РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧИТЕЛЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, СОЕДИНЕННЫЙ С ТАКИМ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2019 года по МПК H01T1/14 

Область техники

Изобретение относится к разъединительному устройству для прерывания протекания тока постоянно в ограничителе перенапряжений в случае кратковременного повышения напряжения в электросети, продолжающегося более нескольких десятков миллисекунд, например, больше 100 мс, на протяжении нескольких циклов вплоть до нескольких секунд и более. В частности, оно относится к разъединительному устройству, обеспечивающему защиту от опасности пожара.

Предшествующий уровень техники

Ограничители перенапряжений из оксидов металлов представляют собой электрические устройства, установленные в электросетях для защиты других электрических устройств от негативных последствий, связанных с превышением напряжений. Такие последствия могут стать причиной повреждений электрической системы, а также ее компонентов. Принцип действия ограничителей перенапряжений основан на строго нелинейной характеристике удельного электрического сопротивления резисторов из оксидов металлов в качестве функции прикладываемого напряжения. Это позволяет ограничителю перенапряжений ограничивать вредные воздействия перенапряжения в результате удара молнии посредством отвода высокого тока силой до многих кА в зону заземления в течение короткого времени. Для сравнения, ограничитель перенапряжений в нормальных условиях эксплуатации имеет ток утечки в доли мА на протяжении длительного периода эксплуатации.

Максимальное установившееся напряжение U_c определяет условие, при котором ограничитель перенапряжений может работать без ограничения по времени. Повышенное напряжение, превышающее U_c, может прикладываться в течение ограниченного времени, установленного изготовителем. Превышение этого установленного времени обусловливает перегрузку, которая вызывает достижение ограничителем перенапряжений из оксидов металлов предела по нагреву и его выход из строя, что ведет к короткому замыканию и неустраняемому повреждению ограничителя повреждений.

Этот случай выхода из строя определяется международными стандартами IEC 60099-4 и IEEE C62.11a с помощью технических условий на испытание на короткое замыкание. Согласно порядку испытания во избежание повреждений оборудования, установленного рядом с ограничителем перенапряжений на подстанции, ограничитель напряжений должен обеспечивать режим отказа без сильного разрушения корпуса и должен быть способен к самогашению открытого пламени в пределах 2 минут после окончания испытания.

Проблема традиционных устройств для линии защиты электросети от кратковременных перенапряжений состоит в том, что ограничитель перенапряжений подвергается неустраняемому повреждению в случае кратковременного перенапряжения в линии электросети, продолжающегося больше нескольких десятков миллисекунд, например, более 100 мс, в течение нескольких циклов вплоть до нескольких секунд и более, поскольку ограничитель перенапряжений подвергается тепловой перегрузке. Кратковременное перенапряжение далее именуется как КП, что известно, например, из IEC 60099-4:2014, издание 3. Этот же стандарт определяет импульсные напряжения продолжительностью менее нескольких миллисекунд, например, меньше 100 мс.

В странах с высокой пожароопасностью, например, в Австралии и в некоторых засушливых районах Соединенных Штатов, дополнительные технические условия устанавливают более жесткие требования для уменьшения риска воспламенения. Дополнительно к обычно предъявляемым требованиям, установленным в IEC или IEEE, ограничитель перенапряжений должен выходить из строя без разбрасывания горячих частиц, имеющих достаточную энергию для образования пламени в его окружении.

Это подтверждается проведением испытания на короткое замыкание с ограничителем перенапряжений, установленным на заданной высоте над поверхностью грунта, причем поверхность грунта предварительно закрывают легко воспламеняющимся термочувствительным материалом. Например, австралийский стандарт AS 1307.2 устанавливает необходимость укладки на поверхность грунта множества слоев тонкой калиброванной бумаги, в то время как в США калифорнийское управление по охране лесов и защите от пожаров (CAL FIRE) устанавливает необходимость укладки на поверхность грунта горючей подстилки, подготовленной с использованием топлива.

Предыдущие технические решения для защиты от пожаров с помощью ограничителя перенапряжений главным образом основаны на идее ограничения эффекта горения дуги между верхним и нижним выводами ограничителя перенапряжений в случае тока короткого замыкания. Последствие состоит в том, что при перегрузке ограничителя перенапряжений во время испытания (и в дальнейшем в условиях эксплуатации) перегрузка вызывает короткое замыкание, и в дальнейшем дуга будет гореть между выводами ограничителя перенапряжений. Выводы оснащены специально спроектированными электродами, которые вынуждают дугу перемещаться, тем самым, ограничивая размер капель расплавленного металла, падающих на землю.

Например, в документе EP1566869 B1 приведено описание концепции создания профилированного электрода для направления дуги в ограничитель перенапряжений.

С учетом вышеуказанных проблем необходимо усовершенствовать защиту окружающей среды от непреднамеренного возгорания, вызванного перегрузкой по току.

Раскрытие изобретения

Указанная проблема решается посредством защитного устройства, состоящего из высоковольтного ограничителя перенапряжений и разъединительного устройства, первый вывод которого электрически соединен с высоковольтным ограничителем перенапряжений, а второй вывод электрически соединен с потенциалом Земли. Реальное предупреждение пожара достигается посредством конструкции разъединительного устройства.

