ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТАКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Российский патент 2020 года по МПК H01H9/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к защитному устройству для электрической цепи, а также к электрической цепи c таким защитным устройством. И наконец, изобретение относится к способу защиты такой электрической цепи.

В области защиты электрических цепей известно использование устройства или защитного электрического компонента, способного размыкать электрическую цепь, когда по этой цепи проходит ток повреждения, такой как ток перегрузки или ток короткого замыкания.

В этом отношении существуют несколько защитных устройств, таких как плавкие предохранители. В известном способе защиты плавкий предохранитель является диполем, который использует эффект Джоуля для электрического тока, проходящего по нему, для того чтобы в случае перегрузки, вызывать расплавление электрического проводника, которое таким образом приводит к размыканию электрической цепи и в результате предотвращает прохождение электрического тока. Плавким предохранителям задаются такие размеры, которые зависят от тока повреждения, от которого должна защищаться система, а также от времени размыкания. Также известны пиротехнические автоматические выключатели, также называемые «термовыключатели» («pyroswitches»). В настоящее время для пиротехнических автоматических выключателей существует одно ограничение, состоящее в их низкой способности размыкать токи высокого напряжения, например, превышающего 50 В. В действительности, во время прерывания цепи под высоким напряжением, возникает электрическая дуга, которая может вызывать взрыв устройства. Кроме того, чтобы гарантировать выключение, пиротехнические автоматические выключатели часто выполняются громоздкими.

В этом отношении, также известно использование гибридного защитного устройства, характеризующегося размещением двух защитных электрических компонентов, соединённых параллельно, таких как плавкий предохранитель и пиротехнический автоматический выключатель. Патент США US-7,875,997-B1 описывает один пример такого устройства. Расположение этих двух компонентов по параллельной схеме обеспечивает множество преимуществ. Во-первых, пиротехнический автоматический выключатель не является настолько резистивным, как плавкий предохранитель, и преобладающая часть тока будет направляться в пиротехнический выключатель. Когда защита будет приведена в действие под воздействием тока повреждения, пиротехнический автоматический выключатель размыкается. Плавкий предохранитель на этой стадии всё ещё остаётся замкнутым, это замыкает накоротко пиротехнический автоматический выключатель, предотвращая возникновение электрической дуги внутри выключателя. Затем ток направляется в плавкий предохранитель, вызывая его расплавление. Такое защитное устройство может использоваться с высокими электрическими напряжениями, превышающими предельное напряжение пиротехнического автоматического выключателя, вплоть до уровня напряжения, эквивалентного калибру плавкого предохранителя. Поскольку плавкий предохранитель испытывает действие только низких токов во время нормального использования, он может быть маленьким, что уменьшает его стоимость и время отключения.

Однако пиротехнический автоматический выключатель должен иметь цепь управления, способную управлять отключением. Такая цепь управления может быть сложной и включать в себя, например, датчик тока, модуль обработки данных и микроконтроллер. Таким образом, цепь управления должна получать питание от внешнего источника питания. Гибридное защитное устройство, состоящее из плавкого предохранителя, пиротехнического автоматического выключателя и цепи управления, не является автономным, и, несмотря на низкую стоимость плавкого предохранителя, такое устройство создаёт более высокую стоимость и громоздкость, в частности, вследствие наличия внешнего источника питания.

Если более точно, изобретение направлено на устранение этих недостатков посредством предложения нового защитного устройства для электрической цепи, которое является автономным, в то же время уменьшающим затраты на производство.

В этом контексте изобретение относится к защитному устройству для электрической цепи, сконфигурированному таким образом, чтобы пропускать электрический ток. Защитное устройство содержит:

- первый проводник,

- второй проводник,

- первый плавкий предохранитель, присоединённый к выходному проводнику,

- по меньшей мере один пиротехнический автоматический выключатель, присоединённый параллельно к первому плавкому предохранителю, при этом пиротехнический автоматический выключатель включает в себя область управления, способную принимать инициирующий сигнал, и силовую область для прохождения электрического тока, и

- цепь управления, сконфигурированную таким образом, чтобы обеспечивать и передавать инициирующий сигнал для области управления пиротехнического автоматического выключателя.

