ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ЗАЖИМ Российский патент 2002 года по МПК H01R4/66 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к зажимам переносных заземлений, используемых для заземления отключенных проводов воздушных линий электропередачи.

Известен [1] заземляющий зажим, содержащий планки, установленные одна вдоль другой с возможностью упругого взаимного перемещения, контактный узел, образованный клеммной пластиной, закрепленной на одной из продольно расположенных планок, и второй планкой, оканчивающейся захватом.

Указанный зажим обладает несовершенным гнездом для размещения заземляемого провода, особенно в области небольших диаметров провода, что обусловливает слабое контактное нажатие в доаварийном режиме и не обеспечивает надежное контактное нажатие в режиме короткого замыкания, так как в контактном узле возникают в этом случае электродинамические, электромагнитные и термические усилия отбросов контактов, которые превышают усилия сжатия контактов пружиной.

Известен [2] также заземляющий зажим, содержащий электродинамический контур, образованный подпружиненными между собой планками, расположенными одна вдоль другой, контактный узел, являющийся входом электродинамического контура, состоящий из контактов, образующих своей поверхностью гнездо для размещения в нем заземляемого провода, выполненный на нижнем конце одной из планок электродинамического контура. Верхние концы планок электрически соединены гибкой перемычкой. В точке соединения гибкой перемычки со второй планкой электрически подсоединена планка спуска, которая расположена вдоль второй планки электродинамического контура и изолирована от нее ниже точки соединения. Захват для улавливания заземляемого провода выполнен на нижнем конце одной из планок электродинамического контура. Клемма для подсоединения заземляющего провода размещена на нижнем конце планки спуска и выполняет роль выхода электродинамического контура. Конструкция этого зажима наиболее близка к заявляемому техническому решению (прототип).

В данном заземляющем зажиме в режиме короткого замыкания контактное нажатие существенно увеличено путем введения в его конструкцию электродинамического контура. Вместе с тем, этот зажим конструктивно сложен из-за сравнительно большой номенклатуры входящих в него элементов. Сложен он и технологически из-за необходимости электроизолирования планок спуска и выполнения соединения планок электродинамического контура и спуска. Гнездо для установки заземляемого провода в таком зажиме выполнено определенной конфигурации и не обеспечивает удовлетворительного электрического контакта на малых диаметрах проводов. Кроме того, выполнение электродинамического контура, определяющего массу зажима, выше контактного узла делает зажим неустойчивым от опрокидывания вокруг оси заземляемого провода, и для уменьшения этого эффекта приходится увеличивать массу нижней части зажима, что в целом приводит к увеличению металлоемкости изделия.

В известных [1,2] зажимах слабо учтено и то обстоятельство, что при коротком замыкании между заземляемыми и заземляющими проводами возникают электродинамические усилия, составляющая которых направлена вдоль заземляемого провода и "выворачивает" зажимы, срывая последние в местах их установки с проводов.

К недостаткам известных [1,2] зажимов относится и неспособность последних к пропусканию аварийных токов в области "больших" значений, достигающих нескольких десятков килоампер, из-за несовершенства контактного узла, могущего обеспечить в известных зажимах лишь небольшое количество контактных пар "зажим - заземляемый провод", через которые аварийный ток стекает на землю.

Общим недостатком известных [1,2] зажимов является и слабая предсказуемость достижения номинального значения полного переходного сопротивления контактов в контактных пятнах после установки этих зажимов на заземляемый провод.

