SU1026214A1 - Защитный разр дник - Google Patents

Abstract

) 1. ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий герметичный корпус, разделенный -перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены неподвижный заэемленный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, установленный на перегородке, неподвижные контакты , расположенные в другом отсеке корпуса в диэлектрической жидкости и соели1ненные подвижным токопровод щим мостиком, св заникйй с указанным подвижным электродом стержневым элементом/ установленнБМ соосно подвижному электроду, отличаю щ и йс   тем, что, с целью повышени  стабильности срабатывани  разр дника, подвижный электрод выполнен в виде стержн , который закреплен в отверстии перегородки с помощью дополнительно введенного жестко закрепленного в перегородке подшипника, стержневой элемент снабжен опоршдм подп тником и выполнен из токопровод щего материала с нелинейным электрическим сопротивлением, токопровод щий мостик выполнен в виде гибких пластин, крестообразно закрепленных на указанном стержневом элементе в плоскос .ти, перпендикул рной к оси стержневого- элемента, неподвижные контакты расположены в плоскости, перпендикул рной к оси стержневого элемента, и выполнены каждый с двум  контактными площадками, образующими с соответствующими гибкими пластинами мостика скольз щие контакты, термопривод подвижного электрода выполиен в виде четырех посто нных магнитов, равномерно расположенных по окружности вокруг подвижного электрода (Л между указанной и дополнительно введенной перегородками корпуса, и пластины с переменным радиусом кривизны из термомагнитного материо1ла, обращенной вогнутой стороной к подвижному электроду, на котором она закреплена с помощью теплопроводного держател , причем указанна  пластина расположена напротив двух смежных ts; Ф ь посто нных магнитов термоприво да, а перегородки корпуса выполнены из изол ционного материала. 2. Разр дник по п. 1, отличающийс  тем, что между вижньал электродом и подшипником установлена дополнительно введенна  муфта из материала с низкой теплопроводностью .

