Устройство для коммутационных испытаний электрического аппарата Советский патент 1992 года по МПК H01H49/00 H01H69/01 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для коммута- ционных испытаний электрических аппаратов.

Характерной особенностью низковольтных электрических аппаратов (автоматических выключателей, контакторов и других) является появление выхлопа ионизированного нагретого газа, сопутствующего дуговому разряду при размыкании контактов в процессе коммутирования цепи электрического тока. Нагретый ионизированный газ при горении дуги на контактах выбрасывается за пределы защитной оболочки аппарата или за пределы дугогасительного устройства аппарата, не имеющего подобной оболочки, образуя опасную зону выхлопа (03В) электрического аппарата.

Ионизированный газ 03В обладает повышенной электропроводностью, в результате чего возможны пробой изоляционных промежутков и протекание тока между отключаемыми полюсами аппарата и попадающими в зону выхлопа проводами, шинопроводами или металлическими оболочками электрооборудования. Появляется опасность, связанная с переходом электрического потенциала ионизированной Зоны выхлопа 03В на непредусмотренные для этого элементы оборудования, связанная с повреждением объектов, расположенных в объеме ионизированного газа 03В. электрическим током через зону выхлопа.

Другой опасный фактор выхлопа коммутационного электрического аппарата заключается в том, что выбрасываемый газ

2

Ю О Ј О

нагрет до высокой температуры и способен в зоне выхлопе пламени сообщать горючим материалам тепловой импульс, достаточный для их воспламенения. Поэтому при испытании электрических аппаратов возникает необходимость в определении и контроле зажигающего воздействия теплового импульса пламени опасной зоны выхлопа вблизи или на ее границах, в пределах которых возможны еще пробой изоляционных промежутков и протекание электрического тока.

Известно стандартизированное устройство, которое является и наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, выполненное в виде пластины из стального листа толщиной 3 ± 0.25 мм с отверстиями диаметром 7 ±0,25 мм и расстоянием между центрами отверстий 10 ±0,5 мм. Пластины размещают с тех сторон электрического аппарата, где возможен выхлоп ионизированного газа. Передвигая пластины, определяют расстояние от аппарата, при котором не может произойти электрического замыкания токо- проводящих частей устройства. Устройство через плавкий предохранитель соединено с нейтральной точкой источника питания.

Подобное устройство, надежно определяющее границы опасного действия ионизированной зоны выхлопа, не может определить другую опасную зону - зону выхлопа пламени, в которой может произойти воспламенение горючих материалов. Поскольку ионизированные газы,выбрасываемые из электрического аппарата при коммутировании им токов, особенно токов короткого замыкания, имеют высокую температуру, то определение подобной зоны выхлопа пламени является важной задачей.

Целью изобретения является обеспечение расширения эксплуатационных возможностей за счет возможности контроля зажигающего воздействия теплового импульса пламени в опасной зоне выхлопа электрического аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для коммутационных испытаний электрических аппаратов, содержащем по крайней мере одну металлическую пластину с отверстиями, присоединенную через плавкий предохранитель к нейтральной точке источника питания, металлическая пластина со стороны, обращенной к испытуемому аппарату, снабжена элементами из термоплавкого материала преимущественного в виде нитей диаметрами 30-800 мкм, имеющими температуру плавления 70-70Q°C, расположенными так.

что между элементами из термоплавкого материала и поверхностью металлической . пластины, а также между элементами из термоплавкого материала обеспечено расстояние 4-10 мм. причем устройство снабжено узлом натяжения элементов из термоплавкого материала.

С целью сокращения объема испытаний при контроле зажигающего воздействия

0 теплового импульса пламени а опасной зоне выхлопа плавящиеся элементы могут быть расположены в рамке из диэлектрического материала группами, включающими одинаковые комплекты плавящихся элемен5 тов из одинакового материала, но с различной площадью поперечного сечения. Устройство осуществляет контроль как э лектробезопасности, так и пожаробезо- пасности испытуемых аппаратов.

0 На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в сборке; на фиг.2 - металлическая пластина с отверстиями и электросхемой соединения ее с нейтрайль- ной точкой источника питания; на фиг.З 5 рамка с плавящимися элементами (нитями); на фиг.4 - общий вид предлагаемого устройства в сборке в пространственном положении по отношению к испытуемому аппарату. Устройство содержит металлическую

0 пластину 1 с отверстиями, выполненную с уголком для ее закрепления, соединенную через плавкий предохранитель 2 с нейтральной точкой N источника питания. Стальная пластина 1 (см. фиг.1 и 2) служит для опре5 деления границ ионизированной зоны выхлопа.

