Патрон высоковольтного предохранителя Советский патент 1992 года по МПК H01H33/76 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к патронам, которые могут быть использованы в высоковольтных предохранителях.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения.

На фиг.1 показан патрон предохранителя; на фиг.2 - то же, нижняя часть.

Патрон представляет собой механически прочную трубку 1, выполненную из твер- дого материала, армированную с внутренней стороны слоем дугостойкого изоляционного материала 2 (например, фторопласта). Один конец трубки 1 закрыт металлическим контактным колпачком 3 с донышком 4. Второй конец трубки 1 сочленен с корпусом выхлопного отсека 5, имеющим выхлопное отверстие 6. На днище выхлопного отсека с наружной его стороны

эксцентрично строго под выхлопным отверстием укреплен внешний контакт 7. Внутренняя полость 8 патрона отделена от выхлопного отсека 5 изоляционной перегородкой 9. В центре этой перегородки предусмотрен вкладыш 10 из дугостойкого изоляционного материала (например, фто- ропласта-4) с соплом в центральной его части. При нормальной работе сети сопло закрыто заглушкой 11. На заглушке 11 и на донышке 4 установлены контактодержатели 12 и 13 с плавкой вставкой 14. Металлический корпус 5 выхлопного отсека в месте установки перегородки 9 переходит в тонкостенную трубку. Сочленение колпачка 3 и трубки с изоляционной трубкой 1 обеспечивается либо опрессовкой, либо с помощью изоляционных стержней. К заглушке 11 с нижней стороны прикреплены направляюОч

сл VI сл

щие токоведущие пластины 15, к концам которых приварены гибкие токоведущие проводники 16. Элементы 15 и 16 находятся во внутренней полости выхлопного отсека 17 корпуса 5. В этой же полости размещен упор, состоящий из рычагов 18 и 19, связанных между собой шарниром 20, Рычаг 19 с помощью шарнира 21 связан с малым плечом L-образного рычага 23, рычаг 18 с помощью шарнира 22 - с заглушкой 11, Большее плечо L-образного рычага 23 при нормальной работе сети входит в зацепление с захватом 24, который связан с задающей пружиной 25 и опирается на упор 26. L-образный рычаг 23 может поворачиваться на шарнире 27.

Кроме того, во внутренней полости выхлопного отсека 17 размещено седло, состоящее из крышки 28 и стоек 29. На крышке 2.8 укреплена перегородка 30.

К одной из направляющих токоведущих пластин 15 прикреплен боек 31 в виде плоской площадки. Через донышко выхлопного отсека пропущен внутренний стержневой ударник 32, который при нормальной работе сети удерживается в заданном положении фиксирующей пружиной 33.

При нормальной работе сети, в которой установлен предохранитель, путь тока в патроне предохранителя следующий: колпачок 3, донышко 4, контактодержатель 13, направляющие токоведущие пластины 15, гибкие токоведущие проводники 16, донышко выхлопного отсека 5, внешний контакт патрона 7.

При возникновении в защищаемой сети аварии ток резко возрастает, плавкая вставка 14 перегорает и возникает электрическая дуга, по которой продолжает протекать аварийный ток.

В предлагаемом патроне предохранителя использована преобразованная идея гашения дуги в потоке элегаза, возникшем вследствие теплового его расширения под действием дуги.

Патрон работает следующим образом.

При возникновении в защищаемой сети аварии ток резко возрастает, плавкая вставка 14 перегорает и возникает электрическая дуга, по которой продолжает протекать аварийный ток. При горении дуги в ней выделяется тепловая энергия;

f UA

W- J ид

о где Од - падение напряжения в стволе дуги,

В;

1д - ток дуги, А;

1д - время от момента перегорания плавкой вставки до момента срабатывания предохранители, с,

Практически вся энергия W расходуется на нагревание элегаза. Вследствие нагревания дугой элегаза давление Р в камере сжатия 8 будет повышаться. Повышение давления Др можно вычислить с помощью следующего выражения: 0 Д-Р РИ-СК-) ;

где Рн - давление в камере сжатия ( и в выходном отсеке) перед возникновением дуги, Па;

5 Рср - давление в камере сжатия в момент срабатывания предохранителя, Па; ,08 - показатель адиабаты для элегаза; V - объем камеры сжатия, , Повышенное давление ДР(Рн Р Рср) 0 в камере сжатия вызывает появление силы F, действующей на заглушку 11 и стремящей- ся выдавить ее в выхлопной от сек 17. Сила F равна произведению избыточного давления ДР Р-Рн на площадь заглушки 5. с «я.

s - - а

(где d - диаметр заглушки),

Выдавливанию заглушки 11 в выхлопной отсек 17 препятствует упор, состоящий из рычагов 18 и 19. Рычаг 19 выполнен из

0 пластины, свернутой пйд углом 180°.