Разъединительное устройство согласно вариантам осуществления обеспечивает высокоэффективную защиту от опасности возгорания посредством ограничителей перенапряжений. В случае перегрузки разъединительный узел внутри корпуса срабатывает и прерывает протекание тока в том смысле, что во время срабатывания он отделяет друг с другом два вывода разделительного узла быстрым и надежным образом посредством перемещения одного вывода с высоким ускорением.

В основном варианте осуществления разделительное устройство согласно изобретению содержит:

– корпус, включающий в себя полость;

– разъединительный узел, расположенный внутри полости и имеющий первый вывод, выполненный с возможностью соединения с ограничителем перенапряжений, второй вывод, выполненный с возможностью соединения с потенциалом Земли, и элемент, который расположен на втором выводе и соответствует размерам полости корпуса. Кроме того, разъединительный узел имеет разъединительный картридж, расположенный в полости, для электрического разъединения первого вывода и второго вывода.

Картридж представляет собой устройство, содержащее варисторный элемент и выполненное таким образом, что оно перегревается до того, как перегреется соответствующий ограничитель перенапряжений, образующий другой варистор, так что он достигнет предела по нагреву и выйдет из строя. Говоря простым языком, разделительное устройство действует как предохранитель для защиты ограничителя перенапряжений от значительного повреждения в результате воздействия КП.

Вышеуказанный корпус образует внутренний корпус корпусного узла. Корпусной узел также содержит наружный корпус. Внутренний корпус содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие, соединяющее полость с наружной стороной внутреннего корпуса. Наружный корпус содержит по меньшей мере одно другое вентиляционное отверстие, соединяющее наружную сторону внутреннего корпуса с наружной стороной разъединительного устройства для выпуска газов из срабатывающего разъединительного картриджа. По меньшей мере, одно вентиляционное отверстие и, по меньшей мере, одно другое вентиляционное отверстие смещены относительно друг друга, образуя лабиринт для газов из срабатывающего разъединительного картриджа.

В зависимости от варианта осуществления полость имеет круглое поперечное сечение или многоугольное поперечное сечение, в частности, шестиугольное поперечное сечение, если смотреть в осевом направлении вдоль продольной оси, определяемой общей цилиндрической формой полости, и в направлении перемещения подвижного элемента после срабатывания разъединяющего узла.

Технический эффект лабиринта состоит в том, что он позволяет газу, образуемому разделительным картриджем, выходить в окружающую среду по пути выпуска газа, но в то же время препятствует воспламенению окружающей среды (среды вокруг) разъединительного устройства от имеющих достаточную энергию искр и горячих частиц, покидающих лабиринт. Другими словами, лабиринт выполняет функцию удерживающего средства для всех материалов за исключением газа в состоянии срабатывания разъединительного устройства.

При необходимости разъединительный картридж и подвижный элемент и по усмотрению также второй вывод могут быть выполнены как единая деталь.

Лабиринт выполнен так, что никакие частицы, образующиеся в полости, не могут покидать полость, выходя наружу разъединительного устройства беспрепятственно. Понятие «беспрепятственно» означает следующее. Путь горячего газа, выходящего из полости, проходит через, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие, пространство между внутренним корпусом и наружным корпусом и, по меньшей мере, другое вентиляционное отверстие. Поскольку указанный путь образует в то же время единственный возможный путь перемещения потенциально опасной горячей частицы или искры, указанный путь не может быть прямым, т.е. линейным от полости до наружной среды разъединительного устройства, а является зигзагообразным от полости до наружной среды разъединительного устройства. Таким образом, потенциально опасная горячая частица или искра будет летать и ударяться о стенки лабиринта, т.е. она будет задерживаться лабиринтом до тех пор, пока вся ее кинетическая энергия не будет израсходована, и искра не погаснет или горячая частица не останется в лабиринте.

В зависимости от варианта осуществления указанный зигзагообразный путь лабиринта может быть образован посредством смещения, по меньшей мере, одного вентиляционного отверстия и, по меньшей мере, одного другого вентиляционного отверстия в окружном направлении относительно осевого направления продольной оси, посредством смещения, по меньшей мере, одного вентиляционного отверстия и, по меньшей мере, одного другого вентиляционного отверстия в осевом направлении относительно осевого направления продольной оси или посредством комбинации смещения в окружном и осевом направлениях, по меньшей мере, одного вентиляционного отверстия и, по меньшей мере, другого вентиляционного отверстия.

Эффект лабиринта и, тем самым, эффект улавливания частиц при необходимости можно увеличить посредством дополнительных реберных конструкций, выполненных на поверхности внутренней стенки наружного корпуса, на поверхности наружной стенки внутреннего корпуса или на поверхностях обеих стенок.

В качестве другой дополнительной защитной меры, по меньшей мере, одно другое вентиляционное отверстие выполнено так, что через него не могут проходить никакие частицы опасного размера, потенциально способные к образованию огня.

