УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ЗАЖИМ Российский патент 2005 года по МПК H01R4/66 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к зажимам переносных заземлений, используемых для заземления отключенных проводников круглого, прямоугольного и иных сечений.

Известны десятки конструкций заземляющих зажимов на основе винтовой пары [1, с.44-54], в которых прижимное устройство посредством своей рабочей части создает необходимое контактное нажатие между заземляемым проводником и контактами контактного узла.

К общему недостатку этих известных зажимов следует отнести их строгую унификацию: они предназначены либо для заземления круглых проводов, либо для заземления плоских шин. Это обусловливает технологические трудности, т.к. при производстве зажимов расширяется номенклатура комплектующих изделий и распараллеливается само производство.

Кроме того, при работе в распределительных устройствах с отходящими кабельными линиями зачастую возникает необходимость одновременной или поочередной установки переносных заземлений на плоские шины и на круглые или сегментные жилы отходящих кабелей. Эксплуатационный персонал использует при этом два вида переносных заземлений, что создает неудобство в работе и, соответственно, снижает уровень техники безопасности.

Такая же необходимость существует и при эксплуатации контактной сети железнодорожного транспорта, когда желательно использование одних и тех же переносных заземлений как для заземления контактных проводов (марок БрФ, МФ и т.д., типа "матрешка"), так и для заземления стальных уголков с различным расположением полок или стальных полос с расположением их на ребро или плашмя. Заранее предусмотреть, где и какое заземление потребуется, достаточно сложно, поэтому в комплектацию бригады обычно включают все типы заземлений, которые могут быть предположительно использованы в работе, что снижает уровень культуры труда и повышает затраты.

Еще одним общим недостатком известных зажимов является то, что при прохождении через эти зажимы ударных токов короткого замыкания имеют место так называемые "паразитные" токи, которые ответвляются к клемме для подсоединения заземляющего провода через рабочую часть прижимного устройства и резьбовое соединение винта с нижней полкой скобы, а это приводит к оплавлению резьбового соединения или места механического контакта рабочей части прижимного устройства и винта. Конструкции известных зажимов не учитывают этого негативного проявления, которое особенно пагубно сказывается при высоких уровнях токов короткого замыкания.

В качестве прототипов (один - для круглых проводов, другой - для плоских шин прямоугольного сечения) более всего по своей технической сути и достигаемому результату подходят известные винтовые зажимы, описанные в [1, с.48-49, рис.7-3, а и рис.7-3, б].

Каждый из прототипов, кроме оговоренных выше, обладает и собственными недостатками.

Для зажимов, предназначенных к установке на круглых проводниках (рис.7-3, а), это, в первую очередь, наличие "мертвой" зоны в гнезде для размещения заземляемого провода, которая отрицательно проявляет себя при охвате гнездом проводов с малыми диаметрами. В этом случае нажатие на контакты или ослаблено, или отсутствует вовсе, обусловливая тем самым величину переходного сопротивления контактов до недопустимо больших пределов. Попытка избавления от "мертвой" зоны приводит к тому, что рабочая часть прижимного устройства в своей верхней части стремится превратиться из прямоугольной полки в острую режущую кромку, что грозит передавливанием отдельных проволок в стренгах заземляемого провода. Вообще же уменьшение полки (вплоть до режущей кромки) нежелательно еще и по той причине, что рабочая часть прижимного устройства, обладая некоторым оправданным люфтом относительно винта, утрачивает способность четкой фиксации заземляемого провода относительно продольной оси винта, особенно при его закручивании. Если же нарушена эта осевая центровка, то на рабочую часть прижимного устройства начинают действовать касательные усилия, что, в конечном итоге, приводит к искривлению рабочей части прижимного устройства и выпадению ее из механического зацепления с винтом. Подобрать же оптимальное решение при принятой конструкции зажима не представляется возможным.

Для зажимов, предназначенных к установке на плоских шинах (рис.7-3, б), недостаток заключается в том, что в конструкциях известных зажимов, в т.ч. и в прототипе, не прослеживается осознанный подход к выбору кажущейся и действительной контактной поверхности. В рассматриваемой конструкции заостренный винт наверняка создает даже лучший электрический контакт с заземляемой шиной, чем востребованный электрический контакт шины с контактным узлом, что характеризует зажим с отрицательной стороны. В данном конкретном зажиме кажущаяся контактная поверхность обладает самым малым количеством металлических контактных пятен. При любой другой конструкции рабочей части прижимного устройства количество металлических контактных пятен наверняка будет гораздо больше, а это именно то, к чему как раз необходимо и стремиться. Это обстоятельство говорит о том, что существует оптимальное решение этого вопроса, которое в обязательном порядке должно находить отражение при разработке конструкции зажима. К тому же заостренный винт мало способствует сохранности заземляемой шины, что не требует особых пояснений.