Устройство дополнительно содержит: второй плавкий предохранитель, присоединённый последовательно между входным проводником и первым плавким предохранителем, при этом он способен обеспечивать питающее напряжение для схемы управления, таким образом схема управления присоединяется между вторым плавким предохранителем и областью управления пиротехнического автоматического выключателя.

Благодаря изобретению, второй плавкий предохранитель обеспечивает информацию о наличии тока повреждения, и питающее напряжение, необходимое для работы схемы управления. Схема управления отвечает за генерирование и передачу инициирующего сигнала для пиротехнического автоматического выключателя. Защитное устройство имеет низкую стоимость производства и компактные размеры, поскольку оно не нуждается в наружном источнике питания для запуска пиротехнического автоматического выключателя. Таким образом, защитное устройство даёт возможность рекуперировать электрическую энергию, генерируемую посредством расплавления второго плавкого предохранителя. Кроме того, защитное устройство, в соответствии с изобретением, создаёт очень маленькие потери мощности и улучшенное функционирование функции выключения.

В соответствии с предпочтительными, но необязательными аспектами изобретения, такое защитное устройство может включать в себя один или более из следующих признаков, рассматриваемых в любой технически возможной комбинации:

- ток отключения второго плавкого предохранителя равен номинальному значению электрического тока, причём это номинальное значение тока определяется как максимальное значение тока, обеспечиваемое для прохождения тока в защитном устройстве при нормальной операции, а напряжение отключения первого плавкого предохранителя равно номинальному значению электрического напряжения, причём это номинальное значение электрического напряжения определяется как максимальное значение обеспечиваемого напряжения, которое должно прикладываться к клеммам защитного устройства при нормальной операции.

- силовая область пиротехнического автоматического выключателя имеет электрическое сопротивление, которое значительно меньше, чем сопротивление первого плавкого предохранителя.

- ток отключения первого плавкого предохранителя по меньшей мере в четыре раза меньше или равен номинальному значению электрического тока, а напряжение отключения второго плавкого предохранителя по меньшей мере в четыре раза меньше или равно номинальному значению электрического напряжения.

- устройство конфигурируется таким образом, чтобы оно последовательно находилось на следующих этапах: в замкнутой конфигурации, где первый и второй плавкие предохранители являются нерасплавленными, первой промежуточной конфигурации, где второй плавкий предохранитель является расплавленным и обеспечивается питающее напряжение для схемы управления, и второй промежуточной конфигурации, где активизируется пиротехнический автоматический выключатель, а первый плавкий предохранитель не является расплавленным, и в разомкнутой конфигурации, где первый и второй плавкие предохранители являются расплавленными.

- устройство содержит по меньшей мере два пиротехнических автоматических выключателя, присоединённых параллельно к первому плавкому предохранителю между первым проводником и вторым проводником.

- схема управления включает в себя потенциометр, способный управлять инициирующим сигналом, посылаемым в область управления пиротехнического автоматического выключателя.

Изобретение также относится к электрической цепи, которая конфигурируется таким образом, чтобы получать питание от электрического тока, причём электрическая цепь оборудуется защитным устройство в соответствии с изобретением.

И последнее, изобретение относится к способу защиты электрической цепи, в соответствии с изобретением, способ включает в себя по меньшей мере следующие этапы:

a) расплавление второго плавкого предохранителя, вызванное током повреждения, и подачу электропитания к схеме управления,

b) передачу инициирующего сигнала к пиротехническому автоматическому выключателю с использованием схемы управления,

с) запуск пиротехнического автоматического выключателя и отключение силовой области пиротехнического автоматического выключателя,

d) расплавление первого плавкого предохранителя, вызванное током повреждения.

В соответствии с одним отдельным вариантом осуществления изобретения, во время этапа а), подача питающего напряжения схемы управления генерируется с помощью электрической дуги, которая возникает между клеммами второго плавкого предохранителя.