Разъединительное устройство согласно изобретению отличается от известных разъединительных устройств тем, что его элемент расположен в корпусе с возможностью перемещения так, что он направляется корпусом и приводится в движение из начального положения в конечное положение на конце полости газом из разделительного картриджа в состоянии срабатывания разделительного узла. Это перемещение влечет за собой механическое отсоединение ограничителя напряжений от потенциала Земли и, в конечном счете, надежное разрывание электрического пути между электросетью и потенциалом Земли. Благодаря линейному перемещению подвижного элемента полость имеет удлиненную цилиндрическую общую форму. Понятие «исходное положение» означает положение второго вывода перед срабатыванием разделительного узла. Понятие «конечное положение на конце полости» означает положение второго вывода после срабатывания. Подвижный элемент может перемещаться внутри полости и движется в полости подобно поршню в корпусе поршня или цилиндре поршня.

Таким образом, существует возможность установления изолирующего расстояния между первым и вторым выводами разделительного устройства, которое в несколько раз больше, чем в известных устройствах и, таким образом, обеспечивает надежное прерывание протекания тока в случае перегрузки.

Полость, ограничиваемая внутренней стенкой корпуса, может иметь различные поперечные сечения, например, круглое, треугольное, квадратное, прямоугольное, пятиугольное, шестиугольное, семиугольное, восьмиугольное, в общем, именуемые в этом документе как многоугольные. Варианты выполнения разделительного устройства, имеющие многоугольные поперечные сечения подвижного элемента и полости являются преимущественными, поскольку исключается вращение второго вывода вокруг продольной оси. В результате такая форма защищает кабель заземления, присоединенный между потенциалом Земли и вторым выводом разъединительного устройства, от разрывания в результате механического кручения.

При необходимости между подвижным элементом и внутренней стенкой внутреннего корпуса может быть установлено кольцевое уплотнение (не показано) для повышения газонепроницаемости.

Из-за высокой скорости и, таким образом, высокой инерции подвижного элемента при срабатывании разъединительного узла, существует опасность, что указанный подвижный элемент будет соударяться с корпусным узлом в конечном положении и отскакивать назад в исходное положение. Такое поведение подвижного элемента является нежелательным, поскольку возникает риск, что изолирующее расстояние станет таким небольшим, что может произойти повторное зажигание дуги и восстановление электрического пути между первым и вторым выводами разъединительного устройства. Этот нежелательный эффект можно предотвратить наилучшим образом, если корпусной узел имеет удерживающую секцию для удерживания подвижного элемента в удерживающей секции после перемещения подвижной секции по направлению к концу полости. Таким образом, два разделенных вывода устройства надежным образом удерживаются на расстоянии друг от друга после срабатывания разделительного устройства.

В основном варианте выполнения удерживающей секции корпусного узла указанная удерживающая секция образована так, что внутренний корпус имеет по меньшей мере один выступ, выступающий в полость. В зависимости от варианта выполнения, по меньшей мере, одного выступа он, например, может иметь форму лепестка, множества лепестков, кольцевого ободка или сегментов кольцевого ободка. Эти удерживающие средства могут образовывать плотное прилегание или соединение по прессовой посадке с заданным участком подвижного элемента.

Для закрывания полости в осевом направлении относительно продольной оси как преимущество корпусной узел должен иметь отверстие на конце полости, причем подвижный элемент и отверстие отрегулированы друг с другом так, что часть подвижного элемента входит в это отверстие и, тем самым, закрывает его так, чтобы никакие искры и частицы опасного размера, потенциально способные к образованию огня и образующиеся при срабатывании разъединительного картриджа, не могли покидать полость через это отверстие. Другими словами, как преимущество, подвижный элемент уплотняет второй конец полости в осевом направлении. В преимущественном варианте выполнения подвижный элемент удерживается в состоянии срабатывания разъединительного узла в разъединенном состоянии разъединительного узла с помощью удерживающих средств, как указано в разделе выше.

При необходимости направление подвижного элемента внутренним корпусом может обеспечиваться неисключительно посредством контактной геометрии подвижного элемента внутри стенки внутреннего корпуса, ограничивающей полость, но также с помощью дополнительного направляющего средства. В поясняющем варианте выполнения указанное дополнительное направляющее средство обеспечивается посредством того, что подвижный элемент имеет трубчатый элемент, диаметр которого соответствует отверстию, так что перемещение подвижного элемента во время срабатывания разъединительного узла направляется отверстием.

Когда требуется, чтобы наблюдатель, например, штатный работник, мог на расстоянии от корпуса различить, сработал ли разъединительный узел или он еще находится в исходном состоянии, можно использовать следующий вариант выполнения разъединительного устройства. В таком разъединительном устройстве часть подвижного элемента выступает через отверстие и видна снаружи корпуса после срабатывания разъединительного узла. Понятие «исходное состояние» далее означает начальное состояние разъединительного устройства перед срабатыванием, т.е. перед приведением в действие разъединительного картриджа. Этот эффект можно повысить, если часть подвижного элемента, которая выступает через отверстие, образована трубчатой секцией.