Целью настоящего изобретения является создание универсального зажима с расширенными функциональными возможностями, который при надежном механическом контакте с проводниками различной конфигурации позволял бы, по востребованности, создавать любой заданный электрический контакт между заземляемым проводником и контактным узлом зажима, а именно по выбору: поверхностный, линейный, лезвийного типа, точечный, а также контакт, образуемый посредством заостренных зубцов, и при этом устранял бы указанные выше недостатки существующих зажимов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что каждый из известных заземляющих зажимов, содержащий скобу, верхняя полка которой снабжена контактным узлом с контактами, прижимное устройство, состоящее из рабочей части и резьбового соединения, образованного винтом, связанным с изолирующей штангой, и нижней полкой скобы, причем рабочая часть прижимного устройства расположена на верхней части винта и имеет возможность поступательного перемещения, гнездо для размещения заземляемого проводника, образуемое контактным узлом и рабочей частью прижимного устройства, клемму для подсоединения заземляющего провода, согласно данному изобретению, имеет существенные конструктивные изменения, заключающиеся в том, что контактный узел и винт прижимного устройства выполнены в виде двух соосно расположенных отрезков труб разного диаметра, причем наружный диаметр винта меньше внутреннего диаметра контактного узла, в нижней части отрезка трубы, представляющей контактный узел, выполняются, по востребованности, или лишь одна конусообразная, или лишь одна вертикальная прорези, или обе прорези одновременно, при этом вертикальные оси симметрии прорезей совпадают с общей продольной осью обоих отрезков труб, гнездо для заземляемого проводника со стороны контактного узла образуется в зависимости от предназначенности зажима, определяемой сечением и конфигурацией заземляемого проводника, либо нижним торцом отрезка трубы, представляющего контактный узел, либо частью этого торца, либо боковыми гранями конусообразной прорези, либо верхними и боковыми гранями вертикальной прорези, при этом контакты контактного узла путем возможной заточки по периметру всего торца, или части этого торца, или граней прорезей, или того и другого одновременно, по востребованности, выполняются либо поверхностными, либо линейными, либо лезвийного типа, либо точечными, либо в виде заостренных зубцов, а клемма для подсоединения заземляющего провода расположена на внешней, по отношению к расположению контактного узла и прижимного устройства, стороне поперечной полки скобы в ее нижней части, внутри полости винта размещена верхняя часть изолирующей штанги, торец которой, при необходимости, используется в качестве рабочей части прижимного устройства.

Внесенные в известные зажимы конструктивные изменения составляют суть отличительных признаков, обеспечивающих универсальность заявляемого зажима.

При расположении шин плашмя надежный электрический и механический контакт обеспечивается зажатием заземляемой шины между рабочей частью прижимного устройства и контактами контактного узла, причем контакты могут быть выполненными по-разному, начиная с поверхностного контакта (поверхность торца или часть поверхности торца отрезка трубы, представляющий контактный узел) и заканчивая контактами в виде заостренных зубцов, выполненных на торце или на горизонтальной полке вертикальной прорези. В этой связи необходимо заметить, что если расположить электрические контакты по классификации в следующей последовательности: поверхностный, линейный, лезвийный, точечный и закончить игольчатым контактом (контактом, образуемым заостренными зубцами), то для достижения качественного электрического контакта с одним и тем же количеством контактных пятен потребуются контактные нажатия, последовательно убывающие, начиная с поверхностного контакта и заканчивая игольчатым контактом.

При расположении шины на ребро последняя вводится в вертикальную прорезь, и ее зажатие происходит аналогичным образом, как и при расположении шин плашмя.

При заземлении уголков или стальных полос картина зажатия любой полки уголка или стальной полосы такая же, как и в предыдущих случаях.