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  защиты электрических цепей и эл ментов аппаратуры от воздействи  опасных перенапр жений. Известен разр дни, содержащий установленные в герметичном корпусе неподвижный электрод и подвижный электрод, жестко соединенный с токо провод щим стержнем, который образу с первым токовводом размыкающий кон такт, а с вторым - скольз щий конта и термочувствительный привод подвиж ного электрода, состо щий из изогнутых пластин, выполненных из матер ала с эффектом пам ти формы. Второй токоввод выполнен в- виде оси вращени , на которой установлен токопровод щий стержень, расположенны , перпендикул рно к оси вращени , а подвижный электрод выполнен в виде изогнутой у-об1эазной трубки,закрытой с рабочего торца и расположенной в плоскости вращени  токопровод щего стержн , соединение которого с труб выполнено в ее средней части. Пластины термочувствительного привода прикреплены одними своими концами к внутренней поверхности ра бочего торцй подвижного электрода, внутри которого по разные стороны его изгиба установлены две соединен ные в замкнутый контур катушки индуктивности , одна из которых снабжена неподвижным ферромагнитным сер дечником, а втора  - подвижным сердечником , выполненным в виде посто  ного магнита, жестко соединенного с вторыми концами пластин термочувствительного привода. На внутренней стенке корпуса закреплены вплоскости вращени  подвиж ного электрода два разноименных посто нных , один из которых расположен соосно с открытым концом подвижного электрода, а второй - меж ду концами подвижного электрода. Этот разр дник обладав повышенны сроком службы за счет исключени  механических повреждений поверхностей электродов и нежелательного  влени  искрени  благодар  перемещению подвижного электрода без соприкосновени  с неподвижным электродом во врем воздействи  длительных перенапр жений ij . Недостатком указанного разр дника  вл етс  возможность по влени  не соосности подвижного электрода с неподвижным за счет изменени  микрорельефа контактной зоны первого токоввода с токопровод щим стержнем. вследствие чего измен етс  .пробивное напр жение межэлектродного промежутк разр дц ка. Изменение ми; рорельефа контактных поверхностей обсулов ено  влением электрической эро- . зии, возникающей при разрыве цепи разр дного ;тока в момент нарушени  контакта между токовводом и стержнем. Процесс разрыва цепи тока осуществл етс  в газовой среде, что способствует повышенной интенсивности разрушени  поверхности. Кроме того, данный разр дник  вл етс  достаточно сложным в изготовлении. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  защитный разр дник, содержащий герметичный корпус, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека , в одном из которых в газовой среде соосно расположены неподвижный заземленный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом , установленный на указанной перегородке , неподвижные контакты, расположенные в другом отсеке корпуса в диэлектрической жидкости и соединенные подвижным токопровод щим мостиком , св занным с указанным подвижным электродом стержневым элементом, установленным соосно подвижному электроду . Термочувствительный привод выполнен в виде рабочей и возвратной пружин. Рабоча  пружина выполнена из материала с эффектом пам ти формы.. На перегородке закреплен сильфон, погруженный в диэлектрическую жидкость. Дно сильфона соединено с подвижным электродом с помощью изол ционного стержн , пропущенного через отверстие в перегородке. Кроме того, разр дник содержит неподвижный контакт, установленный снаружи сильфона напротив его дна, |В котором закреплен токопрсэвод щий стержень, образующий раз.мыкающий контакт с другим неподвижным контакTOM . Сильфон с токопровод щим стержнем представл ет собой токопровод щий мостик. Подвижный электрод и рабоча  пружина его привода изолированы от токопровод щей перегородки корпуса, а возвратна  пружина выполнена из материала с нелинейным электрическим сопротивлением.: Данный разр дник характеризуетс  повышенной надежностью работы в режиме воздействи  кратковременных перенапр жений, достигнутой за счет устранени  вли ни  сопровождающего то.,:а на термочувствительный привод подвижного электрода 2 . Недостатком известного разр дника  вл етс  нестабильность пробивного напр жени  в процессе эксплуатации , обусловленна  изменением величины межэлектродного промежутка разр дника. Непосто нство величины межэлектродного промежутка вызвано изменением микрорельефа поверхности контактных поверхностей мостика и неподвижных контактов за счет  влени  эрозии материгша контактных площадок,возникающей при разрыве протекающего через них разр дного тока.

Поскольку при размыкании сила, сжимающа  мостик и контакты, снижаетс  до нул , резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактировани . Площадка сильно разогреваетс  и между расход щимис  контактами образуетс  контактный перешеек из расплавленного металла, который в дальнейшем рветс . При этом в промежутке между контактами могут возникнуть различные формы электрического разр да - дуговой либо искровой в зависимости от соотношени  величин тока и напр жени .

Под действием высокой температуры дуги или искры часть металла контактного перешейка испар етс , .часть разбрызгиваетс  и выбрасываетс  из промежутка между контактами, а часть переноситс  с одного контакта на другой .

Помимо этого, износ контактов имеет место и при замыкании контактов и вызван их дребезгом в резуль-. тате упругой деформации материала обоих контактов.

По вление вследствие эрозии в контактной зоне хот  бы одного выступа влечет за собой уменьшение величины разр дного межзлектродного промежутка на высоту этого выступа, что вызывает соответствующее сниже-ние величины пробивного напр жени . Так как процесс изменени  рельефа контактных площадок  вл етс  случайным , то пробивное напр жение оказываетс  величиной, обладающей большим статическим разбросом. При некотором рассто нии между электродами пробивное напр жение может оказатьс  близким к максимальному рабочему напр жению цепи, что вызывает самопроизвольные пробои разр дника и срабатывание привода подвижного 3|Лектрода, привод щее к отключению защищаемого устройства в нормальных услови х эксплуатации.