Распознаваемость состояния разъединительного устройства наблюдателем может еще более улучшена, например, распознаваемость состояния «после срабатывания», если часть подвижного элемента, выступающая через отверстие после срабатывания разъединительного узла, имеет цвет-сигнал для улучшения визуальной индикации того, сработал ли разъединительный узел или он еще находится в исходном состоянии.

Наличие трубчатой секции подвижного элемента определенной значительной длины также является преимуществом в том смысле, она в большой степени способствует защите кабеля заземления, соединенного со вторым выводом разъединительного устройства, от продольного изгиба во время срабатывания разъединительного устройства в смонтированном состоянии разъединительного устройства. В поясняющем варианте выполнения длина трубчатой секции составляет приблизительно 100 миллиметров.

Испытание подтвердило, что удовлетворяющие требованиям лабиринты можно получить, если, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие является не просто отдельным отверстием, а множеством отверстий во внутреннем корпусе. То же самое остается верным в отношении, по меньшей мере, одного другого вентиляционного отверстия, соответственно.

В поясняющем варианте выполнения вентиляционные отверстия равномерно распределены в окружном направлении на внутреннем корпусе.

В поясняющем варианте выполнения разъединительного устройства, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие имеет пазообразную форму, проходящую в направлении продольной оси, определяемой общей формой полости, и направлении перемещения подвижного элемента, т.е. вдоль продольной оси. Такое расположение является преимущественным, поскольку поперечное сечение вентиляционного отверстия является небольшим в начале перемещения подвижного элемента из исходного положения. В результате можно обеспечить давление газа для приведения в движение подвижного элемента из начального положения в конечное положение на конце полости. Чем ближе поршнеобразный подвижный элемент подходит к конечному положению на конце полости, тем больше становится поперечное сечение вентиляционного отверстия, так что давление газа больше не способствует приведению в движение подвижного элемента в направлении конца полости до такой степени, как в начале срабатывания.

При необходимости форму, по меньшей мере, одного вентиляционного отверстия, а также форму, по меньшей мере, одного другого вентиляционного отверстия можно регулировать для удовлетворения конкретных требований к скорости подвижного элемента.

Если разъединительное устройство должно быть компактным применительно к общему размеру, как преимущество, по меньшей мере, часть подвижного элемента должна иметь чашеобразный участок, и этот чашеобразный участок должен окружать разъединительный картридж, по меньшей мере, частично.

Поскольку обеспечено то, что первый вывод разъединительного узла механически соединяют с кронштейном или ограничителем перенапряжений, как преимущество, корпусной узел должен быть механически жестко соединен с первым выводом разъединительного узла.

При необходимости, по меньшей мере, одно другое вентиляционное отверстие в исходном состоянии разъединительного устройства может быть закрыто полимерным материалом, предпочтительно тонкой полимерной фольгой. После срабатывания разъединительного узла и быстрого увеличения давления газа в полости тонкая пленка будет разрываться, так чтобы другое вентиляционное отверстие действовало назначенным образом. Пленка может способствовать защите внутренней стороны разъединительного устройства от воздействия внешней среды, например, дождя, пыли, насекомых и т.п., что может отрицательно влиять на надлежащее функционирование разъединительного устройства.

Вышеуказанные преимущественные эффекты сходным образом относятся к устройству защиты от перегрузок, содержащему высоковольтный ограничитель перенапряжений и разъединительное устройство, описанные выше. В этом случае первый вывод ограничителя перенапряжений выполнен с возможностью электрического соединения с электросетью, т.е. с линией электросети, в то время как первый вывод разъединительного устройства электрически соединен со вторым выводом высоковольтного ограничителя перенапряжений, а второй вывод разъединительного устройства выполнен с возможностью электрического соединения с потенциалом Земли.

Другие особенности показаны на чертежах и описаны в остальной части описания.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано разъединительное устройство по первому варианту осуществления в исходном состоянии, т.е. до срабатывания, схематический вид в разрезе;

на фиг. 2 – разъединительное устройство на фиг. 1 после срабатывания;

на фиг. 3 – разъединительное устройство по первому варианту осуществления без таких элементов разъединительного устройства, как первый вывод, второй вывод, разъединительный картридж, подвижный элемент и т.п., вид в разрезе;

на фиг. 4 – устройство защиты от перегрузки с ограничителем перенапряжений и разъединительным устройством согласно первому варианту осуществления;

на фиг. 5 – разъединительное устройство по второму варианту осуществления в исходном состоянии, т.е. до срабатывания, упрощенный вид в разрезе; и

на фиг. 6 – разъединительное устройство на фиг. 5 после срабатывания.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 и фиг. 3 показано разъединительное устройство 10 для ограничителя перенапряжений согласно первому варианту осуществления. Разъединительное устройство 10 имеет корпусной узел 14, содержащий внутренний корпус 15 и наружный корпус 16, проходящий вокруг внутреннего корпуса 15. Между внутренним корпусом 15 и наружным корпусом 16 обеспечен зазор. На фиг. 1 показана только половина корпусного узла 14. Половины корпусного узла 14 соединены друг с другом на фланцевой части 18 посредством болтового соединения, сварки, заклепочного соединения или других пригодных соединительных средств. Корпусной узел выполнен из изоляционного материала, например, из полимерного материала.

