Токоограничивающее устройство (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H01H87/00 

2.Токоограничивающее устройство, содержащее управляемый рабочий элемент, вьшолнекный в виде замкнутого сосуда заполненнЬго .жидким металлом перемещающимся под действием электродинамических сил и элементов управ-, ления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения габаритных размеров, упрощения конструкции

и повышения надежности, замкнутый сосуд содержит две мембраны, элементы управления выполнены в ввде трех электродов, один из которых аксиальныйцЗ два других вьтолнены тйк,что охвйтьшают замкнутый сосуд и установлены на аксиальном электроде, который расположен на оси симметрии замкнутого сосуда и герметично разделяет его на две чдсти а мембраны расположены по обе стороны аксиального электрода

3.Токоограничивающее устройство, содержащее управляемый рабочий элемент, Бьтолненный в виде замкнутого сосуда, заполненного жидким металлом, перемещающимся под действием электродинамических сил и элементов управления, отличающееся тем, что, с целью уменьЕ ен.ия габаритных размеров, упрощения конструкции и повышения надежности, замкнутый сосуд содерямт две мембраны, элементы управления вьшолнены в виде- четырех электродов, два из которых аксиаль-, ные, а два других выполнены таким

:образом, что охватывают замкнутый сосуд и установлены на одном из аксиальных электродов, аксиальные электроды расположены на оси симметрии замкнутого сосуда так, что между ними имеется перемычка из жидкого металла., а мембраны расположены

j по обе ст-оровы аксиальных элек- тродов.

1. Токоограничивающее устройство, содержащее управляемый рабъчий элемент, выполненный в виде замкнутого сосуда, заполненного жидким металлом, перемещающимся под действием электродинамических сил и элементов управления, отличающеес я тем, что, с целью сокращения габаритных размеров, упрощения конструкции и повышения надежности, замкнутьй сосуд снабжен мембраной, элементы управления выполнены в виде двух электродов,, один из которых аксиальный, а. другой выполнен так, что охватьюает вьшеупомянутый замкнутый сосуд,,причем мембрана расположена параллельно аксиальному электроду. /

Изобретение относится к электротекнике и предназначена для использования в качестве токоограничивающегЬ устройства в коммутационных электрических аппаратах, применяю щихся в электротехнической промыпшенности.

Известны тркоограничивающие устройства, содержащие полость, заполненйую токопроводящей подвижной средой, образованную токоподводящими элег тродами и керамической изоляционной втулкой, упрочненной металлическими кольцами, -образующими корпус причем один Из :электродов содержит элемент ограничивающий давление гшазмь, образующейся из токопроводящей среды яри срабатывании устройства |l .

. Недостатками таких устройств является то, то они являются устройствами теплового действия, а поэтому обладают большой тепловой инерцией и должны иметь прочный изоляционный корпус, расчитанный на большое давление, что сильно сказывается на габаритных размерах устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является токоограничивающее устройство, содержащее, управляемый рабочий элемент выполненный в виде замкнутого сосуда заполненного жидким металлом, перемьжаюЩимся под действием электродинамических сил с элементами управления f 2 .

Недостатками извеетногЬ устройства являются больщие габаритные размеры, сложность конструкции, низкая надежность вследствие наличия большого количества последовательно соединенных элементов, наличие отдельного узла управления.

Целью изобретения является сокращение габаритных.размеров, упрощение конструкции, повьппение надежности. ,,. . ,

