Защитное устройство Советский патент 1983 года по МПК H01H71/40 H01H71/44 H01H29/18 

Изобретение относится к электро технике, в частности к защитным устройствам для защиты понижающих трансформаторбв на подстанциях. Данное предложение может быть использовано вместе с предохраните лями . Известно защитное устройство, содержащее электрический корпус с расположенными внутри подвижньм электродом, выполненньам из ртути и тремя неподвижными электродами, средним и двумя крайними W Недостатком устройства является низкая надежность срабатывания из-за выброса ртути в канал дуги при срабатывании, а также нё возможность.повторного использования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является защитное устройство, предназначенное для вертикальной установки, со держащее плавкую вставку, три неподвижных электрода и корпус из дв частей, одна из которых выполнена из немагнитного материала, а другая - из диэлектрического материала, причем внутри корпуса расположены подвижный сердечник, жидкометаллический контакт и демпфирующая жидкость, на части корпус выполненной из немагнитного матери ала, расположена катушка управлени верхний и средний неподвижные элек троды соединены с частью корпуса, выполненной иэ немагнитного материала, нижний неподвижный электрод выполнен с полостью, соединен со средним неподвижным электродом электрически посредством жидкометаллического контакта и механически - частью,кррпуса, выполненной из 1 диэлектрического материала, демпфирукяцая жидкость размещена в полости нижнего электрода, а плавкая вставка электрически соединена со средним электродом 2. Недостатком указанного устройст ва являются ограниченные коммутационные возможности, так как сама плавкая вставка является, источнико повьияенного тепловыделения, а такж одноразовость использования. Цель изобретения - повышение коммутационных возможностей и обеспечение многократности использова ния.. Шетавленная цель достигается тем, что защитное устройство, пред назначенное для вертикальной установки, содержащее плавкую вставку, три неподвижных электрода и корпус из двух частей, одна из которых вы полнена из немагнитного, а другая из диэлектрического материала, причем внутри корпуса расположены подвижный сердечник, жидкометаллический контакт и демпфирующая жидкость, на части корпуса, выпол|ненной из немагнитного материала, расположена катушка управления, верхний и средний неподвижные электроды соединены с частью корпуса, выполненной из немагнитного материала, нижний неподвижный электрод выполнен с полостью, соединен со средним неподвижным электродом электрически посредством жидкометаллического контакта и механически - частью корусэ,выполненной из диэлектрического материала, демпфирунвдая жидкость размещена в полости нижнего неподвижного электрода, а плавкая вставка электрически соединена со средним неподвижным электродом, снабжено подпружиненным контактным разъемом, неподвижная часть которого жестко присоединена к нижнему неподвижнсму электроду, плавкая вставка расположена снаружи корпуса, выполнена из высокоомного токопроводящего материала и включена параллельно жидкометаллическому контакту. Кроме того, в указанном защит- ном устройстве для обеспечения многократности использования в качестве диэлектрического материала корпуса может быть использован стеклопластик. На чертеже представлена конструкция защитного устройства в рабочем, т.е. вертикальном положении. Защитное устройство состоит иэ верхнего 1, полого среднего 2 и нижнего 3 неподвижных электродов. Часть корпуса 4 выполнена иэ неыагнитного материала, например латуни. Эта часть жестко соединяет между собой верхний 1 и средний 2 неподвижные электроды. К среднему электроду 2 с помощью диэлектрической втулки 5, выполненной, например, из стеклопластика, также жестко присоединен нижний неподвижный электрод 3. Внутри диэлектрической втулки 5 расположе(| жидкометаллический контакт б, например, ртуть, или сплав индий-олово и т.д. Над ним в полости корпуса 4 располагается магнитный сердечник 7, плотно прилегающий (с некоторьял эаранее заданным зазором) к внутренним стенкам корпуса. Его нижний конец 8, имеющий определенное утолщение внизу, погружен в жидкометаллический контакт б до упора в полость в нижнем электроде 3, причем диаметр конца 8 выбран такимобразом, чтобы при полном погружении идкий металл вытеснился вверх замкнул с определенным запасом по высоте между собой электроды

2. Погружению магнитного серечника способствует также и регуировочная пружина 9, упирающаяся низу в торец этого сердечника,

а сверху в изолирующую шайбу 10, выполненную из твердого диэлектрика. Цж этом степень нажатия, а значит и ток трогания защитного устройства регулируются регулировочным винтом 11. Регулирование производится с помощью отвертки, вставляемой в отверстие 12 верхнего неподвижного электрода 1.