Изобретение будет более понятным и другие его преимущества проявятся более ясно в свете последующего описания защитного устройства, электрической цепи и способа, выполненных в соответствии с изобретением, обеспечиваемых исключительно в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг. 1 является схематической иллюстрацией защитного устройства, выполненного в соответствии с изобретением, и электрической цепи, включающей в себя защитное устройство.

Фиг. 2 является схематической иллюстрацией защитного устройства, показанного на фиг. 1, когда второй плавкий предохранитель является расплавленным.

Фиг. 3 является иллюстрацией, аналогичной фиг. 2, когда пиротехнический автоматический выключатель является разомкнутым.

Фиг. 4 является иллюстрацией, аналогичной фиг. 3, когда первый плавкий предохранитель является расплавленным.

Фиг. 5 является блок-схемой защитного способа, в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 является иллюстрацией, аналогичной фиг. 1, для защитного устройства и цепи, выполненных в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 1 показывает электрическую цепь 1, конфигурированную для пропускания электрического тока I и снабженную защитным устройством 2. Электрическая цепь 1 содержит нагрузку 3 и предназначена для подключения к источнику тока (не показан), постоянного или переменного, в зависимости от нагрузки 3. Защитное устройство 2 способно размыкать электрическую цепь 1, когда по ней протекает ток повреждения. Током повреждения считается любой электрический ток I, имеющий величину тока, превышающую или равную номинальному значению In тока, также называемому номинальным током In. Это номинальное значение In тока определяется как максимальное значение тока для прохождения в защитном устройстве 2 во время нормальной работы. Оно задаётся в зависимости от характера электрической цепи 1. Таким образом, в последующем описании ток повреждения определяется как сумма токов In + Id, где Id обозначает ток перегрузки. Максимальная разность потенциалов, которая может быть приложена к выводам защитного устройства 2, при подаче электропитания на нагрузку 3, без размыкания цепи защитным устройством 2, называется значением номинального напряжения и в дальнейшем обозначается как Vn. Это значение номинального напряжения также определяется в зависимости от характера электрической цепи. Выбор значений In номинального тока и значения Vn номинального напряжения зависит от характера нагрузки 3, которая должна защищаться.

Током Id повреждения является, например, ток перегрузки или ток короткого замыкания, который представляет риск для нагрузки 3 электрической цепи 1. Защитное устройство 2 содержит первый проводник 4 и второй проводник 6. В этом примере первый проводник 4 образует входной проводник для электрического тока, а второй проводник 6 образует выходной проводник для электрического тока. Нагрузка 3 подключена к выходному проводнику. Проводники 4 и 6 конфигурируются таким образом, чтобы соединять защитное устройство 2 с остальной частью электрической цепи 1, и таким образом для пропускания любого электрического тока. В нормальном рабочем состоянии, т.е. без тока повреждения, электрический ток I, который проходит между проводниками 4 и 6, меньше или равен значению In номинального тока, а электрическое напряжение на выводах проводников 4 и 6 меньше или равно значению Vn номинального напряжения.

Защитное устройство 2 также содержит первый плавкий предохранитель 8 и второй плавкий предохранитель 10, которые подключены последовательно между проводниками 4 и 6. Первый плавкий предохранитель 8 подключен к выходному проводнику 6, в то время как второй плавкий предохранитель 10 подключен последовательно между входным проводником 4 и первым плавким предохранителем 8. Позиция 5 обозначает промежуточный проводник, соединяющий между собой плавкие предохранители 8 и 10, поэтому промежуточный проводник вставлен между проводниками 4 и 6.

В известном способе плавкий предохранитель является диполем, выводы которого электрически соединены между собой только с помощью токопроводящего элемента, который способен разрушаться, главным образом посредством расплавления вследствие эффекта Джоуля, когда по нему протекает электрический ток, превышающий пороговое значение. Это пороговое значение здесь называется «ток отключения» (cutoff current). Напряжение отключения плавкого предохранителя, называемое «номинальное напряжение» (rated voltage), в этом описании определяется как значение электрического напряжения на выводах плавкого предохранителя, начиная с которого плавкий предохранитель не может прерывать прохождение электрического тока, когда токопроводящий элемент разрушен. Когда плавкий предохранитель начал расплавляться, если к выводам прикладывается напряжение, превышающее его номинальное значение, между этими выводами образуется электрическая дуга, и она простирается, позволяя протекать электрическому току.