Плавящиеся элементы 3, выполненные в виде нитей, закреплены с помощью зажимов 4 на стойках 5, установленных на метал0 лической пластине 1. Каждый плавящийся элемент снабжен узлом 6 натяжения, например пружиной.

Плавящиеся элементы 3 могут быть установлены в рамке 7 (см. фиг.З) из диэлект5 рического материала в зажимах 8 и натянуты узлом 6 натяжения. Плавящиеся элементы могут быть расположены группами, включающими одинаковые комплекты нитей из одинакового материала, но с раз0 личной площадью поперечного сечения.

Рамка 7 может быть укреплена на металлической пластине 1 (см. фиг.4) со стороны испытуемого аппарата 9 на стойках 10 из диэлектрического материала. Стрелкой на

5 фиг.4 показано направление выхлопа ионизированных газов и пламени из аппарата 9. В качестве плавящихся элементов 3 используются мононити с известными тепло- физическими свойствами как диэлектрические, из органических материалов(капрон,полиэтилен, полипропилен,полистирол, полиамид, поликарбонаты и т.п.), так и неорганических (разные сорта стекла, металлы).

Использование плавящегося элемента в виде мононити определенного сечения позволяет путем наблюдения за его состоянием (целостностью) осуществлять контроль зажигающего воздействия теплового импульса пламени выхлопа. Если при воздействии теплового импульса расплавилась нить диаметром dm и не расплавилась нить с большим диаметром dm+i, то мерой теплового импульса пламени может служить величина диаметра di, где dm dr dm+i.

В качестве плавящихся элементов могут быть применены не только круглые нити, но и полоски шириной, в 8-10 раз большей толщины. В этом случае мерой теплового импульса пламени может быть толщина полоски di,

Плавящиеся элементы 3 должны быть расположены от металлической пластины 1 на расстоянии не менее 4-10 мм. В этом случае на результаты испытаний не влияет охлаждение плавящихся элементов пластиной или отраженный от поверхности стальной пластины 1 тепловой поток. Причем большее значение этого расстояния соответствует коммутационным аппаратам с большим расстоянием выброса. Так, например, для автоматических выключателей в пластмассовых корпусах это расстояние находится в пределах 4-5 мм. а для так называемых открытых выключателей, например, типа АВМ это расстояние 8-10 мм.

Такое же расстояние (4-10 мм) должно быть и между плавящимися элементами 3, так как в этом случае на их нагрев не будут влиять соседние плавящиеся элементы 3 (чем толще плавящиеся элементы, тем больше расстояние). Эти данные установлены опытным путем.

При использовании конструктивного варианта размещения плавящихся элементов 3 на съемной рамке 7 в некоторых случаях целесообразно использовать сменные рамки с различным материалом плавящихся элементов и их расположением.

Например, в тех случаях, когда от аппарата исходит равномерный тепловой поток, целесообразно в рамке 7 устанавливать плавящиеся элементы 3 с различной площадью поперечного сечения. Диаметры плавящихся элементов 3, в случае использования элементов в форме нитей, подбирают с шагом 100 мкм.

В тех же случаях, когда поток тепла от пламени неравномерен, целесообразно испытания проводить со сменными наборами

плавящихся электродов (нитей) 3 в съемных рамках 7. Каждый набор при этом может содег.хать плавящиеся элементы одинакового сечения, при этом возможно учесть из- 5 менение температурыпотока

выбрасываемых газов по длине стальной пластины 1 или сьемной рамки 7.

Для повышения достоверности результатов линии, вдоль которых расположены

0 плавящиеся элементы, должны быть нормальными к плоскости выхлопа ионизированного высокотемпературного газа и пламени из аппарата.

Площадь поперечного сечения плавя5 щегося элемента выбирают такой, чтобы количество энергии теплового импульса, вызвавшей расплавление элемента, равнялось бы количеству тепловой энергии, необходимой для воспламенения материала из

0 группы легковоспламеняющихся веществ. Для нити из полиэтилена низкого давления диаметром 30 мкм тепловое поле, соответствующее расплавлению, соответствует тепловому полю, при котором происходит

5 воспламенение наиболее чувствительного материала - хирургической ваты,

А расплавление такого же плавящегося элемента при диаметре 800 мкм соответствует границе воспламенения веществ, отно0 сящихся к легковоспламеняемым веществам (с минимальной энергией воспламенения).

Промежуточные диаметры соответствуют веществам, находящимся по энергии

5 воспламенения р этих пределах.

