ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАКСИМАЛЬНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Советский патент 1928 года по МПК H01H73/34 

Предлагаемый электрический максимальный ограничитель переменного тока предназначается для применения в качестве ограничителя тока у абонентов электрических станций, а также в качестве максимального выключателя там, где, наряду с достаточно высокой точностью выключения цепи при некотором предельном токе и возможностью вновь включить цепь под ток по устранении причин, вызвавших увеличение силы тока, - требуется также некоторый учет числа имевших место выключений тока.

На фиг. 1 схематического чертежа изображен предлагаемый ограничитель переменного тока, на фиг. 2 - схема устройства ограничителя, на фиг. 3, 4 и 5 - видоизмененные формы ограничителя и схемы его выполнения.

На ленту 1 (фиг. 1 и 2) из бумаги, фибры и т.п. изолирующего и достаточно стойкого в температурном отношении материала нанесен полоской слой проводящего вещества в виде свинцовой, медной или серебряной и т.п. фольги; нанесение этого проводящего слоя производится посредством наклейки фольговой полоски, или электролитическим способом, или путем распыления металла под давлением. Взамен полоски может быть, без изменения действия прибора, применен шнурок из асбеста или другого огнестойкого материала, на котором навита в виде спирали проводящая проволока. Лента (или шнурок), будучи навита на один из барабанов 3 (левый на фиг. 1), свиваясь с последнего, переходит через токонесущие ролики (барабаны) 2′, 2′′ на другой барабан 3 таким образом, что ток цепи проходит через ленту на участке ее между роликами (барабанами) 2′, 2′′, как это схематически показано на фиг. 2. После перегорания токонесущего слоя на указанном участке можно, действуя на рукоятку, насаженную на один из барабанов 3 (правый на фиг. 1), и, переводя часть ленты с одного барабана на другой, включить последовательно в цепь ближайший свежий участок ленты (или шнурка). В случае применения ленты, токопроводящий слой находится с внутренней стороны, т.-е. с той, которой лента прижимается к барабанам 2′, 2′′; в случае применения шнурка, барабаны 2′, 2′′ снабжаются канавками, в которые ложится шнурок; в обоих случаях, таким образом, обеспечивается надежный контакт в месте перехода тока с роликов на ленту или шнурок, и перегорание будет происходить в середине между роликами 2′, 2′′. Для того, чтобы быть уверенным, что при действии на маховичок включен между роликами 2′, 2′′ свежий участок ленты и что перегоревший участок перешел на ролик, имеется стекло 26, вставленное в боковую стенку кожуха 14, которое дает возможность наблюдать движение ленты или шнурка: в первом случае на оборотной стороне ленты могут быть отпечатаны номера последовательных участков ленты, подобно тому, как это делается при применении фотографических пленок, а во втором случае, т.-е. при шнурке, о правильном положении последнего можно судить по перегоревшему месту, которое должно оказаться против стекла. Применение прибора в описанном виде в качестве ограничителя тока может быть затруднено двумя соображениями: недостаточной точностью действия, так как плавкие предохранители, как известно, не могут быть отрегулированы достаточно точно на силу тока, особенно при незначительной величине силы тока; кроме того, желательно не выключать немедленно при наличии предельного тока, а предупредить абонента о превышении нагрузки и, ухудшив качество света, дать ему возможность устранить незаконно включенную нагрузку, не доводя до перегорания предохранителя. С этой, целью предусматривается сверх описанного устройства еще другое. На сердечнике 6 из железных листов помещены две обмотки: первичная 8 - с током цепи (фиг. 2) и вторичная обмотка 9 из небольшого числа витков, замыкаемая нагревательным сопротивлением 4, которое окружает ленту 1 на участке между барабанами (роликами) 2′, 2′′; проволока сопротивления 4 навита на огнестойкую коробку 5. К сердечнику 6 притягивается ярмо 7, отжимаемое к своему верхнему, разомкнутому положению действием пружины 10. Положение ярма регулируется винтом 11 и, таким образом, может быть точно установлена та сила тока в обмотке 8, а, следовательно, и в цепи, при которой произойдет притяжение ярма и замыкание магнитной цепи 6-7. Хотя вторичная обмотка 9 находится все время под током, однако, этот ток крайне незначителен, пока магнитная система разомкнута; лишь по притяжении ярма система превращается в трансформатор тока (сериес-трансформатор), при чем по проволоке сопротивления 4 пройдет весьма значительный ток, что даст возможность при правильном выборе соотношения между витками обмоток 8 и 9 применить толстую проволоку сопротивления 4, надежно и долговременно действующую. Нагревание проволоки сопротивления 4, передаваясь на ленту 1, ускорит перегорание проводящего слоя последней и ставит, таким образом, перегорание в зависимость от действия магнитной системы, которая, как известно, может быть отрегулирована на данную силу тока весьма точно в пределах 1-5%. Подбирая соответственно толщину и материал для стенок коробки 5, можно установить желательное время, по истечении которого, при данной силе тока, произойдет выключение цепи; таким образом, ограничитель действует, как реле времени. В этом случае, самая предохранительная лента или шнурок рассчитываются на силу тока несколько большую, чем ограничитель в целом, так что перегорание происходит под совместным действием внешнего нагрева от коробки 5 с проволокой сопротивления 4 и внутреннего нагрева самой ленты под действием тока цепи. Если желательно мгновенное перегорание предохранителя, проволока сопротивления 4 располагается достаточно близко вокруг ленты без посредства теплопроводящей коробки 5. В случае короткого замыкания в цепи предохранительная полоска на ленте 1 перегорает немедленно, не ожидая, так сказать, действия электромагнитной системы. По притяжении ярма 7 магнитное сопротивление системы сразу сильно уменьшается, обмотка 8 дает большую индукцию, благодаря чему напряжение в цепи за прибором заметно уменьшается и лампы тускнут, что и служит предупреждением (вместо обычно применяемого мигания) для абонента. Если в течение короткого времени не будет уменьшена сила тока, цепь вовсе выключается из-под тока. Новое включение может быть произведено действием на рукоятку. Если абонент не будет ожидать перегорания предохранителя и уменьшит нагрузку, для устранения затемнения достаточно на мгновение выключить ток; тогда ярмо7 примет свое верхнее положение, разомкнув магнитную цепь. В описанном виде ограничитель применим только для переменного тока.