Далее плавкий предохранитель называется «расплавленным», если токопроводящий элемент разрушен, и электрическая дуга не может образовываться, учитывая значения электрического напряжения в электрической цепи 1. Затем формируется электрически разомкнутая цепь, через которую не может проходить электрический ток. Плавкий предохранитель здесь называется «в процессе расплавления», когда протекающий электрический ток превысил ток отключения, вызывая начало процесса расплавления токопроводящего элемента, но электрическое напряжение на его выводах более высокое, чем номинальное напряжение этого плавкого предохранителя, при этом появляется электрическая дуга между его выводами. Электрическая дуга продолжается до тех пор, пока плавкий предохранитель находится в процессе расплавления.

Первый и второй плавкие предохранители 8 и 10 имеют различные калибры. В частности, ток I₈ отключения первого плавкого предохранителя 8 значительно меньше номинального значения In. «Значительно» означает, что ток отключения по меньшей мере в четыре раза, например, в десять раз или пятьдесят раз меньше номинального значения In. Такая размерность возможна вследствие того, что плавкий предохранитель 8 обычно не предназначен для пропускания номинального тока In. Ток I₁₀ отключения второго плавкого предохранителя 10 равен, на практике в пределах 1% или 3% номинальному значению In. Таким образом, ток I₈ отключения первого плавкого предохранителя 8 значительно меньше, чем ток I₁₀ отключения второго плавкого предохранителя 10.

Номинальное напряжение V₈ первого плавкого предохранителя 8 равно, на практике в пределах 1% или 3%, номинальному значению Vn напряжения. Номинальное напряжение V₁₀ второго плавкого предохранителя 10 значительно меньше, чем номинальное напряжение Vn. «Значительно» означает, что номинальное напряжение по меньшей мере в четыре раза, например, в пять раз или десять раз меньше номинального значения Vn. Таким образом, номинальное напряжение V₁₀ второго плавкого предохранителя 10 значительно меньше, чем номинальное напряжение V₈ первого плавкого предохранителя 8.

Защитное устройство 2 также содержит пиротехнический выключатель 12 и схему 14 управления.

Пиротехнический выключатель 12 подключен параллельно с первым плавким предохранителем 8 между промежуточным проводником 5 и выходным проводником 6. Пиротехнический выключатель 12 включает в себя первую область 16 и вторую область 18.

Первая область 16 называется областью управления и способна принимать инициирующий сигнал S. Вторая область 18 называется силовой областью.

Силовая область 18 является частью пиротехнического выключателя 12, которая электрически параллельно соединена с плавким предохранителем 8. Она конфигурирована для пропускания электрического тока I, который подаётся в электрическую цепь 1. В частности, силовая область 18 имеет электрическое сопротивление, которое значительно меньше, чем сопротивление первого плавкого предохранителя 8, например, по меньшей мере в десять раз меньше. Таким образом, прохождение электрического тока I по защитному устройству 2 можно рассматривать как прохождение электрического тока по второму плавкому предохранителю 10 и силовой области 18 пиротехнического выключателя 12, поскольку только незначительная часть электрического тока проходит по первому плавкому предохранителю 8.

На практике, когда электрический ток, проходящий через защитное устройство 2, превышает номинальный электрический ток In, второй плавкий предохранитель 10 начинает плавиться, и на выводах начинает появляться электрическая дуга А, как показано на фиг. 2. Часть электрического тока, которая проходит по первому плавкому предохранителю 8, не имеет достаточной интенсивности, чтобы запустить процесс расплавления первого плавкого предохранителя 8. Таким образом, второй плавкий предохранитель 10 имеет такие размеры и позиционирование, чтобы он начинал расплавляться раньше первого плавкого предохранителя 8.