В промежуток между щеками рычага 19 входит пластинчатый рычаг 18. Шарнир 20, связывающий рычаги 18 и 19, смещен вправо по отношению к прямой, соединяющей

5 шарниры 21 и 22. Поэтому сила F стремится переместить шарнир 20 еще далее вправо, Но поскольку указанный шарнир смещен вниз по отношению к верхней кромке рычага 19 и рычаг 18 упирается в край рычага 19,

0 они и обеспечивают жесткость устройства, состоящего из рычагов 18 и 19 и являющегося упором для заглушки 11,

Второй конец рычага 19 с помощью шарнира 21 связан с малым плечом L-образ5 ного рычага 23. Большое плечо L-образного рычага 23 при нормальной работе сети входит в зацепление с захватом 24, Задающая пружина 25 создает на большем конце рычага 23 усилие Fnp. От поворота захвата 24

0 против часовой стрелки предотвращает упор 26. Заглушка 11 выполняет две функции: закрывает сопло в подготовительный период, когда происходит набор давления, необходимого для последующего гашения

5 дуги, а также является воспринимающим органом датчика давления, обеспечивающего срабатывание предохранителя лишь тогда, когда давление в камере 8 сжатия достигнет значения РСр, при котором обес печивается надежное гашение дуги,

Как только давление Р в камере сжатие достигнет значения РСр, усилие, воспринимаемое заглушкой, станет равным

РСр(Рср-Рн) 5 ДРср-5.

Усилие FCp, переданное упором (рычаги 18 и 19) на больший конец L-образного рычага 23, преодолевает усилие Fnp, создаваемое задающей пружиной 25, и рычаг 23 выходит из зацепления с захватом 24. Изменяя натяг задающей пружины 25, можно регулировать FCp, а следовательно, и Рср. Необходимое значение РСр зависит от величины тока короткого замыкания и класса напряжения, на которое рассчитан предохранитель. L-образный рычаг 23 также выполняет две функции: связывает воспринимающий орган датчика давления (заглушку 11) с задающей пружиной 25, натяг которой определяет давление срабатывания РСр предохранителя, является устройет- вом для перевода упора (рычаги 18,19} из жесткого положения в нежесткое и тем самым обеспечивает срабатывание предохранителя.

Момент начала перехода упора из жес- ткого положения в нежесткое наступает после освобождения L-образного рычага 23 от зацепления с захватом 24 и поворота вокруг шарнира 27 рычага 23 против часовой стрелки до соприкосновения с рычагом 19. При этом упор (рычаги 18,19) и заглушка 11 опускаются на некоторое расстояние (несколько меньшее, чем расстояние между центрами шарниров 27 и 21). Однако сопло по-прежнему останется закрытым заглущ- кой 11.

Под действием силы Fcp в шарнире 20, соединяющем рычаги 18 и 19, появляется сила

Fy Fcp-tga,

удерживающая упор в жестком положении. В этом выражении а- угол между осью верхнего рычага 19 упора и прямой, соединяющей центры верхнего 22 и нижнего 21 шарниров упора.

Под действием силы FCp, переданной упором 18,19 на шарнир 21, боек, установленный на конце длинного плеча рычага 23,со- здает на шарнире, соединяющем рычаги 18 и 19, усилие, Fcp, стремящееся перевести рыча- ги 18 и 19 из жесткого состояния в нежесткое. Усилие Fp определяется из равенства

Fcp а ,

где а - расстояние между центрами шарниров 27 и 21; I-рассеяние от центра шарнира до бойка на рычаге 23.

Из последнего выражения следует

с а р

гр- у t-Cp.

Упор 18,19 переходит из жесткого положения в нежесткое только тогда, когда сила Fp становится несколько больше (по крайней мере на величину сил трения) силы Fy. Таким образом, условие перехода упора из жесткого положения в нежесткое определяg

ется выражением у tga .

Как только шарнир 20, соединяющий рычаги 18,19, переместится левее прямой, соединяющей шарниры 22 и 21, рычаги 18 и 19 складываются и система переходит в положение, при котором происходит процесс гашения дуги.

