 22.

Mechanizm ma dodatkowe zalety. Po pierwsze, umożliwia wykonanie rozłączenia między linią, a uziemieniem przez przerzucenie uchwytu 108 do pozycji otwarcia (fig. 7). Ponadto, może zostać zapewnione zatrzaskiwanie elementu sterowania 108 w pozycji otwarcia, dla zapewnienia operacji włączania i wyłączania linii z urządzenia.

Co więcej, można wyzwolić mechanizm, gdy prąd upływu zostanie wykryty w gałęzi obwodu 34, zawierającej warystor 40. Uzyskuje się w ten sposób wyłączenie dwójnika elektrycznego 36 oraz odpowiednio widoczne wskazanie, przez charakterystyczne położenie elementu sterowania 108.

Oczywiście możliwe są różne modyfikacje. Nieliniowy dwójnik elektryczny 36 może zawierać jedynie warystor, lub szeregowe połączenie warystora z iskrochronem lub pewną impedancją, lub element dający zbliżony efekt. We wszystkich przypadkach zapłonowy dwójnik elektryczny ma charakterystykę napięciowo-prądową umożliwiającą określenie napięcia zapłonu, poniżej którego prąd płynący przez dwójnik elektryczny jest zerowy lub bardzo niski (bardzo wysoka rezystancja), a powyżej którego dwójnik elektryczny jest włączony i ma niższą rezystancję. Kiedy dwójnik elektryczny jest włączony i prąd wzrasta, napięcie na zaciskach tego dwójnika musi jednakż e być wię ksze, lub wzrosnąć powyżej napięcia łuku rozciągniętego między elektrodami łączącymi.

Mechanizm w czwartym wariancie wykonania wynalazku stanowi tylko jedną spośród wielu możliwości i można wybrać dowolny mechanizm powszechnie używany w urządzeniach przerywających obwód, wykonujący funkcję samoczynnego wyzwalania.

Elektroda ruchoma w pozycji przełączania może dotykać drugiej elektrody łączącej. Druga elektroda łącząca może również mieć kształt litery U w płaszczyźnie geometrycznie prostopadłej do płaszczyzny ruchu ruchomej elektrody, przy czym ruchoma elektroda przesuwa się z pozycji pracy znajdującej się z jednej strony płaszczyzny geometrycznej do pozycji przełączania znajdującej się po drugiej stronie płaszczyzny geometrycznej, oraz przechodzi przez płaszczyznę geometryczną pomiędzy dwiema gałęziami litery U stworzonej przez drugą elektrodę łączącą dla zapewnienia przełączania łuku.

Na figurach rysunku pozycja przełączania ruchomej elektrody jest przedstawiona w sposób schematyczny, względnie daleko od pozycji pracy. Jednakże w praktyce, można uzyskać przełączanie łuku za pomocą ruchu o niewielkiej amplitudzie.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie zabezpieczające przed skokami napięcia, zawierające pierwszą elektrodę łączącą połączoną elektrycznie z pierwszą podkładką łączącą, drugą elektrodę łączącą połączoną elekPL 205 175 B1 trycznie z drugą podkładką łączącą, trzecią, ruchomą elektrodę, przełączającą łuk i połączoną elektrycznie z drugą podkładką łączącą, przenośnik łuku otwierający się na pierwszą i drugą elektrody łączące, zespół do poruszania ruchomej elektrody względem pierwszej elektrody łączącej z pozycji pracy do pozycji przełączania, z odsunięciem od pierwszej elektrody łączącej i zbliżeniem do drugiej elektrody łączącej, tak że łuk elektryczny pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą a ruchomą elektrodą zostaje przełączony pomiędzy pierwszą elektrodę łączącą i drugą elektrodę łączącą podczas przesuwu ruchomej elektrody z pozycji pracy do pozycji przełączania, znamienne tym, że zawiera nieliniowy dwójnik elektryczny (36), który w pozycji pracy jest dołączony do przełączającej łuk ruchomej elektrody (22) swym jednym zaciskiem oraz do pierwszej podkładki łączącej (16) lub drugiej podkładki łączącej (20) swym drugim zaciskiem, przy czym w pozycji przełączania ruchomej elektrody (22), z łukiem elektrycznym występującym pomiędzy pierwszą elektrodą łączącą (12) a drugą elektrodą łączącą (18), dwójnik elektryczny (36) jest odłączony od układu, przy czym ten dwójnik elektryczny (36) ma rezystancję zmieniającą się nieliniowo z napięciem przyłożonym do dwójnika, która to rezystancja jest wysoka, gdy napięcie jest niższe od napięcia zapłonu i maleje, gdy napięcie wzrasta powyżej napięcia zapłonu.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dwójnik elektryczny (36) jest włączony szeregowo pomiędzy przełączającą, ruchomą elektrodę (22) a drugą podkładkę łączącą (20).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, ż e ruchoma elektroda (22) w pozycji pracy pozostaje w styczności z pierwszą elektrodą łączącą (12).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dwójnik elektryczny (36) jest włączony szeregowo pomiędzy pierwszą elektrodę łączącą (12), a nieruchomą, czwartą elektrodę (62) umieszczoną w odległości od pierwszej elektrody łączącej (12) tak, że ruchoma elektroda (22) w pozycji pracy jest połączona elektrycznie z nieruchomą, czwartą elektrodą (62).
5. 5. Urzą dzenie według zastrz. 1, znamienne tym, ż e zespół do poruszania zawiera zespół odpychania na drodze indukcji elektromagnetycznej, dla indukowania sił elektromagnetycznych na ruchomej elektrodzie (22) przez którą płynie prąd, dla doprowadzenia ruchomej elektrody (22) do pozycji przełączania.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, ż e zespół odpychania przez indukcję elektromagnetyczną zawiera prowadzący obwód magnetyczny (46) dla kierowania strumienia magnetycznego generowanego przez prąd elektryczny płynący między pierwszą podkładką łączącą (16), a pierwszą elektrodą łączą c ą (12) do ruchomej elektrody (22) w pozycji pracy.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zespół do poruszania zawiera przekaźnik elektromechaniczny (70) wrażliwy na prąd płynący w pierwszej elektrodzie łączącej (12) lub ruchomej elektrodzie (22).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zespół do poruszania zawiera mechanizm (90) wyposażony w ruchomy element sterowania (108) pomiędzy pozycją pracy a pozycją rozłączenia oraz ogniwo kinematyczne pomiędzy elementem sterowania (108) a ruchomą elektrodą (22) dla prowadzenia ruchomej elektrody (22) do pozycji rozłączenia podczas przesuwu elementów sterowania z pozycji pracy do pozycji roz łączenia.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zespół do poruszania zawiera sprężyste elementy powrotne (48, 102) dla przesuwania ruchomej elektrody (22) z powrotem do pozycji pracy.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zespół do poruszania zawiera sprężynę magazynującą energię (114), oddającą tę energię przy prowadzeniu ruchomej elektrody do pozycji pracy.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 2 albo 4, znamienne tym, że nieliniowy dwójnik elektryczny (36) zawiera warystor (40).