Внутренний корпус 15 ограничивает полость 20, в которой расположен разъединительный узел 25. Разъединительный узел 25 имеет первый вывод 30, который выступает из корпусного узла 14. Первый вывод 30 выполнен с возможностью прикрепления к ограничителю перенапряжений (не показан). Второй вывод 35 разъединительного узла 25 выполнен с возможностью соединения с потенциалом 37 Земли, например, посредством электрического кабеля 36, что создает преимущество за счет его гибкости. В исходном состоянии разъединительного узла 25, т.е. до срабатывания разъединительного устройства, между первым выводом 30 и вторым выводом 35 разъединительного узла 25 расположен разъединительный картридж 26. Со вторым выводом 35 разъединительного узла 25 соединен подвижный элемент 40, который соответствует размеру сечения полости 20 и направляется подобно поршню внутри цилиндрической полости 20. Это достигается посредством обода 50 подвижного элемента 40, который соответствует по форме и размеру сечению полости 20 и действует в качестве ползуна, так что подвижный элемент 40 может свободно перемещаться внутри полости 20 вдоль продольной оси 19.

Когда разъединительный узел 25 срабатывает в случае перегрузки по току в токопроводящей дорожке между первым выводом 30 и вторым выводом 35, соединенным с потенциалом Земли, разъединительный картридж 26 быстро нагревается и вызывает разделение разъединительного узла 25 под действием распространяющегося горячего газа, образующегося разъединительным картриджем 26, разрывая токопроводящую дорожку между первым выводом 30 и вторым выводом 35. Технология изготовления разъединительных картриджей хорошо известна. Разъединительный картридж представляет собой устройство, содержащее варисторный элемент, образованный из SiC-блока, и картридж, и спроектированное таким образом, что оно перегревается и срабатывает в результате воспламенения под действием температуры до того, как перегреется соответствующий ограничитель 140 перенапряжений, образующий другой варистор, так что он достигнет предела по нагреву и выйдет из строя.

Соответственно, подвижный элемент 40 вместе со вторым выводом 35 приводится в движение внутри полости 20 распространяющимся газом из картриджа 26 в направлении нижнего конца 45 полости 20, показанного на фиг. 1.

Поперечные сечения подвижного элемента 40 и полости 20 являются шестиугольными, если смотреть в направлении продольной оси 19.

Рядом с концом 45 полости 20 расположена удерживающая секция 60, предназначенная для удерживания ободка 50 подвижного элемента 40 в его конечном положении у нижнего конца 45 полости 20, которая образована кольцевым выступом 48 на внутренней стенке внутреннего корпуса. Указанный кольцевой выступ 48 немного деформирован в поперечном сечении и имеет конический заплечик 21, который позволяет ободку 50 подвижного элемента 40 скользить по нему из исходного положения 31 в конечное положение 32, и упорный заплечик 22, который надежным образом препятствует обратному перемещению ободка 50 подвижного элемента 40 в исходное положение.

На фиг. 1 электропроводящая дорожка между первым выводом 30 и вторым выводом 35 еще не разорвана и проходит через электропроводящий разъединительный картридж 26.

На фиг. 2 разъединительное устройство 10 из фиг. 1 показано в состоянии после срабатывания разъединительного устройства 10. Подвижный элемент 40 был приведен в движение давлением распространяющегося газа от срабатывающего разъединительного узла 25 вместе со вторым выводом 35 в направлении конца 45 полости 20. Первый вывод 30 и второй вывод 35 смещены друг от друга на предварительно заданное изолирующее расстояние, так что электропроводящая дорожка между первым выводом 30 и вторым выводом 35 разорвана. Это связано с тем, что конструкция разъединительного картриджа 26 была разрушена во время срабатывания разъединительного узла 25.

На фиг. 2 подвижный элемент 40 расположен на конце 45 полости 20 и удерживается от обратного перемещения в исходное положение упорным заплечиком 22 выступа 48. В то же самое время полость 20 фактически закрыта за исключением вентиляционных отверстий, описанных далее. Таким образом, горячие твердые частицы из срабатывающего разъединительного узла 25 удерживаются внутри полости 20 и, тем самым, внутри корпуса 15.

Корпус выполнен с возможностью обеспечения различных функций. Совместно с подвижным элементом 40 он определяет ограничиваемый переменный объем полости 20, который использует энергию взрыва разъединительного картриджа 26 для увеличения давления, пригодного для поддержания скорости разделения первого вывода 30 (неподвижного) и второго вывода 35 (соединенного с приводимым в движение элементом и с потенциалом 37 Земли), которая является достаточно высокой для прерывания тока перегрузки. Кроме того, посредством удерживания подвижного элемента 40 исключается последующий повторный пробой после прохождения тока через нуль. Изолирующее расстояние между первым выводом 30 и вторым выводом 35 является достаточным, чтобы предотвратить повторное зажигание дуги в случае перегрузки.