Кроме того, к недостаткам известного разр дника следует отнести значительное врем  горени  дуги в межэлектродном промежутке в момеит воздействи  длительной волны перенапр жени , так как термочувствительный привод, имеющий сравнительно большую поверхность, расположен в пространстве относительно источники тепла так, что температура срабатывани  достигаетс  неодновременно на всей его поверхности, поскольку процесс переноса тепловой энергии происходит не мгновенно и с известными потер ми. Поэтому дл достиже-. ни  приводом необходимой температуры требуетс  большое количество тепловой энергии, поступающей из столба дуги, .т.е. большее врем  ее горени , а это, в свою очередь, обуславливает повышенную эрозию электродов.

неблагопри тно вли юшую. на стабильность пробивного напр жени  и сокращающую срок службы разр дника.

Цель изобретени  - повышение стабильности срабатывани  разр дника.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в защитном разр днике, содержащем герметичный корпус, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены

0 неподвижный заземленньай электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, установленный на перегородке, неподвижные контакты, расположенные в другом отсеке кор5 пуса в диэлектрической жидкости и соединенные подвижным токопровод щим мостиком, св занным с указанным подвижным электродом стержневым элементом , установленным соосно подвиж0 ному электроду., подвижный электрод выполнен в виде стержн , который закреплен в отверстии перегородки с помощью дополнительно введенного жестко закрепленного в перегородке

5 подшипника, стержневой элемент снабжен опорным подп тником и выполнен ; из токопровбд щего материала с нелинейньм электрическим сопротивлением, токопровод ищй мостик выполнен в виде гибких пластин, крестообразно

0 закрепленных на указанном стержневом элементе в плоскости, перпендикул рной к оси стержневого элемента,-, неподвижные контакты расположены в плоскости, перпендикул рной к

5 оси стержневого элемента и выполнены каждый с двум  контактными . площадками, образующими с соответствующими гибкими пластинами мостика скольз щие контакты, термопривод

0 подвижного э.лектрода выполнен в виде четырех посто нных магнитов, равномернЬ расположенных по окружности вркруг подвижного электрода между указанной и дополнительно

5 введенной перегородками корпуса, ;И пластины с переменным радиусом кривизны из термомагнитного материала , обращенной вогнутой стороной к подвижному электроду, на котором она закреплена с помощью теплопро0 водного держател J причем указанна  пластина расположена напротив двух смежных посто нных магнитов термопривода , а перегородки корпуса выполнены из изол ционного материала.

5

Кроме того, между подвижным электродом и подшипником может быть уста новлена дополнительно введенна  муфта из материала с низкой теплопроводностью .

0

Выполнение термочувствительного привода .в виде пластины термомагнитного сплава и введение посто нных магнитов позвол ет осуществить перемещение подвижного электрода во- . круг своей оси, а св занной с ним