В основу изобретения поставлена задача создания универсального заземляющего зажима путем изменения конструкции электродинамического контура, контактного узла, захвата, создание узла крепления заземляющего провода к электродинамическому контуру, в результате чего вновь созданный заземляющий зажим гарантировал бы устранение вышеуказанных недостатков прототипа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что указанный зажим, содержащий электродинамический контур, образованный подпружиненными между собой планками, расположенными одна вдоль другой, контактный узел, являющийся входом электродинамического контура, состоящий из контактов, образующих своей поверхностью гнездо для размещения в нем заземляемого провода, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, клемму для подсоединения заземляющего провода, электрически связанную с электродинамическим контуром, выполняющую роль его выхода, захват для улавливания заземляемого провода, согласно данному изобретению имеет существенные конструктивные изменения, а именно: каждая из расположенных между входом и выходом электродинамического контура планок выполнена составной, состоящей из ряда планок, при этом контактный узел снабжен ограничителями перемещения заземляемого провода и расположен в верхней части электродинамического контура, выполняя роль его входа, нижние концы составных планок электрически и механически соединены между собой посредством хвостовика, образуя расположенный ниже контактного узла узел крепления, на узле крепления размещена клемма для подсоединения заземляющего провода, выполняющая роль выхода электродинамического контура, при этом каждая составная планка выполнена из упругого ферромагнитного материала, в верхней части имеет продольный разрез и поперечные ответвления, симметрично расположенные относительно продольной оси планок и оканчивающиеся опущенными вниз продольно расположенными участками, а роль контактов контактного узла выполняют поверхности продольных кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений составных планок, при этом для одной составной планки роль контактов выполняют поверхности продольных внешних кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений, а для другой составной планки роль контактов выполняют поверхности продольных внутренних кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений, в своей верхней части внешние и внутренние кромки образуют своей поверхностью гнезда для размещения заземляемого провода, непосредственно примыкающие к ограничителям перемещения заземляемого провода, а в нижней своей части эти кромки скошены относительно друг друга в противоположных направлениях и образуют между собой открытый снизу угол, обеспечивающий опущенным вниз продольно расположенным участкам поперечных ответвлений выполнение роли захватов для улавливания заземляемого провода, узел крепления снабжен по крайней мере двумя отверстиями с пересекающимися осями, перпендикулярными друг другу и продольным осям планок, выполненными с торцов узла крепления, причем одно из отверстий на одном из торцов выполнено сквозным, а другое отверстие соответственно на другом из торцов выполнено лишь до пересечения с первым и снабжено резьбой, скошенные кромки захватов снабжены насечкой, а продольные планки электродинамического контура снабжены стопорным устройством, выполненном, например, в виде винта, скрепляющего между собой планки электродинамического контура и расположенного на продольной оси планок между контактным узлом и узлом крепления.

Предлагаемый заземляющий зажим отличается от прототипа тем, что позволяет значительно расширить диапазон его использования в область "больших" значений аварийных токов, повышается его эксплутационная надежность за счет снижения полного переходного сопротивления каждой контактной пары "зажим - заземляемый провод" и усиления его термической и электродинамической стойкости. Кроме того, предлагаемый зажим отличается простотой конструкции и малой номенклатурой входящих в него изделий.

Выполнение планок электродинамического контура составными, состоящими из ряда составных планок, снабженными поперечными ответвлениями, развивает пропускную способность (в килоамперах) контактного узла до любого заданного значения путем увеличения числа контактных пар "зажим - заземляемый провод", что позволяет претерпевать зажиму ударные и установившиеся токи короткого замыкания без подплавлений и разрушений как его собственных элементов, так и, что особенно важно, без нарушения целостности и сохранности заземляемого провода. Повышение термической стойкости зажима обеспечивается суммарным сечением составных планок. Продольный разрез на каждой составной планке дает основание рассматривать контакты контактного узла как самоустанавливающиеся, обеспечивающие наиболее оптимальный режим эксплуатации контактного узла в целом. Использование кромок поперечных ответвлений в качестве контактных поверхностей, толщина которых соизмерима, как правило, с диаметрами отдельных проволок верхнего повива заземляемых проводов, создает предпосылки получения контактных пятен в контактных парах "зажим - заземляемый провод" наибольшего диаметра при наименьшем давлении на контактные детали [3].

Пружинящие зажимы характеризуются взаимным относительным перемещением контактных поверхностей зажима и провода, что служит предпосылкой скалывания окисной пленки на проводах и получения контакта с удовлетворительной электрической проводимостью. Однако с целью усиления этого эффекта требуется принятие специальных мер по скалыванию окисной пленки. В предлагаемом заземляющем зажиме для этой цели применена насечка на скошенных кромках захватов. Важность решения этой проблемы подчеркивается тем, что при обычном проскальзывании трущихся контактов эта пленка иногда разрушению не поддается [4]. Результатом этого является то, что полное переходное сопротивление контактов превышает при этом номинальное в десятки тысяч раз [5]. Поскольку окисная пленка представляет собой почти идеальный диэлектрик, может сложиться ситуация, когда при установленном заземлении можно считать, что оно отсутствует, а это небезопасно для работающего на проводах воздушной линии электропередачи персонала.

Гнездо для размещения заземляемого провода выполнено на каждом поперечном ответвлении составных планок, т.е. по сравнению с прототипом многократно усилено. При этом как для больших, так и для малых диаметров проводов посредством этих гнезд создается предварительный натяг упругими составными планками, чем исключается свободное размещение в них заземляемого провода. Гнезда непосредственно примыкают к ограничителям перемещения и совместно обеспечивают жесткую фиксацию провода в рабочем положении зажима, противодействуя эффекту "выворачивания" зажима при прохождении через него тока короткого замыкания.