Область 16 управления пиротехнического выключателя 12 включает в себя сопротивление 20, способное нагреваться, когда по нему проходит электрический ток. В известном способе пиротехнический выключатель также содержит взрывчатый агент (не показан), например, взрывчатый порошок, и отключающий элемент, такой как поршень или пирорезак. Отключающий элемент, который не показан на фигуре, изготовлен из электрически изолирующего материала, например, пластика. Он способен размыкать силовую область 18. На практике, когда через сопротивление 20 области 16 управления проходит электрический ток, сопротивление 20 нагревается и инициирует детонацию взрывчатого агента, что вызывает переключение отключающего элемента из первого положения, где он отделён от силовой области 18, во второе положение, в котором он размыкает силовую область 18 так, чтобы прерывать протекание электрического тока в электрической цепи 1.

Схема 14 управления конфигурирована таким образом, чтобы формировать и передавать инициирующий сигнал S в область 16 управления пиротехнического выключателя 12. Схема 14 управления подключена между вторым плавким предохранителем 10 и областью 16 управления. На практике инициирующий сигнал S, формируемый схемой 14 управления, является электрическим инициирующим током Is, который передаётся в области 16 управления. Таким образом, электрический инициирующий ток Is проходит через сопротивление 20 и инициирует пиротехнический выключатель 12.

В известном способе схема 14 управления может включать в себя один или несколько активных и/или пассивных электрических компонентов для генерирования и передачи инициирующего сигнала S. В частности, схема 14 управления может не содержать внутренний источник питания.

В соответствии с одним альтернативным вариантом, который не показан на фигурах, схема 14 управления содержит потенциометр, способный управлять инициирующим током Is, подаваемым в пиротехнический выключатель 12. Практически потенциометр выполнен таким образом, чтобы модулировать силу тока Is, который подается в область 16 управления пиротехнического выключателя 12. Таким образом, тензодатчик схемы 14 управления выполнен таким образом, чтобы управлять скоростью размыкания пиротехнического выключателя 12.

Таким образом, защитное устройство 2 выполнено таким образом, что оно находится в различных конфигурациях С1, С2, С3 и С4, а именно: замкнутой конфигурации С1, первой промежуточной конфигурации С2, второй первой промежуточной конфигурации С3 и разомкнутой конфигурации С4.

В замкнутой конфигурации С1, показанной на фиг. 1, электрический ток I, который подаётся в электрическую цепь 1, меньше номинального тока In, поэтому первый и второй плавкие предохранители 8 и 10 являются не расплавляются.

В первой промежуточной конфигурации С2, показанной на фиг. 2, электрический ток I, который подаётся в электрическую цепь 1, превышает пороговое значение In. Второй плавкий предохранитель 10 начинает расплавляться, и на контактах появляется электрическая дуга А. Эта электрическая дуга А вызывает появление напряжения V, которое в этом случае подаётся на схеме 14 управления. В действительности номинальное напряжение V₁₀ на втором плавком предохранителе 10 выбирается таким образом, чтобы электрическая дуга А продолжала существовать на контактах до тех пор, пока протекает ток I и предохранитель находится в процессе расплавления.

Во второй промежуточной конфигурации С3, показанной на фиг. 3, инициируется пиротехнический выключатель 12 и первый плавкий предохранитель замыкается. Схема 14 управления, на которую подаётся напряжение V, в этом случае формирует из этого напряжения V, инициирующий сигнал S и передаёт его в виде тока Is в электрическое сопротивление 20 области 16 управления. В это время инициируется пиротехнический выключатель 12, который быстро размыкает силовую область 18. Таким образом, электрический ток I поступает на первый плавкий предохранитель 8.

В разомкнутой конфигурации С4, показанной на фиг. 4, первый и второй плавкие предохранители 8 и 10 расплавлены. Действительно, как только процесс достигает второй промежуточной конфигурации С3, ток повреждения вызывает расплавление первого плавкого предохранителя 8 после заданного временного интервала в несколько миллисекунд (мс), который зависит от характеристик первого плавкого предохранителя 8. Поскольку значение тока I₈ отключения первого плавкого предохранителя 8 выбирается таким, чтобы оно было значительно меньше, чем номинальное значение In, первый плавкий предохранитель 8 расплавляется очень быстро, как только через него пропускается ток I. Номинальное напряжение V₈ на первом плавком предохранителе равно номинальному значению Vn, плавкий предохранитель плавится быстро и электрическая дуга на контактах не остаётся стабильной в течение длительного времени, в отличие от второго плавкого предохранителя 10.