Выбор температуры плавления материала плавящихся элементов 3 в пределах 70-700°С обусловлен обеспечением точности результата, которая зависит от соотно0 шения максимальной температуры продуктов выхлопа и температуры плавления материала плавящегося элемента 3,

Чем меньше отношение температуры плавления материала элемента плавления 3

5 к максимальной температуре продуктов выхлопа,тем меньше погрешность оценки теплового импульса пламени.

Ожидающаяся максимальная средне- объемная температура продуктов выхлопа

0 до 1500°С. Рассчеты показывают, что при температуре плавления плавящегося элемента 70°С погрешности составляет до 10%, , а при температуре плавления 700°С погрешность не превышает 40%, что для подо5 бных измерений может считаться допустимым

Устройство работает следующим образом.

Устройство располагают около испытуемого аппарата (сверху, сбоку и т.п.) так,

чтобы плавящиеся элементы 3 были расположены со стороны аппарата. Устройство устанавливают на определенном первоначальном расстоянии от аппарата и коммутируют заданный ток. При этом фиксируют наличие или отсутствие переброса электрической дуги на металлическую (стальную) пластину 1 и расплавление плавящихся элементов 3 определенного сечения. Двигая устройство и меняя этим расстояние до аппарата, определяют безопасные границы зоны выброса ионизированных газов по перебросу электрической дуги и зоны выхлопа пламени путем контроля целостности плавящихся элементов определенной площади сечений.

Для обеспечения надежной работы предлагаемого устройства оттягивающее приспособление узла натяжения б по поддержанию заданной силы натяжения плавящегося элемента 3 рекомендуется применять компенсационного типа (с использованием пружин и резины). Они позволяют исключить нештатный обрыв плавящегося элемента 3 под действием газодинамической волны и при колебаниях длины плавящегося элемента 3 при термических воздействиях продуктов опасной зоны выхлопа.

Использование устройства при коммутационных испытаниях электрического аппарата позволяет определить тепловое {энергетическое) пространственное поле пламени выхлопа вокруг аппарата. Это позволяет установить характеристику зажигающего воздействия 03В аппарата применительно к конкретному материалу, который может оказаться в той или иной точке в опасной зоне выхлопа на предмет допустимости размещения его здесь по условиям воспламенимости.

При проведении коммутационных испытаний возможно одновременное использование нескольких устройств, размещаемых в пространстве вокруг испытуемого аппарата в разных плоскостях, с целью контроля опасной зоны выхлопа коммутационного электрического аппарата в

различных направлениях и повышения при этом качества проводимых испытаний. Формула изобретения

1.Устройство для коммутационных ис- пытаний электрического аппарата, содержащее по крайней мере одну токопроводящую пластину с отверстиями и плавкий предохранитель, соединяющий токопроводящую пластину с нейтральной точкой устройства, причем токопроводящая пластина устанавливается перпендикулярно направлению выхлопа из электрического аппарата, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет возможности контроля зажигающего воздействия теплового импульса пламени в опасной зоне выхлопа электрического аппарата, оно снабжено элементами из термоплавкого материала и

узлом натяжения указанных элементов, элементы расположены в плоскости, параллельной плоскости токопроводящей пластины, между электрическим аппаратом и токопроводящей пластиной, а расстояние

между указанными элементами, а также расстояние между элементами и токопроводящей пластиной выбираются из условия отсутствия теплового экранирования элементов, причем площадь поперечного сечения элементов и температура плавления их материала выбираются в соответствии с диапазоном величины поверхностной плотности энергии теплового импульса выхлопа электрического аппарата, вызывающего

воспламенение группы легко воспламеняющихся веществ и разрыв плавящегося элемента из термоплавкого материала.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения точности

контроля, элементы из термоплавкого материала выбираются с одинаковой площадью поперечного сечения.

3 Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности

контроля, элементы из термоплавкого материала расположены группами, причем каждая из групп состоит из элементов с разной площадью сечения.

фиг.

Сущность изобретения: элементы из термоплавкого материала располагают перпендикулярно направлению выхлопа из электрического аппарата. По степени расплавления элементов судят о тепловой энергии выхлопа. Плавящиеся элементы могут иметь как одинаковую, так и разную площадь сечения. В последнем случае они располагаются группами 4 ил. г е

оооооооооооо оооооооооооо оооооооооооо оооооооооооо

т,

Фиг.,2.

о о о

7 6

х

X

X

хчр ф Ф о о о Ф

,v / у / J (7 7

/

) ф О ф О ф

fc.J

ч