После выхода из сопла заглушка 11 станет опускаться. Ее движение направляется направляющими токоведущими пластинами 15, исключающими перекосы и неправильную посадку на седло, состоящее из крышки 28 и стоек 29. На крышке укреплена перегородка 30 из дугостойкого изоляционного материала. Седло состоит из двух частей: одна часть, показанная на фиг.2. расположена за плоскостью чертежа, другая - над плоскостью чертежа. В промежутке между этими частями свободно размещаются и перемещаются детали 18.19 и 23патро- на предохранителя. В перегородке 30 для этой цели предусмотрена щель. Сама пере- городка 30 предназначена для защиты от разрушающего воздействия раскаленных дугой газов на детали патрона, находящиеся в выхлопном отсеке (под перегородкой).

С целью повышения надежности работы в патроне предусмотрены направляющие гоковедущие пластины 15, которые через отверстия (по форме пластин) пропущены через перегородку 30. Под перегородкой 30 к пластинам 15 прикреплены гибкие связи 16. В устройстве-прототипе гибкая связь крепится непосредственно к заглушке 11, поэтому при транспортировке (толчках, сотрясениях) гибкая связь может попасть в промежуток между заглушкой и седлом и нарушить нормальную работу патрона при гашении дуги. В предлагаемой конструкции этот недостаток исключен.

Повышению надежности служит и сменный вкладыш 10. После нескольких срабатываний сопло несколько выгорает и характеристики срабатывания патрона изменяются. При наличии сменного вкладыша патрон не выбрасывают, а заменяют только вкладыш. Чтобы обеспечить замену вкладыша, выработавшего свой ресурс, на новый необходимо использовать сочленение элементов патрона методом сжатия с помощью изоляционных стержней.

Ударник используется и для подачи команды на срабатывание аппарата, отделяющего (после срабатывания предохранителя) поврежденный участок цепи от питающей сети (разъединитель или выключатель на- грузки и для приведения в действие указателя о срабатывании предохранителя.

К одной из направляющих токоведущих пластин 15 прикреплен боек 31 в виде плоской площадки. Когда после выхода из сопла заглушка 11 опускается, вместе с ней опускается и пластина 15 с бойком 31, который и приводит его в движение. До начала движения внутренний стержневой ударник 32 удерживается в заданном положении фиксирующей пружиной 33, которая западает в кольцевую канавку с пологими краями, выполненную в стержневом держателе 32.

Движение и усилие внутреннего стержневого ударника 32 передается на внешний ударник, который либо подает команду на срабатывание, например, выключателя нагрузки, либо для приведения в действие указателя, либо для осуществления того и другого.

Предлагаемый патрон может быть использован в предохранителе, содержащем п патронов и механизм для замены сработавшего патрона резервным, а также в предохранителях однократного действия (с одним патроном), например в цепях трансформаторов напряжения и др.

Применение предлагаемого патрона позволяет сократить эксплуатационные расходы вследствие того, что отпадает необходимость периодической замены плавких вставок.

Формула изобретения Патрон высоковольтного предохранителя, содержащий трубчатый изоляционный

корпус с контактным колпачком, камерой сжатия, в которой расположена плавкая вставка, выхлопной отсек с выхлопным отверстием, сообщающийся с внешним герметичным объемом, перегородку, отделяющую

камеру сжатия от выхлопного отсека, сопло, заглушку для сопла, упор, механизм для перевода упора из жесткого положения в нежесткое, задающую пружину, L-образный рычаг, длинное плечо которого выполнено в

виде вилки, гибкие токоведущие проводники, одними концами соединенные с днищем выхлопного отсека, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения, он снабжен

вкладышем, перегородкой выхлопного отсека, направляющими токоведущими пластинами, внутренним ударником с фиксирующей пружиной, бойком и внешним контактом, вкладыш выполнен из дугостойкого изоляционного материала и в нем расположено сопло, перегородка выхлопного отсека раз мещена между перегородкой, отделяющей камеру сжатия от выхлопного отсека, и днищем выхлопного отсека, направляющие токоведущие пластины укреплены на заглушке для сопла, внутренний ударник размещен на днище выхлопного отсека, боек расположен на одной из направляющих токоведущих пластин, гибкие токоведущие

проводники другими концами соединены с нижними концами направляющих токоведущих пластин, а внешний контакт расположен эксцентрично относительно продольной оси патрона и установлен на днище выхлопного отсека под выхлопным отверстием.

Гм./52

ч л

JJ 27 29

тФиг.1

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области применения. Патрон содержит трубку 1, корпус 5, внутреннюю полость 8. отделенную изоляционной перегородкой 9 от выхлопного отсека 17, внешний контакт 7, вкладыш 10, заглушку 11, плавкую вставку 14,направляющие токоведущие пластины 15,гибкие токоведущие проводники 16, рычаги 18,19 шарниром 20, L-образный рычаг 23, задающую пружину 25, перегородку 30, боек 31, внутренний ударник 32. 2 ил. Ё