На фиг. 1 схема 14 управления показана как «корпус», подключенный между вторым плавким предохранителем 10 и областью 16 управления. На фиг. 2 - 4 схема 14 управления показана как электрическое сопротивление 140 по причинам, раскрываемым в дальнейшем. На электрическое сопротивление 140 поступает напряжение V питания, генерируемое на контактах второго плавкого предохранителя 10. В данном случае значение сопротивления 20 меньше в десять раз или в сто раз, чем значение сопротивления 140. Поэтому сопротивление 140 определяет ток Is, передаваемый в область 16 управления. Действительно, независимо от электрических компонентов схемы 14 управления, эта цепь может быть показана на электрической схеме с помощью простого сопротивления 140, как например на фиг. 2 - 4. В схемах на фиг. 2 - 4 электрическое сопротивление 140 соединено последовательно с электрическим сопротивлением 20. Узел, образованный сопротивлением 20 и сопротивлением 140, соединен электрически параллельно со вторым плавким предохранителем.

Способ защиты электрической цепи 1, оборудованной защитным устройством 2, реализуется, когда в электрической цепи 1 электрический ток I больше номинального тока In и этот ток проходит через защитное устройство 2. В этом случае превышение по току Id существенно больше нуля. По умолчанию защитное устройство 2 находится в замкнутой конфигурации С1, поскольку электрический ток I подаётся в электрическую цепь 1 и первый и второй плавкие предохранители 8 и 10 не расплавлены. Способ защиты описывается ниже.

В начале этого способа и во время первоначального этапа а) при подаче электропитания в электрическое устройство 1 возникает неисправность и электрический ток проходит через защитное устройство 2. Вследствие прохождения электрического тока, через временной интервал, определяемый калибром второго плавкого предохранителя 10, второй плавкий предохранитель начинает плавиться и электрическая дуга А устанавливается на контактах второго плавкого предохранителя 10. Как упоминалось выше, размеры второго плавкого предохранителя 10 такие, чтобы электрическая дуга А сохранялась на контактах во время процесса плавления, когда имеется ток I, который создает напряжение V электропитания и гарантирует прохождение тока. Это напряжение V используется для подачи электропитания на схеме 14 управления. В конце этапа а) защитное устройство 2 находится в первой промежуточной конфигурации С2, когда второй плавкий предохранитель 10 находится в процессе расплавления, и напряжение V электропитания подаётся на схему 14 управления. Как упоминалось выше, поскольку схема управления является пассивной, напряжение V электропитания, подаваемое с помощью второго плавкого предохранителя 10, является источником электропитания схемы 14 управления, необходимым лишь для его работы. Таким образом, во время этапа а) способ включает расплавление второго плавкого предохранителя 10, вызванное электрическим током I, превышающим ток In, и подачу электропитания на схеме 14 управления.

Далее способ включает этап b), на котором схема 14 управления создаёт инициирующий сигнал S, который соответствует инициирующему электрическому току Is. Затем схема 14 управления передаёт этот инициирующий ток Is в пиротехнический выключатель 12, в частности, в области 16 управления пиротехнического выключателя 12. Поскольку электрическая дуга А всё ещё присутствует на контактах второго плавкого предохранителя 10, ток Id повреждения снова проходит в силовую область 18 пиротехнического выключателя 12. Во время этапа b) способ включает передачу инициирующего сигнала S в пиротехнический выключатель 12 с использованием схемы 14 управления.