Вся внутренняя полость защитногоустройства, расположенная над жидкометаллическим контактом 6, заполнена изоляционной демпфирующей жидкостью 13, например, трансформаторным маслом с присадками, спиртом и т.д.

Поверх диэлектрического корпуса

4навита катушка 14 управления.

Ее верхний конец 15 припаян к электроду 1, а нижний 16 - к электроду 2.

Снизу к нижнему неподвижному электроду 3 на резьбе привинчен контактный разъем, состоящий изнеподвижной части (пальца) 17, рассеченного продольным пазом 18, и подвижной части 19, которая присоединяется к среднему неподвижному электроду 2 с помощью высокоомной плавкой вставки 20, пЕ«паи6аемой по своим концгм к названным токоведущим элементам. Электромагнитная часть защитного устройства, включающая корпус 4, катушку 14, сердечник 7, электроды 1-3, а также жидкометаллический контакт 6 и т.д., образует своеобразное включающее реле тока с зависимой характеристикой срабатывания от тока. Плавкая вставка 20 с контактным разъемом 17 и 19 является токовой отсечкой этого реле, работающей практически без выдержки времени.

Защитное устройство работает следующим образсм.

Электрическая цепь тока через защитное устройство до срабатывания состоит из следующих элементов: верхнего электрода предохранителя(не показан), электрода 1, катушки 14 управления, имеющей лаковую или какую-либо другую изоляцию, электрода 2, жидкометаллического контакта 6 и параллельно ему включенной плавкой вставки 20, элек- Tpo;Eia (контакта) 3, пальца 17 и подвижной части 19 контактного разъема, присоединенного к нижнему электроду патрона предсйсранителя (не показан). Магнитный сердечник 7 полностью погружен в жидкометаллический контакт 6, обеспечивая контактирование по жидкому металлу неодвижных электродов 2 и 3. При этом жидкий металл шунтирует плавкую вставку 20 и через нее протекает лишь незначительный ток. Цм

помощи подбора сечений жидкометаллического контакта нижнего конца 8 агнитного сердечника, с одной стороны, и сечения (а также и материала ) плавкой вставки 20 добиваются

наиболее оптимального распределения протекающего по ним тока в нормальном режиме работы. При перераспределении токов основным критерием является наименьший нагрев

защитного устройства в нормальном режиме работы.

фи возникновении перегрузки или появлении тока короткого за-, мыкания- небольшой вeJШЧины в цепи защищаемого предохраюстелем трансформатора, значительно возрастает против номинального электромагнитный поток вокруг катушки 14 управления. Этот поток замыкается по

пути наименьшего сопротивления через магнитный сердечник 7 и его нижнюю часть 8, стремясь поднять сердечник и разместить его строго посередине катушки (с учетом определенной поаравки на вес сердечника и усилие регулировочной пружины 9). Возникшая. , подъемная сила начинает перемещать магнитный сердечник вверх. Его движение производит выжимание демпфирующей

жидкости 13 из объема, расположенного над сердечником, в освобождающуюся от сердечника полость, расположенную под ним. Осуществляется перепускание жидкости по зазору между внутренней стенкой

корпуса 4 и наружной поверхностью сердечника 7. Этот зазор также подбирается с учетом вязкости жидкости и обеспечивает некоторое замедление на срабатывание зешштного устройства.

Магнитный сердечник, поднимаясь вверх, извлекает из жидкометаллического контакта 6 утолщенную часть нижнего конца 8. Это вызывает снижение уровня жидкометаллического контакта. Если повреждение было внешним (на линиях 10 кВ за тран- сформатором, и отключается заблаговременно выключателями этих линий) или при перегрузках, когда, как правило, они отключаются по команде защиты от перегрузок, установленной на шинах низшего напряжени я защиисаемого трансформатора, то магнитный сердечник 7 из-за жидкости 13 не может успеть подняться на -нужную высоту, чтобы разорвать электрическую цепь по

идкометаллическс(у контакту 6.