В вариантах выполнения корпус 15 имеет отверстие 55 (см. фиг. 1), расположенное в конце полости 20. Подвижный элемент 40 и отверстие 55 отрегулированы друг с другом, так что после срабатывания разъединительного узла 25 часть подвижного элемента 40 входит в отверстие 55 и, таким образом, закрывает его. Для примера это показано на фиг. 1 и фиг. 2, причем на последней фигуре показано закрытое состояние после срабатывания разъединительного узла. Таким образом, часть подвижного элемента 40, выступающая через отверстие 55, видна наблюдателю снаружи корпуса 15. Для того чтобы наблюдателю было легче определять состояние «после срабатывания», по меньшей мере, часть подвижного элемента 40, выступающая через отверстие 55 (см. фиг. 2), может иметь цвет-сигнал, например, красный или оранжевый. Между отверстием 55 и трубчатой секцией 42 существует только небольшой кольцевой зазор, например, размером 0,1 – 5 мм, более преимущественно 0,5 – 3,5 мм.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2 совместно с фиг. 3, внутренний корпус 15 имеет множество вентиляционных отверстий 65, соединяющих полость 20 с зазором снаружи внутреннего корпуса 15. Наружный корпус 16 имеет множество других вентиляционных отверстий 66, соединяющих зазор с наружной стороной разъединительного устройства 10. Вентиляционные отверстия 65 и вентиляционные отверстия 66 смещены относительно друг друга, поэтому на пути газов из полости 20 от срабатывающего разъединительного картриджа 26, т.е. на пути 68 их выпуска, образован лабиринт 67. На фиг. 3 упрощенно показан на виде в разрезе корпусной узел 14 без подвижного элемента 40 так, чтобы было видно отверстие 55 в дне корпусного узла 14.

Вентиляционные отверстия 65, а также вентиляционные отверстия 66 являются пазами, имеющими щелеобразную форму и продолжающимися в направлении продольной оси 19. Эффект вентиляционных отверстий 65 состоит в том, они способствуют уменьшению давления газа внутри полости 20, когда подвижный элемент 40 движется к концу 45 полости 20.

В вариантах выполнения, показанных на фиг. 1 и 2, подвижный элемент 40 имеет форму чашки с выступающим ободком 50, имеющей шестиугольное поперечное сечение, по меньшей мере, на участке с наибольшим диаметром. На фиг. 1 показано, что разъединительное устройство 10 окружает разъединительный картридж 26, по меньшей мере, частично. Таким образом, объем между первым выводом 30 и подвижным элементом 40 рассчитан таким образом, что он образует значительную часть, занимаемую разъединительным картриджем 26. Это обеспечивает перемещение подвижного элемента 40 с очень большим ускорением.

Первый вывод 30 разъединительного узла 25 в некоторых вариантах осуществления прикреплен к корпусу 15 посредством привинчивания. Другими словами, в том месте, где первый вывод продолжается через корпусной узел 14, корпус имеет внутреннюю резьбу, соответствующую наружной резьбе на первом выводе 30.

На фиг. 4 показано устройство 11 защиты от перегрузки с разъединительным устройством 10, которое электрически соединено с высоковольтным ограничителем 140 перенапряжений. Первый вывод 141 ограничителя 140 перенапряжений выполнен с возможностью электрического соединения с линией 139 энергосети. Первый вывод 30 разъединительного устройства 10 электрически соединен со вторым выводом 142 высоковольтного ограничителя 140 перенапряжений. Второй вывод 35 разъединительного устройства 10 выполнен с возможностью электрического соединения с потенциалом 37 Земли посредством гибкого кабеля 36 заземления. Для механического скрепления с электрической изоляцией устройства 11 защиты от перегрузки к такой конструкции, как мачта или опора, используется кронштейн 143.

Устройство 11 защиты от перегрузки действует следующим образом. Когда ограничитель 140 перенапряжений входит в проводящее состояние после превышения предварительно заданного порогового значения тока из-за сбоя по перенапряжению результирующий сильный ток течет от линии 139 электросети через ограничитель 140 перенапряжений и разъединительное устройство 10 в Землю. Когда ток течет через разъединительный узел 25 в начальном состоянии перегрузки, разъединительный картридж 26 срабатывает через предварительно заданный интервал времени, который определяется протеканием тока и характеристиками разъединительного картриджа 26. Далее срабатывает разъединительный узел 25, образующий некоторый объем горячего газа, а также твердые остатки, которые являются очень горячими. Результирующий быстрый рост давления в полости 20 приводит в движение подвижный элемент по направлению к концу 45 полости. В то же самое время прерывается протекание тока между ограничителем 140 перенапряжений и Землей, соединенной через второй вывод 35 с разъединительным устройством 10. Благодаря надежному удерживанию подвижного элемента 40 на конце полости 20 и, тем самым, на удалении от первого вывода, устраняется риск нежелательного вторичного зажигания дуги, и решается проблема с перегрузкой. После срабатывания разъединительного устройства 10 оно подлежит замене, поскольку разъединительный картридж 26 был израсходован на этапе стадии срабатывания.