5 контактной системы - в плоскости, перпендикул рной к оси разр дного промежутка, чем устран етс  вли ние изменени  микрорельефа контактных площадок на пробивное напр жение ра р дника, так как, во-первых, величина межэлектродного промежутка при перемещении подвижного электрода остаетс  неизменной и, во-вторых, в момент разрыва электрической цепи последн   площадка контактировани  оказываетс  расположенной на краю контакта, поэтому  вление эрозии наблюдаетс  в основном на периферий ных участках контакта. Контактный перешеек расплавленного металла выт гиваетс  и затем рветс  с образованием выступов в направлении, параллельном поверхности контакта, не оказыва  вли ни  на рельеф места контактировани . На фиг. 1 изображен предлагаемый разр дник, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез , В-В на фиг. 1. Разр дник состоит из герметичного изол ционного к9Рпуса 1 цилиндри ческой формы, разделенного на три части с помощью основной изол ционной перегородки 2 с отверстием в центре и дополнительной изол ционной перегородки 3 с аналогично расположенным отверстием, основани  4, на котором закреплен неподвижный за земленный электрод 5, подвижного электрода 6 в виде стержн , пропущенного через отверстие в дополнительной перегородке 3 и образующего с электродом 5 разр дный промежуток Электрод 6.может быть выполнен из никел  с последующим нанесением на его поверхность окиси бари . Окись бари  снижает работу выхода, увеличивает .скорость .разогрева элек трода при разр де, снижает и стабилизирует напр жение пробо  и предохран ет .электрод от разрушени . В отверстие основной перегородки 2 жестко установлен герметично выполненный подшипник 7, в который не подвижно вмонтирована металлическа  муфта 8, жестко св занна  с электродом 6 и изготовленна  из материала , обладающего низкой теплопровод ностью, например титана. С противоположной стороны в муфту 8 прочно вставлен стержневой элемент 9, выполненный из материала с нелинейным электрическим сопротивлением, напри мер вилита. Другой конец элемента 9 снабжен опорным подп тником 10, который своим основанием в форме остри  установлен на основании 11 разр д ,вика, выполненном из изол ционного материала. На стенке корпуса 1 со стороны основани  11 установлены два диамет рально расположенных токоввода 12 и 13, каждый из которых имеет расположенный в корпусе 1 контакт, содержащий две контактные площадки 14 и 15, разнесенные относительно одна другой на 90° в плоскости, перпендакул рной к оси электродов 5 и б. Контактные площадки 14 и 15 св заны электрически с соответствующими токовводами посредством проводников 16, проложенных снаружи корпуса 1. На подп тнике 10 закреплены крестообразно расположенные четыре упругие пластины 17 j образукндие с контактными площадками 14 и 15 токовводов 12 и 13 скольз щие контакты. Между основной 2 и дополнительной 3 перегородками разр дника установлены четыре посто нных магнита 18, разнесенных относительно один другого на 90°. К электроду 6 на участке между перегородками 2 и 3 против одного из посто нных магнитов 18 прикреплен держатель 19, материал которого обладает высокой теплопроводностью (например медь), содержащий на конце изогнутую пластину 20, выполненную из термомагнитного материала, имеющего низкую температуру Кюри, например никелево-цинкового феррита. Место соединени  пластины 20 с держателем 19 расположено несимметрично относительно оси магнита 18, т.е. сме цено на некоторое рассто ние от оси (фиг. За). Это може± быть достигнуто за счет подбора необходимой кривизны плеч пластины 20, т.е. путем изменени  величины зазора между магнитами таким образом , чтобы баланс магнитных сил, действующих на плечи пластины 20, наблюдалс  при нужной ориентации места соединени . Аналогичного ре-.. зультата можно добитьс , например, путем подбора поперечного сечени  йлеч пластины 20, т.е. площади их взаимодействи  с магнитом. Система посто нных магнитов 18 и пластины 20 в совокупности образует термочувствительный привод электрода 6. Часть корпуса, в которой расположен разр д№1й промежуток, заполнена газом , например аргоном, а часть корпуса с контактной системой - диэлектрической жидкостью, электрическа  прочность которой больше. про ности газа, например трансформаторным маслом . Разр дник работает следующим образом . В исходном положении упругие пластины . 17 образуют с контактными площадками 14 и 15 токовводов 12 и 13 скольз щие контакты (фиг 4а). Токовводы 12 и.13 включены в рассечку электрической цепи, обеспечива  прохождение тока в защищаемое устройство . Термомагнитна  пластина 20 расположена напротив одного из посто нных магнитов 18 и образует с ним сбалансированную магнитную пару (фиг. За). Электрод 5 заземлен, а н электрод 6 подано напр жение, меньшее пробивного - напр жени  межэлект родного промежутка. В момент возникновени  в электри ческой цепи кратковременного перенапр жени  происходит пробой межэлектродного промежутка, шунтирующего защищаемое устройство, вследствие малого сопротивлени  канала разр да,.. предотвраща  тем самым ег повреждение. После действи  импульсной волны перенапр жени  благодар  нелинейности вольтамперной характеристики стержневого элемента 9, имеющего вы сокое сопротивление при рабочем напр жении цепи, происходит ограничение сопровождающего тока, возможность прохождени  которого через искровой промежуток определ етс  схе ными особенност ми электрической це пи, в частности наличием устройства с заземленной нейтра1лью. В момент перекода сопровождающего тока через нулевое значение разр д Вмежэлектродном промежутке гаснет вследствие  влени  деиониза . ции. Электрическа  прочность меж .