путем его слива ниже уровня среднего электрода 2. Отключение внешнего повреждения соответствующим выключателем Io к В снимает сигнал с защитного устройства путем ослабления до нормальной величины электромагнитного потока катушки управления. Это приводит к возвра щению в исходное положение сердечника 7: он погружается на полную глубину в жидкометаллический контакт б до упора нижним концом 8. в дно полости в электроде 3.

Если указанные повреждения произошли в зоне защиты предохранителей: в самом трансформаторе или на его выводах низшего напряжения, то сердечник 7 поднимается на полную высоту, обеспечивая слив жидкометаллического контакта со среднего электрода 2, обрывая электрическую цепь через жидкометаллический контакт и дешунтируя плавкую вставку 20. .

Теперь весь ток предохранителя начинает протекать только через плавкую вставку, расплавляя ее и освобождая элементы 17 и 19 контактного разъема. Под действи ем прзжины предохранителя, установленной в патроне, контактный разъем размьлается и между электродами 17 и 19 возникает дуга. Она также горит в первоначальный момент и между электродами 2 и 3 снаружи защитного устройства после расплавления плавкой вставки 20.

Под действием высокой температуры электрической дуги из стенок газогенерирукйцей трубки патрона начинает генерироваться газ, который образует продольное газовое дутье. В потоке газа резко возрастает скорость разведения вверх и вниз освободившихся электродов пат рона, происходит деионизация и охлаждение канала электрической дуги При очередном прохождении тока повреждения через ноль дуга гаснет и отключается защищаемая цепь.

При отключении больших токов короткого замыкания, появляющихся f при повреждении высоковольтного ввода згицищаемого трансформатора или при внутренних межфазных повреждениях, сердечник 7 не успевает подняться на необходимую высоту, чтобы разомкнуть цепь через жидко металлический контакт. Этого и не требуется, так как выделившаяся в плавкую вставку часть тока сама является достаточной, чтобы расплавить вставку и освободить контакт5 ный разъём, состоящий из контактньк элементов 17 и 19.

Размыкание контактного разъема погашение электрической дуги осуществляется тем же способом, кото0 рый был описан.

Следует заметить, что выполнение диэлектрической трубки 5 из прочного материала, например стеклопластика, обеспечивает сохранность

5 корпуса защитного устройства от разрушений при случайных возгораниях дуги внутри устройства. Это позволяет избегать попадания жидкого металла внутрь канала дуги,

Q что могло бы повлечь снижение коммутационной способности предохранителя. С другой стороны, выведение дуги на вн:ешнк о поверхност- защит- кого элемента и изготовление корпу5 са из прочных материалов позволяет в свою очередь, использовать повторно защитное устройство, особенно при отключении небольших токов повреждения. Это же дает возд можность снизить требования к ис пользуемым жидким металлам и применять, если это экономически выгодно, даже ртуть. Последнее не является опасной возможностью загрязнения окружающей среды, так как не произ5 водится разрушения защитного устройства в момент срабатывания.

1. ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО, предназиаченное для вертикальной установки, содержащее плавкую вставку и три неподвижных электрода, корпус из двух частей, одна из которых выполнена из немагнитного, а другаяиз диэлектрического материала, причем внутри корпуса расположены подвижный сердечник, жидкометаллический контакт и демпфирукмцая кидкость, на части корпуса, выполненной из немагнитного материала, расположена катушка управления, верхний и средний неподвижные электроды соединены с частью корпуса, выполненной из немагнитного материала, нижний неподвижный электрод выполнен с полостью, соединен со средним неподвижным электродом электрически посредством жидкометаллического контакта и механически частгэю корпуса, выполненной из диэлектЕМческого материала, демпфирующая жидкость размещена в полости нижнего неподвижного электрода, а,плавкая вставка электрически соединен 1 со средним неподвижньм электродом, отличающееся тем, что, с целью повышения коммутационных возможностей, оно снабжено контактным разъемом, неподвижная часть которого жестко присоединена к нижнему неподвижному электроду, плавкая вставка расположена снару(Л жи корпуса, выполнена из высокоомно,;го токопроводящего материгша и вклюс чена параллельно жидкометаллическому контакту. 2. Устройство по п. 1, отлич а ю щ е е с я тем, что, с целью р :л обеспечения многократности использования, в качестве диэлектрического материала использован стекло;о з: пластик. и о