Далее со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6 приведено описание второго варианта осуществления разъединительного устройства 100. Принцип действия указанного разъединительного устройства 100 согласно второму варианту осуществления, по существу, такой же, как и принцип действия, описанный со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2. Исходя из этого, далее приведено только описание отличий второго варианта выполнения от первого варианта выполнения, в то время как идентичные или, по меньшей мере, функционально идентичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. На фиг. 5 показано разъединительное устройство 100 в исходном состоянии, т.е. перед срабатыванием, в то время как на фиг. 6 оно показано в состоянии после срабатывания.

Следует отметить, что для разъединительного устройства согласно второму варианту осуществления показан наружный корпус 16, скомпонованный таким же образом, как показано на фиг. 3, но он не показан на фиг. 5 и 6 для максимального упрощения фигур.

Во втором варианте осуществления полость 20 во внутреннем корпусе 15, а также подвижный элемент 41 имеют круглое поперечное сечение. Ободок 50 подвижного элемента 41 удлинен в направлении продольной оси для облегчения перемещения из первого положения в конечное положение. Подвижный элемент 41 также имеет форму чашки и окружает разъединительный картридж 26 сбоку и в осевом направлении к нижнему концу 45 полости 20.

Трубчатая секция 42 имеет диаметр меньше, чем диаметр чашеобразного участка подвижного элемента 41. Диаметр трубчатой секции 42 и диаметр отверстия 55 подобраны таким образом, что трубчатая секция 42 может свободно перемещаться в отверстии 55. И в этом случае между отверстием 55 и трубчатой секцией 42 существует только небольшой кольцевой зазор, например, размером 0,1 – 5 мм, более преимущественно 0,5 – 3,5 мм. После срабатывания картриджа 26 и приведения в движение подвижного элемента 41 по направлению к концу 45 полости 20 перемещение подвижного элемента 41 направляется ободком 50 и внутренней стенкой внутреннего корпуса 15 и одновременно диаметром трубчатой секции 42 и отверстия 55.

В разъединительном устройстве (не показано) согласно еще одному варианту осуществления, которое является разновидностью устройства 100 согласно второму варианту осуществления, цилиндрическая стенка внутреннего корпуса 15 не содержит вентиляционные отверстия 65. Путь 68 выпуска газа проходит через первый кольцевой зазор между ободком 50 подвижного элемента 41 и через второй кольцевой зазор между трубчатой секцией 42 подвижного элемента 41 и отверстием 55 корпусного узла 14. Таким образом, и в этом случае горячие частицы из срабатывающего разъединительного узла 25 удерживаются внутри полости 20 и, следовательно, внутри корпусного узла 14, когда первый кольцевой зазор и второй кольцевой зазор образуют лабиринт.

В приведенном описании использованы примеры для раскрытия изобретения, включающие в себя налучший вариант осуществления, и создания возможности практического внедрения изобретения специалистами в этой области, включая сюда изготовление и использование устройств или систем и осуществление внедряемых способов. Несмотря на то, что выше был описан ряд конкретных вариантов осуществления, специалистам в этой области должно быть понятно, что сущность и объем формулы изобретения позволяют осуществлять в равной степени эффективные модификации. В частности, взаимно неисключающие особенности вариантов осуществления, описанные выше, можно комбинировать друг с другом. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, предложенные специалистами в этой области техники. Предусматривается, что указанные другие примеры соответствуют объему формулы изобретения, если они имеет элементы конструкции, которые не отличаются от дословной формулировки в формуле изобретения, или если они включают в себя эквивалентные элементы конструкции с несущественными отличиями от дословной формулировки в формуле описания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно: к разъединительному устройству (10) для ограничителя перенапряжений. Техническим результатом является усовершенствование защиты окружающей среды он непреднамеренного возгорания, вызванного перегрузкой по току. Разъединительное устройство (10) содержит корпус (15), включающий в себя полость (20), и разъединительный узел (25), расположенный внутри полости (20). Разъединительное устройство выполнено с возможностью соединения с ограничителем перенапряжений и с потенциалом Земли. Корпус (15) образует внутренний корпус (15) корпусного узла (14). Корпусной узел (14) содержит внутренний корпус (15) и наружный корпус (16). По меньшей мере одно вентиляционное отверстие (65) внутреннего корпуса (15) сообщается по текучей среде с по меньшей мере одним другим вентиляционным отверстием (66) наружного корпуса (16) так, что на пути (68) выпуска газов образован лабиринт (67) для газов, поступающих из срабатывающего разъединительного картриджа (26). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Разъединительное устройство (10, 100) для ограничителя (140) перенапряжений, содержащее:

- корпус (15), включающий в себя полость (20);

- разъединительный узел (25), расположенный внутри полости (20), имеющий первый вывод (30), выполненный с возможностью соединения с ограничителем (140) перенапряжений, второй вывод (35), выполненный с возможностью соединения с потенциалом (37) Земли, подвижный элемент (40, 41), расположенный на втором выводе (35) и соответствующий размерам корпуса (15), и разъединительный картридж (26), расположенный в полости (20);

причем корпус (15) образует внутренний корпус (15) корпусного узла (14), при этом корпусной узел (14) содержит наружный корпус (16); и

внутренний корпус (15) содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие (65), соединяющее полость (20) с наружной стороной внутреннего корпуса (15); и

наружный корпус (16) содержит по меньшей мере одно другое вентиляционное отверстие (66), соединяющее наружную сторону внутреннего корпуса (15) с наружной стороной разъединительного устройства для выпуска газов из срабатывающего разъединительного картриджа (26); и

по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (65) и, по меньшей мере, одно другое вентиляционное отверстие (66) смещены относительно друг друга так, что на пути (68) выпуска газов образован лабиринт (67) для газов, поступающих из срабатывающего разъединительного картриджа (26).

2. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 1, в котором лабиринт (67) выполнен так, что никакие частицы, образующиеся в полости (20), не могут покидать полость (20), выходя наружу разъединительного устройства беспрепятственно.

3. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 1, в котором, по меньшей мере, одно другое вентиляционное отверстие (66) выполнено так, что через него не могут проходить никакие частицы опасного размера, потенциально способные к образованию огня.

4. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 1, в котором подвижный элемент (40, 41) расположен в корпусе (15) с возможностью перемещения так, что он направляется по внутреннему корпусу (15) из исходного положения (31) в конечное положение (32) на конце (45) полости (20) посредством газа из разъединительного картриджа (26) в состоянии срабатывания разъединительного узла (25).

5. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 4, в котором корпусной узел (14) имеет удерживающую секцию (60) для удерживания подвижного элемента (40, 41) в подвижной секции (60) после перемещения подвижного элемента (40, 41) по направлению к концу (45) полости (20).

6. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 5, в котором удерживающая секция (60) корпусного узла (14) образована так, что внутренний корпус (15) имеет по меньшей мере один выступ (48), выступающий в полость (20).

7. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-6, в котором корпусной узел (14) имеет отверстие (55) на конце (45) полости (20) и подвижный элемент (40, 41) и отверстие (55) отрегулированы относительно друг друга так, что часть подвижного элемента (40, 41) входит в отверстие (55) и тем самым закрывает его.

8. Разъединительное устройство (100) по п. 7, в котором подвижный элемент (41) имеет трубчатую секцию (42) с диаметром, соответствующим отверстию (55) так, что перемещение подвижного элемента во время срабатывания разъединительного узла (25) направляется отверстием (55).

9. Разъединительное устройство (10, 100) по п. 7, в котором после срабатывания разъединительного узла (25) часть подвижного элемента (40, 41) выступает через отверстие (55) так, что она видна наблюдателю с наружной стороны корпуса (15).

10. Разъединительное устройство (100) по п. 9, в котором часть подвижного элемента (41), которая выступает через отверстие (55), образована трубчатой секцией (42).

11. Разъединительное устройство (100) по п. 9, в котором трубчатая секция (42) подвижного элемента (41) имеет такую длину, что она защищает кабель (36) заземления от продольного изгиба во время срабатывания разъединительного устройства после соединения кабеля (36) заземления со вторым выводом (35).

12. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 8-10, в котором, по меньшей мере, часть подвижного элемента (40, 41), выступающая через отверстие (55) поле срабатывания разъединительного узла (55), имеет цвет-сигнал для индикации того, сработал ли разъединительный узел или он еще находится в исходном состоянии.

13. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-12, в котором во внутреннем корпусе (15), по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (65) образовано в виде множества отверстий (65).

14. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-13, в котором, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (65) имеет пазообразную форму, проходя в направлении продольной оси, определяемой общей формой полости (20), и в направлении перемещения подвижного элемента (40, 41).

15. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-14, в котором, по меньшей мере, часть подвижного элемента (40, 41) имеет чашеобразный участок, и этот чашеобразный участок окружает разъединительный картридж (26), по меньшей мере, частично.

16. Разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-15, в котором корпусной узел (14) механически соединен с первым выводом (30) разъединительного узла (25).

17. Разъединительное устройство по любому из пп. 1-16, в котором поперечные сечения подвижного элемента (40, 41) и полости (20) имеют многоугольную форму.

18. Разъединительное устройство по любому из пп. 1-17, в котором лабиринт (67) сохраняется после электрического разделения первого вывода (30) и второго вывода (35).

19. Разъединительное устройство по любому из пп. 1-18, в котором, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (65) внутреннего корпуса (15) проходит через него насквозь, перпендикулярно направлению продольной оси разъединительного узла, определяемой общей формой полости (20), и направлению перемещения подвижного элемента (40, 41).

20. Устройство защиты от перегрузки, содержащее высоковольтный ограничитель (140) перенапряжений и разъединительное устройство (10, 100) по любому из пп. 1-19,

в котором первый вывод (141) ограничителя (140) перенапряжений выполнен с возможностью электрического соединения с линией (139) электросети; и

первый вывод (30) разъединительного устройства (10) электрически соединен со вторым выводом (142) высоковольтного ограничителя (140) перенапряжений; и

второй вывод (35) разъединительного устройства (10, 100) выполнен с возможностью электрического соединения с потенциалом (37) Земли.