электродного промежутка восстанавливаетс , обеспечива  дальнейшую нормальную работу защищаемого устройства . Из-за кратковременности горени  электрического разр да теплова  энерги , выдел юща с  при этом, не юстаточна дл  нагревани  термомагнитного материала до температуры Кюри, При длительной волне перенапр жени  за счет горени  дуги в межэлектродном промежутке происходит нагрев электрода 6. Тепловой поток от электрода 6 с помощью держател  19 передаетс  на участок термомагнитной пластины 20, расположенной напротив посто нного магнита 18. Поскольку процесс переноса теплово энергии обладает известной инерционностью , то достижение температур Кюри н людаетс  только на локальн участке пластины 20, непосредствен св занном с держателем 19. Муфта 8 ограничивает проникновение теплового потока от электрод б к конструктивным элементам разр  ника, увеличива  тем самым скорост разогрева пластины 20 и, Следовательно , сокраща  врем  горени  дугового разр да. В момент, когда температура ука занного участка полоски превысит температуру Кюри, сплав тер ет сво ферромагнитные свойства; магнитна  пара пластина 20 - магнит 18 оказы ваетс  несбалансированной, поскольку под полюсом посто нного магнита 18 под одной его частью находитс  материал, чувствительный к магнитному полю, а под другой частью - нечувствительный к магнитному полю. Магнитный дисбаланс пары вызывает по вление усили , направленного на то, чтобы вт нуть под полюс магнита 18 . оставшуюс  часть пластины 20, чувствительную к магнитному полю. Этому способствует также сила прит жени  соседнего магнита 18, действующа  на периферийную часть пластины 20. При этом электрод.6 начинает поворачиватьс  вокруг своей оси, в результате чего происходит нарушение контакта пластин 17 с токовводами 12 и 13 и надежное прерывание электрической св зи разр дника с аварийной цепью за счет высоких изол ционных свойств диэлектрической жидкасти. Разрыв электрической цепи осуществл етс  в среде диэлектрической жидкости, что способствует быстрому гашению разр да между контактами. Энерги  магнитного пол  расходуетс  в основном на преодоление упругой силы сцеплени  контактов , котора   вл етс  незначительной за счет смазки маслом. Причем использование подшипника 7 и подп тника 10 с очень малой опорной площадью обеспечивает малый момент трогани  электрода 6, способству  увеличению чувствительности привода. Одновременно с поворотом электрода б гаснет дуга в межэлектродном промежутке, тем самым прекращаетс  поступление тепловой энергии в термомагнитную пластину 20. Упругие пластины 17 устанавливаютс  точно между контактными площадками 14 и 15 токоввс1дов 12 и 13, поскольку магнитна  пара вновь принимает устойчивое состо ние вследствие равенства силы прит жени , действующей на оба плеча пластины 20 (фиг. 36 и 46) . Восстановление ферромагнитных свойств нейтрализованного участка пластины 20 осуществл етс  по мере его естественного, остывани . При этом вновь наступает дисбаланс сил, так как сила прит жени  одного магнита 18 становитс  больше, чем сила прит жени  другого магнита 18, поскольку над полюсом одного магнита 18 резко возрастает площадь взаимодействи  с пластиной 20. Дл  достижени  равновесного состо ни  пластина 20 приходит в движение, поворачива  электрод б, и ориентируетс  по отношению к полюсу магнита 18а так же, как и в начальный момент по отношению к магниту 18. При этом пластины 17 вновь восстанавливеиот электрическую св зь разр дника с уже нор 1ально работающей цепью. Если же в момен т восстановлени  электрической св зи .разр дника с цепью в ней сохранитс  перенапр жение , то вышеописанный процесс будет повтор тьс  до тех пор, пока не исчезнет причина его вызывающа , т.е. аварийный режим цепи. Дополнительна  перегородка 3 служит дл  защиты рабочих зазоров магнитной системы от попадани  продукто эрозии в виде металлических микрочастиц , образующихс  при возникновении сильноточных дуговых разр дов что может привести к изменению чувствительной магнитной системы. Таким образом, в режиме длительных перенапр жений происходит вращение электрода 6 в результате действи  термомагнитного привода всегда в одном направлении (согласно чертежу по часовой стрелке). Этим достигаетс  более равномерна  эрози  эле тродов по всей их рабочей поверхности , что увеличивает стабильность ра р дных характеристик и обеспечивает более длительный срок службь разр д ника. В предлагаемом разр днике площад разогрева чувствительной к температуре пластины 20 может быть выбрана достаточно малой, причем необходима  температура срабатывани  достигаетс  одновременно на всей этой пл щади. Поэтому по сравнению с приводом известного разр дника дл  доД