Поставленная цель достигается тем, что по первому варианту в токо-. огранвтЕЙвающем устройстве, содержащем управляемый рабочий элемент, выполненный в виде замкнутого сосуда, заполненного жидким металлом, йеремещанядегося под действием электродинамических сил и элементов 3 управления, замкнутьй сосуд снабжен мембраной, элементы управления выполнены в виде двух электродов, один из которых аксиальный, а другой выполнен таким образом, что охватывает вьппеупомянутый замкнутый сосуд причем мембрана расположена парал лельно аксиальному электроду. Использование в качестве элементов управления аксиального и охватывающего электродов позволяет создать более простое, малогабаритное Токоограничивающее устр йство, а наличие в устройстве мембраны, вмонтированно в стенке сосуда, дает возможность использовать более простой и надежный принцип действия, что приводит к более высокой надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что по второму варианту зашсну тый сосуд содерамт две мембраны, элементы управления выполнены в виде трех электродов, ОД1Ш из кото pbtx аксиальный, а два других выйОлнёны так, что охэатывают замкнутый сосуд и установлены на аксиальном электроде, который расположён на оси симметрии замкнутого сосуда и герметично разделяет его на две части, а мембраны расположены по ,. обе стороны аксиального электрода. Наличие общего аксиального электрода, рабЬтанщего одновременно как два элемента, расположенного по оси симметрии между ними, ка:к бы удваивает способность устройства к ударостойкости и соответструкядему повьвиению тока С1 а6атывания. Поставленная цель до стигается тем, что по третьему варианту замкну тый сосуд содерясит две мембраны, эле менты управления выполнены в виде четырех электродов, два из которых аксиальные, а два других выполнены таким образом, что охватывают загасну тый сосуд и установлены ма одном из аксиальных электродов, аксиальные электроды расположены на оси симметрии замкнутого сосуда так, что . мелцу ними имеется перемычка из жкздкого металла, а мембраны расположены по обе стороны аксиальных электродов Наличие перемычки, сообщакяц й между собой замкнутые сосуды рабочих элементов, дает возможность равномер ного распределения давления при срабатывании в Двух сосудах, что по6выШает чувствительность устройства при меньших токах срабатывания. На фиг, i изображено предлагаемое токоограничивающее устройство; на фиг. 2 - то же при прохождении тока короткого замыкания; на фиг. 3 и 4 ударостойкие токоограничивающие., устройства для работы в различных условиях, варианты. Устройство включает управляеьй.1й рабочий элемент, представляющий собой заполненный жидким металлом 1 замкнутый сосуд 2 с элементами управления, которыми являются аксиггл альный электрод 3, к которому прикреплен токоподвод 4 с помоотью гайки 5 и охватывающий электрод 6. При этом сосуд снабжен мембраной 7, расположенной со стороны, противоположной аксиальндму электроду 3. Охватываюдай электрод 6 снабжен токоПодводом 8. К токоподводам- подведен ток 1 (движение тока псЖазано стрелкми. Сила F , возникакщая при срабатывании устройства, приложена к мембране 7. Составной частью замкнутого сосуда явлйется также корпус 9 из изолирукмцего материала. В устройстве использован принцип электродинамических токовых взаимодействий, величина которых зависит только от квадрата протекаюв его тока i короткого замыкания и конструктивных факторов, т.е. соотношения диаметров /радиусов)электродов. Известно, что при измЁнении сечения проводника, линии тока искривлягются и креме поперечной сжнмакщей силы возникает продольная сила F, стремящаяся разорвать место перехода вдоль оси проводника. Численно величина этой силы F определена по 4 рмуле . . и направлена в сторону большего сечения и зависит только от соотношения радиусов где Гз - радиус большего сечения; f« - радиус меньшего сечения. В результате действия продольной силы F на жидкий металл и гибкий. элет1ент (диафрагму, мембрану) они способны перемещаться и создавать отрыв жидкого Металла от аксиального электрода, в результате чего возникает электрическая дуга между аксиальньм электродом и жидким металлом, которая и ограничивает ток в защищаемой цепи до уровня, безопасного для защищаемого электрооборудования.

При прохождении номинального тока величина силы F незначительна и уравновешена упругими силами мембраны 7 и Давлением атмосферы. . Злектг ический ток проходит по токоподводу 4, аксиальиояу электроду 3, через ПОДВИОТ1УЮ токопроводящую среду и охватывающий электрод 6.

При возникновении короткого замыкания сила возрастает пропорционально квадрату тока, и жидкий металл 1, преодолевая упругое сопротивление мембраны 7 и атмосферное давление, перемещается по направлению действия силы F , происходит отрыв подвижной токопроводАщей среды 1 от аксиального электрода 3, в результате чего возникает электрическая дуга между аксиальным электродом 3 и жидким металлом i, которая ограничивает ток в защищаемой цепи до уровня, безопасного для защищаемого электрооборудования. После этого элементы токоограничивающего устройства возвращаются в исходное положение.

Согласно второму варианту ударо. стойкая конструкцил токоограничивающего устройства в отличие от первого варианта состоит из двух управляемых рабочих элементов, каждый из которых содержит свою мембрану 7 и свой охватывающий электрод 6, Рабочие элементы установлены на одном общем аксиальном электроде 10, который вьтолнен в В1вде плоской пластины, герметично разделяющей сосуды рабочих элементов.

Конструкция токограничивающего устройства согласно третьему варианту отличается от конструкции предыдущего варианта наличием в месте нахождения аксиального электрода

перемычки (фиг. 4), сообщающей между собой оба сосуда.

Токоограничивающее устройство, изображенное на фиг. 3, работает аналогично тому, как описано выше. Кроме того, при этом варианте конструкции электрический ток разделяется на две параллельные ветви, создающи Каждая свою силу F , воздействующую

О на соответствующую мембрану и вызывающую отрыв подвижной токопроводящей среды от аксиального электрода, в. данном случае одного общего. Так как в казядом рабочем элементе проте5 кает только половина общего тока, то срабатывание происходит при больщих токах.

Работа токоограничивающего устройства с перемычкой 11, сообщающей

0 между собой сосуды рабочих элементов, характерна тем, что электрическая дуга при срабатывании устройства получается общей для обоих сосудов; благодаря чему устройство приобрета5 ет повьшенную чувствительность при меньщих токах.

Базовым объектом является токоограничивающее устройство по чертежу ЗА 53171, изготовленное в объединении Электросила. Устройство, принятое за базовый объект, имеет значительно больщую массу за счет наличия большого количества токопроводящих элементов (концент ратор магнитного поля, контакты, катушка) и состоит из двух блоков. Один блок - само токоограничивающеё устройство, другой - схема питания и управления его работой. Предлагаемое техническое решение отличается простотой конструкции, простой технологией сборки, гораздо меньшими габаритными размерами (за счет отсутствия блока управления и питания и соответственно меньшей массой. Простота конструкции обеспечивает .надежную работу устройства в целом.