Контактный узел зажима расположен в верхней части электродинамического контура и снабжен ограничителями перемещения заземляемого провода. Нижние концы составных планок скреплены между собой электрически и механически посредством хвостовика, образуя узел крепления, расположенный ниже контактного узла, на узле крепления размещена клемма для подсоединения заземляющего провода. Данное взаимное расположение увеличивает механическую устойчивость зажима против опрокидывания (поворота вокруг оси заземляемого провода).

Выполнение составных планок из упругого ферромагнитного материала позволяет упростить конструкцию зажима, исключив из него пружину и сопровождающие ее детали, а ферромагнитные свойства планок дополнительно увеличивают сжимающие усилия, действующие на эти планки в режиме короткого замыкания.

Узел крепления при необходимости выполнен с отверстиями, по крайней мере с одним, сквозь которое пропущен заземляющий провод. Посредством других отверстий с резьбой, по крайней мере одним, с помощью болта заземляющий провод прижимается к детали узла крепления, обеспечивая таким образом размещение клеммы для подсоединения заземляющего провода на узле крепления. Такая конструкция узла крепления дает возможность применения цельного куска заземляющего провода без излишних его контактов с кабельными наконечниками, что, особенно при больших аварийных токах, существенно повышает надежность переносного заземления и его технологичность.

Применение стопорного устройства, которым снабжены планки электродинамического контура, позволяет при необходимости дифференцировать первоначальную величину контактного нажатия в контактном узле без изменения тяговых характеристик электродинамического контура в режиме короткого замыкания. В простейшем случае стопорное устройство представляет собой винт, скрепляющий между собой планки электродинамического контура и расположенный на продольной оси между контактным узлом и узлом крепления.

Ниже даны примеры выполнения данного изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 - заземляющий зажим, планки электродинамического контура которого выполнены в виде ряда составных планок, число которых в ряду равно двум, вид спереди;
фиг.2 - то же, вид слева;
фиг.3 - то же, заземляющий зажим в рабочем положении;
фиг. 4 - заземляющий зажим, планки электродинамического контура которого выполнены в виде ряда составных планок, число которых в ряду равно единице, вид спереди;
фиг.5 - то же, вид слева;
фиг.6 - то же, заземляющий зажим в рабочем положении.

Заземляющий зажим состоит из электродинамического контура, образованного планками 1 и 2, расположенными одна вдоль другой, причем каждая из планок 1 и 2 выполнена составной, состоящей из нескольких планок 3, начиная от одной и более. Каждая планка 3 выполнена из упругого ферромагнитного материала, в своей верхней части имеет поперечные ответвлении 4, симметрично расположенные относительно продольной оси и оканчивающиеся опущенными вниз продольно расположенными участками 5, причем поперечные ответвления 4 отогнуты в одинаковом направлении в сторону одной из планок 1 или 2 и образуют при этом контактный узел 6 с ограничителями перемещения 7. Контактный узел 6 образован контактами 8, которые представляют собой контактные поверхности продольных кромок 9 продольно расположенных участков 5. Кромки 9 в своей верхней части и ограничители перемещения 7 образуют гнезда 10 определенной конфигурации, а в своей нижней части скошены, блaгодаря чему нижние части продольно расположенных участков 5 выполняют роль захватов 11. Каждая планка 3 в своей верхней части снабжена разрезом 12, оптимизируя контакты 8 в контактной паре "зажим - заземляемый провод" как самоустанавливающиеся. Кромки 9 на скошенных участках захватов 11 снабжены насечками 13, обеспечивающими скалывание окисного слоя на проводах. Контактный узел 6 размещен в верхней части электродинамического контура и выполняет роль его входа, нижние концы планок 3 электрически и механически соединены между собой посредством хвостовика 14, образуя узел крепления 15 с размещенной на нем клеммой 16 для подсоединения заземляющего провода, выполняющей роль выхода электродинамического контура. Узел крепления 15 снабжен сквозными отверстиями 17 для заводки заземляющего провода и отверстиями 18 с резьбой, куда вкручиваются болты для создания электрического контакта между узлом крепления 15 и заземляющим проводом. Планки 1 и 2 снабжены стопорным устройством 19, состоящим из винта 20 и сопровождающих его деталей, которое позволяет регулировать первоначальное усилие упругих планок 3.

Заземляющий зажим устанавливается на провод следующим образом. Заземляемый провод улавливается захватами 11 и зажим с некоторым усилием движется вниз. Под воздействием этого усилия заземляемый провод скользит по контактным поверхностям кромок 9, при этом посредством насечек 13, а так же просто в процессе скольжения, контакты контактных пар "зажим - заземляемый провод" самоочищаются от окисных пленок и заземляемый провод размещается в гнездах 10, фиксируясь ограничителями перемещения 7.