Зажатие круглых или сегментных проводников, а также контактных проводов электрифицированного транспорта происходит в конусообразной прорези контактного узла, причем, как и в случае шин, расположенных на ребро, заземляемый проводник попадает в механический "замок", а электрический контакт с заземляемым проводом образуют грани конусообразной прорези. В процессе зажатия при трении граней конусообразной прорези и заземляемого провода происходит интенсивная очистка мест контактирования от оксидных пленок. Степень уменьшения электродинамических усилий отбрасывания определяется углом между гранями конусообразной прорези "в свету": чем меньше этот угол, тем больше степень самокомпенсации электродинамических усилий отбрасывания. Кроме того, в предлагаемом зажиме полностью отсутствует "мертвая" зона, т.е. одинаково надежно заземляются круглые проводники не только больших, но и малых сечений, при этом отпадает необходимость центровки рабочей части прижимного устройства относительно провода, за счет чего как раз и повышается эксплуатационный ресурс зажима.

Важным отличительным признаком универсальности предлагаемого зажима является и то, что в нем при простой технологической обработке, а именно при заточке торца контактного узла или граней его прорезей, можно получить любой из известных типов электрических контактов, что гарантирует заданную пропускную способность зажима за счет уменьшения переходного сопротивления контактов и к тому же обеспечивает невозможность срыва зажима с заземляемого проводника в аварийном режиме.

В предлагаемом зажиме легко отстроиться и от "паразитных" токов. Если в качестве изолирующей штанги использовать стеклопластиковую трубку, то торец этой трубки, расположенный выше верхнего торца полого винта, одновременно будет исполнять роль изолятора и роль рабочей части прижимного устройства. Учитывая достаточную механическую прочность стеклопластика и его малый коэффициент трения с проводниковыми материалами, такая конструктивная особенность предлагаемого зажима существенно повысит его долговечность и надежность.

На чертеже показан пример выполнения предлагаемого зажима.

Универсальный заземляющий зажим состоит из скобы 1, к верхней полке которой приварен контактный узел 2, выполненный в виде отрезка трубы. Прижимное устройство 3 образовано нижней полкой скобы 1 и полым винтом 4, выполненным также из отрезка трубы. Винт 4 снабжен наружной резьбой, образующей с нижней полкой скобы 1 резьбовое соединение, обеспечивающее поступательное перемещение самого винта и расположенной в его верхней части рабочей части 5 прижимного устройства 3. В данном примере рабочая часть 5 прижимного устройства 3 представлена верхним торцом винта 4. Кромка верхнего торца винта 4 и кромка нижнего торца контактного узла 2 изначально параллельны между собой. Отрезки труб, представляющие контактный узел 2 и винт 4, расположены соосно, причем наружный диаметр винта 4 меньше внутреннего диаметра трубы, представляющей контактный узел 2, благодаря чему винт 2 при своем поступательном перемещении вверх может свободно входить в полость отрезка трубы, представляющей контактный узел 2, и, следовательно, свободно выходить из этой полости. Внутри полого винта 4 размещена механически скрепленная с ним, верхняя часть изолирующей штанги 6, торец которой может быть выпущен выше торца винта 4 и, при необходимости, также исполнять роль рабочей части 5 прижимного устройства 3 (на чертеже показано штрихпунктиром). В зависимости от предназначенности зажима (для плоских шин плашмя, для плоских шин на ребро, в том числе для уголков с различным расположением полок, для круглых проводов или проводов овального сечения и т.д.) контактный узел 2 выполняется по-разному. При многоцелевой предназначенности зажима, способного поочередно и без изменения конструкции заземлять проводники различной конфигурации и сечения, контактный узел 2 выполняется одновременно (или порознь) с конусообразной 7 и вертикальной 8 прорезями, а контакты контактного узла образует или непосредственно нижний торец отрезка трубы, или часть его, или боковые грани конусообразной прорези 7, или верхняя горизонтальная полка вертикальной прорези 8 (а в некоторых случаях - частично и боковые грани вертикальной прорези 8). Сами же контакты контактного узла, по востребованности, также могут быть выполнены по-разному, например, путем последовательной заточки по периметру торцевой части 9 контактного узла, можно перейти от поверхностного контакта (притом с различной по величине кажущейся контактной поверхностью) до линейного контакта, при еще большей заостренности торца - до контакта лезвийного типа, а выполнив затем в торце надрезы в радиальном направлении, можно получить точечные контакты или контакты, образуемые заостренными зубцами 10. Примерно такой же обработке можно подвергнуть и грани прорезей 8 и 9, достигнув тем самым заданной эффективности электрического и механического контактирования. Клемма 11 для подсоединения заземляющего провода расположена на внешней стороне поперечной полки скобы 1 в ее нижней части.