Далее способ включает этап с), который включает инициирование пиротехнического выключателя 12 и отключение силовой области 18 пиротехнического выключателя 12. На практике, электрический ток Is проходит через электрическое сопротивление 20 области 16 управления, которая нагревается и инициирует детонацию взрывного агента пиротехнического выключателя 12. Как разъяснялось выше, детонация взрывного агента вызывает переключение отключающего элемента из первого положения во второе положение, для того чтобы отключить силовую область 18 пиротехнического выключателя 12. В конце этапа с) защитное устройство 2 находится во второй промежуточной конфигурации С3, когда инициируется пиротехнический выключатель 12, силовая область 18 размыкается, а первый плавкий предохранитель 8 всё ещё находится в замкнутом состоянии.

И, наконец, способ включает этап d), на котором электрический ток проходит через первый плавкий предохранитель 8, поскольку силовая область 18 пиротехнического выключателя 12 разомкнута. Первый плавкий предохранитель 8 имеет меньшие размеры по сравнению со вторым плавким предохранителем 10, поэтому первый плавкий предохранитель 8 быстро расплавляется вследствие протекания электрического тока I. Таким образом, защитное устройство 2 гарантирует размыкание электрической цепи 1, поскольку на контактах области 18 пиротехнического выключателя 12 не существует электрической дуги. Электрическая дуга может появиться на контактах первого плавкого предохранителя 8, когда он расплавляется, но она быстро гаснет, поскольку номинальное напряжение этого плавкого предохранителя 8 имеет такой же порядок величины, что и номинальное напряжение Vn. Как только первый плавкий предохранитель 8 расплавился, электрическая цепь размыкается и ток I больше по ней не протекает. В свою очередь электрическая дуга А гаснет и второй плавкий предохранитель 10 полностью расплавляется. Тогда защитное устройство 2 переходит в состояние разомкнутой конфигурации С4, в которой первый и второй плавкие предохранители 8 и 10 расплавлены.

Фиг. 6 показывает второй вариант осуществления изобретения. Элементы защитного устройства 2, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, которые являются аналогичными элементам первого варианта осуществления изобретения, имеют те же самые ссылочные позиции и не описываются подробно, ввиду того, что приведённое выше описание может быть перенесено на эти элементы. Защитное устройство 2 содержит два пиротехнических выключателя 12А и 12В. Два пиротехнических выключателя 12А и 12В соединены параллельно с первым плавким предохранителем 8 между входным проводником 4 и выходным проводником 6. В частности, каждый пиротехнический выключатель 12А и 12В содержит электрическое сопротивление 20А и 20В. Электрические сопротивления 20А и 20В соединены параллельно, по ним проходит часть инициирующего электрического тока Is, который вызывает нагрев этих сопротивлений 20А и 20В, как пояснялось выше.

В соответствии с альтернативным вариантом, который не показан на фигурах, защитное устройство 2 содержит три или больше трёх пиротехнических выключателей, соединенных параллельно.

Введение нескольких пиротехнических выключателей, которые соединены параллельно, позволяет защитному устройству 2 отключать очень сильный электрический ток I. Например, для альтернативного варианта, показанного на фиг. 6, каждый пиротехнический выключатель 12А и 12В выполнен таким образом, чтобы отключать ток Id повреждения в 200 А. Таким образом, защитное устройство 2 способно отключать электрический ток I, имеющий суммарную величину 400 А.

Альтернативно, нагрузка 3 электрически соединена с первым проводником 4. Тогда, в нормальном рабочем режиме электрический ток 1 протекает от второго проводника 6 к первому проводнику 4.

Рассмотренные выше альтернативные варианты могут быть скомбинированы для создания новых вариантов осуществления настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к защитному устройству (2) для электрической цепи (1), включающей в себя первый плавкий предохранитель (8), пиротехнический выключатель (12), подключенный параллельно с первым плавким предохранителем и содержащий область (16) управления, способную принимать инициирующий сигнал (S), и силовую область (18) для прохождения электрического тока. Устройство также содержит схему управления, выполненную с возможностью формировать и передавать инициирующий сигнал в область управления. Устройство включает в себя второй плавкий предохранитель, подключенный последовательно между первым входным проводником (4) и первым плавким предохранителем и выполненный с возможностью подавать напряжение (V) электропитания в схему управления, которая подключена между вторым плавким предохранителем и областью управления. Техническим результатом является уменьшение потерь мощности и улучшение функционирования выключателя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Защитное устройство (2) для электрической цепи (1), предназначенной для пропускания электрического тока (I), содержащее:

первый проводник (4),

второй проводник (6),

первый плавкий предохранитель (8), подключенный к указанному выходному проводнику,

по меньшей мере один пиротехнический выключатель (12), подключенный параллельно с первым плавким предохранителем, при этом пиротехнический выключатель включает в себя область (16) управления, способную принимать инициирующий сигнал (S), и силовую область (18) для прохождения электрического тока, и

схему (14) управления, выполненную с возможностью формировать и передавать инициирующий сигнал (S) в область управления пиротехнического выключателя,

отличающееся тем, что дополнительно содержит: второй плавкий предохранитель (10), подключенный последовательно между входным проводником (4) и первым плавким предохранителем (8), при этом он способен обеспечивать напряжение (V) электропитания для схемы (14) управления, причем схема управления подключена между вторым плавким предохранителем (10) и областью (16) управления пиротехнического выключателя (12).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что:

ток (I₁₀) отключения второго плавкого предохранителя (10) равен номинальному значению (In) электрического тока, причём указанное номинальное значение тока определяется как максимальное значение тока, обеспечиваемое для прохождения тока в защитном устройстве (2) при нормальной работе, и

напряжение (V₈) отключения первого плавкого предохранителя (8) равно номинальному значению (Vn) электрического напряжения, причём указанное номинальное значение напряжения определяется как максимальное значение напряжения на выводах защитного устройства (2) при нормальной работе.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что:

силовая область (18) пиротехнического выключателя (12) имеет электрическое сопротивление, которое по меньшей мере в десять раз меньше, чем сопротивление первого плавкого предохранителя (8).

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что:

ток (I₈) отключения первого плавкого предохранителя (8), как минимум, в четыре раза меньше или равен номинальному значению (In) электрического тока, и

напряжение (V₁₀) отключения второго плавкого предохранителя (10), как минимум, в четыре раза меньше или равно номинальному значению (Vn) электрического напряжения.

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что выполнено с возможностью иметь последовательно:

замкнутую конфигурацию (С1), в которой первый и второй плавкие предохранители (8, 10) являются нерасплавленными,

первую промежуточную конфигурацию (С2), в которой второй плавкий предохранитель (10) находится в процессе расплавления и обеспечивается напряжение (V) электропитания для схемы (14) управления,

вторую промежуточную конфигурацию (С3), в которой инициируется пиротехнический выключатель (12), а первый плавкий предохранитель (8) не расплавлен, и

разомкнутую конфигурацию (С4), в которой первый и второй плавкие предохранители расплавлены.

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере два пиротехнических выключателя (12А, 12В), подключенных параллельно с первым плавким предохранителем (8) между первым проводником (4) и вторым проводником (6).

7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что схема (14) управления включает в себя потенциометр, предназначенный для регулирования инициирующего сигнала (S), передаваемого в область (16) управления пиротехнического выключателя (12).

8. Электрическая цепь (1), характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью пропускать электрический ток (I) электропитания, причём электрическая цепь снабжена защитным устройством (2) по любому из пп. 1-7.

9. Способ защиты электрической цепи (1) по п. 8, включающий по меньшей мере следующие этапы:

a) расплавление второго плавкого предохранителя (10), вызванное током (Id) повреждения, и подача электропитания на схему (14) управления,

b) передача инициирующего сигнала (S) на пиротехнический выключатель (12) с использованием схемы управления,

с) запуск пиротехнического выключателя и размыкание силовой области (18) пиротехнического выключателя,

d) расплавление первого плавкого предохранителя (8), вызванное указанным током повреждения.

10. Способ по п. 9, в котором во время этапа а) напряжение (V) электропитания схемы (14) управления формируют посредством электрической дуги (А), которая устанавливается между выводами второго плавкого предохранителя (10).