В режиме короткого замыкания ток от контактного узла 6 стекает к клемме 16. Возникающие при этом электродинамические усилия взаимодействия между планками 1 и 2, суммируясь с механическим усилием зажима, противостоят усилиям самопроизвольного отброса контактов, " выворачивающим" усилиям, обеспечивая номинальное переходное сопротивление в контактных парах "зажим - заземляемый провод".

Предлагаемый зажим универсален. Он обеспечивает высокую термическую и электродинамическую стойкость в большом диапазоне аварийных токов, пригоден для заземления проводов любых сечений и конфигураций, обеспечивает номинальное переходное сопротивление в контактах. Зажим удобен в эксплуатации. Опытные образцы успешно прошли испытания в лабораторных и полевых условиях.

Источники информации
1. Справочник защитных средств и предохранительных приспособлений. Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 44-54.

2. Авт. св. СССР 1814121, кл. H 01 R 4/66. Заземляющий зажим, авторы Мрыхин В.И., Сергеев Д.А. Опубл. 07.05.93, БИ 17.

3. Р.Хольм. Электрические контакты. Издательство иностранной литературы. - М., 1961, с.46.

4. Электрическая часть станций и подстанций. / Под редакцией А.А.Васильева. - М.: Энергия, 1980, с.94.

5. А.А.Чунихин. Электрические аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 92.

Изобретение относится к зажимам переносных заземлений, которые используются для заземления отключенных проводов воздушных линий электропередачи. Заземляющий зажим содержит электродинамический контур, образованный подпружиненными составными планками, расположенными одна вдоль другой. Каждая планка выполнена из упругого ферромагнитного материала, в верхней части имеет продольный разрез и поперечные ответвления, симметрично расположенные относительно продольной оси планок. Ответвления оканчиваются опущенными вниз продольно расположенными участками. Контактный узел образуется совокупностью контактов в виде поверхностей продольных кромок продольно расположенных участков ответвлений. Технический результат - универсальность. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Заземляющий зажим, содержащий электродинамический контур, образованный подпружиненными между собой планками, расположенными одна вдоль другой, контактный узел, являющийся входом электродинамического контура, состоящий из контактов, образующих своей поверхностью гнездо для размещения в нем заземляемого провода, хвостовик для крепления зажима к изолирующей рукоятке, клемму для подсоединения заземляющего провода, электрически связанную с электродинамическим контуром, выполняющую роль его выхода, захват для улавливания заземляемого провода, отличающийся тем, что каждая из расположенных между входом и выходом электродинамического контура планок выполнена составной из ряда планок, при этом контактный узел снабжен ограничителями перемещения заземляемого провода и расположен в верхней части электродинамического контура, выполняя роль его входа, нижние концы составных планок электрически и механически соединены между собой посредством хвостовика, образуя расположенный ниже контактного узла узел крепления, на узле крепления размещена клемма для подсоединения заземляющего провода, выполняющая роль выхода электродинамического контура, при этом каждая составная планка выполнена из упругого ферромагнитного материала, в верхней части имеет продольный разрез и поперечные ответвления, симметрично расположенные относительно продольной оси планок и оканчивающиеся опущенными вниз продольно расположенными участками, а роль контактов контактного узла выполняют поверхности продольных кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений составных планок, при этом для одной составной планки роль контактов выполняют поверхности продольных внешних кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений, а для другой составной планки роль контактов выполняют поверхности продольных внутренних кромок продольно расположенных участков поперечных ответвлений, в своей верхней части внешние и внутренние кромки образуют своей поверхностью гнезда для размещения заземляемого провода, непосредственно примыкающие к ограничителям перемещения заземляемого провода, а в нижней своей части эти кромки скошены относительно друг друга в противоположных направлениях и образуют между собой открытый снизу угол, обеспечивающий опущенным вниз продольно расположенным участкам поперечных ответвлений выполнение роли захватов для улавливания заземляемого провода. 2. Заземляющий зажим по п. 1, отличающийся тем, что узел крепления снабжен по крайней мере двумя отверстиями с пересекающимися осями, перпендикулярными друг другу и продольным осям планок, выполненными с торцов узла крепления, причем одно из отверстий на одном из торцов выполнено сквозным, а другое отверстие соответственно на другом из торцов выполнено лишь до пересечения с первым и снабжено резьбой. 3. Заземляющий зажим по п. 1, отличающийся тем, что скошенные кромки захватов снабжены насечкой. 4. Заземляющий зажим по п. 1, отличающийся тем, что составные планки электродинамического контура снабжены стопорным устройством, выполненным, например, в виде винта, скрепляющего между собой планки электродинамического контура и расположенного на продольной оси планок между контактным узлом и узлом крепления.