Универсальный зажим работает следующим образом.

Заземление плоской шины плашмя или полки уголка плашмя происходит в такой последовательности. С помощью изолирующей штанги 6 заземляемая шина или полка уголка улавливается зажимом и располагается между параллельными (в свету) кромками торцов контактного узла 2 и рабочей части 5. Вращением винта 4 заземляемая шина или полка уголка обжимается между противоположными торцами отрезков труб, причем со стороны контактного узла 2 - посредством заранее выполненных электрических контактов определенного типа. Заземление плоских шин на ребро или полки уголка на ребро отличается лишь тем, что шина или полка уголка заводится в вертикальную прорезь 8 и затем обжимается аналогичным образом. При этом заземляемая шина или уголок попадают в механический "замок", что является достоинством универсального зажима. При заземлении проводников круглого, овального и иных сечений последние улавливаются конусообразной прорезью 7 и при закручивании винта 4 оказываются в механическом "замке" в любом случае, независимо от конфигурации и сечения заземляемого проводника. Контакты контактного узла, таким образом, образуются боковыми гранями прорези 7, а при необходимости - также и верхней полкой усеченного конуса прорези 7 (на чертеже не показана), при этом вертикальная прорезь 8 не выполняется. При использовании граней конусообразной прорези 7 в процессе обжатия заземляемого проводника с контактирующих поверхностей интенсивно удаляется оксидная пленка (за счет относительного проскальзывания), а выбранный угол наклона граней конуса задает степень возможной компенсации электродинамических усилий отбрасывания контактов.

Снятие зажима с заземляемого проводника производится обратным ходом винта 4 на расстояние, позволяющее свободно вывести зажим из зоны, занимаемой заземляемым проводником.

Предлагаемый зажим универсален по своим эксплуатационным и технологическим возможностям, прост в изготовлении.

Использованная литература

1. Справочник электрозащитных средств и предохранительных приспособлений. Издание второе, переработанное и дополненное, Москва, Энергоатомиздат, с.44-54, с.48-49.

Изобретение относится к зажимам переносных заземлений, равнопредназначенных для заземления отключенных проводников круглого, прямоугольного и иных сечений. Универсальность подтверждает то, что предлагаемый зажим достаточно легко может быть снабжен, по выбору, контактами любых известных типов: поверхностными, линейными, лезвийными, точечными, а также контактами в виде заостренных зубцов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Заземляющий зажим, содержащий скобу, верхняя полка которой снабжена контактным узлом с контактами, прижимное устройство, состоящее из рабочей части и резьбового соединения, образованного винтом, связанным с изолирующей штангой, и нижней полкой скобы, причем рабочая часть прижимного устройства расположена на верхней части винта и имеет возможность поступательного перемещения, гнездо для размещения заземляемого проводника, образуемое контактным узлом и рабочей частью прижимного устройства, клемму для подсоединения заземляющего провода, отличающийся тем, что контактный узел и винт прижимного устройства выполнены в виде двух соосно расположенных отрезков труб разного диаметра, причем наружный диаметр винта меньше внутреннего диаметра контактного узла, в нижней части отрезка трубы, представляющей контактный узел, выполняются, по востребованности, или лишь одна конусообразная, или лишь одна вертикальная прорези, или обе прорези одновременно, при этом вертикальные оси симметрии прорезей совпадают с общей продольной осью обоих отрезков труб, гнездо для заземляемого проводника со стороны контактного узла образуется, в зависимости от предназначенности зажима, определяемой сечением и конфигурацией заземляемого проводника, либо нижним торцом отрезка трубы, представляющего контактный узел, либо частью этого торца, либо боковыми гранями конусообразной прорези, либо верхними и боковыми гранями вертикальной прорези, при этом контакты контактного узла путем возможности заточки по периметру всего торца, или части этого торца, или граней прорезей, или того и другого одновременно, по востребованности, выполняются либо поверхностными, либо линейными, либо лезвийного типа, либо точечными, либо в виде заостренных зубцов, а клемма для подсоединения заземляющего провода расположена на внешней по отношению к расположению контактного узла и прижимного устройства стороне поперечной полки скобы в ее нижней части.2. Заземляющий зажим по п.1, отличающийся тем, что внутри полости винта размещена верхняя часть изолирующей штанги, торец которой при необходимости используется в качестве рабочей части прижимного устройства.