А

JL

фигЛ стижени  одной и той же температуры срабатывани  (при прочих равных услови х ) термомагнитному приводу требуетс  меньшее количество тепловой анергии, а следовательно, и меньшее врем  разрушительного действи  дуги. Одновременно уменьшаетс  и врем  прохождени  разр дного тока через контакты токовводов, что также облегчает режим работы контактов. Предлагаемое изобретение позвол ет по сравненик с известным повысить стабильность пробивного напр жени  разр дника благодар  устранению вли ни  флуктуации микрорельефа контактной системы вследствие  влени  электрической эрозии, что дает возможность использовани  разр дника, например , в радиоэлектронной аппаратуре дл  защиты элементов, чувствительных к перегрузкам по напр жению; увеличить срок службы электродов.разр дника , дополнительно улучшить стабильность , пробивного напр жени  за счет вращени  подвижного электрода вокруг своей оси, обеспечивающую более равномерную эрозию электродов; снизить врем  горени  дугового разр да и врем  прохождени  через контакты разр дного тока путем повышени  чувствительности привода за счет введени  теплоизол ционной муфты и пространственной локализации чувствительного к температуре элемента .

Claims (2)

1. ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий герметичный корпус, разделенный -перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены неподвижный заземленный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, установленный на перегородке, неподвижные контакты, расположенные в другом отсеке корпуса в диэлектрической жидкости и соединенные подвижным токопроводящим мостиком, связанным с указанным подвижным электродом стержневым элементом, установленным соосно подвижному электроду, отличаю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности срабатывания разрядника, подвижный электрод выполнен в виде стержня, который закреплен в отверстии перегородки с помощью дополнительно введенного жестко закрепленного в перегородке подшипника, стержневой элемент снабжен опорным подпяТ пластин, на укав плоское-, стержнеконтакты перпендикуником и выполнен из токопроводящего материала с нелинейным электрическим сопротивлением, токопроводящий мостик выполнен в виде гибких крестообразно закрепленных занном стержневом элементе ти, перпендикулярной к оси вого'элемента, неподвижные расположены в плоскости, лярной к оси стержневого элемента, и выполнены каждый с двумя контактными площадками, образующими с соответствующими гибкими пластинами мостика скользящие контакты, термопривод подвижного электрода выполнен в виде четырех постоянных магнитов, равномерно расположенных по окружности вокруг подвижного электрода между указанной и дополнительно введенной перегородками корпуса, и пластины с переменным радиусом кривизны из термомагнитного материала, обращенной вогнутой стороной к подвижному электроду, на котором она закреплена с помощью теплопроводного держателя, причем указанная пластина расположена напротив двух смежных постоянных магнитов термопривода, перегородки корпуса выполнены из изоляционного материала.

2. Разрядник по й. 1, о т л чающийся тем, что между вижным электродом и подшипнике»!

тановлена дополнительно введенная муфта из материала с низкой теплопроводностью .

и подус-