В форме выполнения, согласно фиг. 3 и 4, максимальный ограничитель состоит из: магнитного сердечника 6 с якорем 7, притягиваемым к сердечнику и устанавливаемым на определенном расстоянии от последнего действием пружины 49 и регулировочного винта 40; первичной обмотки 8 с током обслуживаемой цепи и вторичной обмотки 9, которая замыкается сопротивлением 4, введенным в воздушное пространство опрокидывающейся двухколенчатой трубки 38 с ртутью 39; выключающих контактов 42, каковое выключение происходит после опрокидывания трубки 38; кнопки 43, имеющей назначение восстанавливать включение цепи после происшедшего ее выключения. Схематически все устройство показано на фиг. 4. На фиг. 3 ограничитель показан в своем включенном положении. По сопротивлению 4 проходит ток защищаемой цепи. В это время магнитная цепь сердечника разомкнута. Когда сила тока превзойдет наперед заданную величину, что можно установить благодаря регулировочному. винту 40 с точностью, во всяком случае, превышающей колебания напряжения в сети, якорь 7 притягивается к сердечнику 6, магнитная цепь замыкается, ее магнитное сопротивление резко уменьшается, благодаря чему вторичная обмотка получает значительный ток, который начинает нагревать сопротивление 4, введенное в одну из камер трубки 38. Под действием этого нагрева воздух в камере расширяется и перегоняет постепенно ртуть 39 в другую камеру трубки. Трубка 38 подперта осью 58 ниже центра своей тяжести, так что, когда по мере перехода ртути в правую камеру центр тяжести системы переместится за вертикальную линию, проходящую через ось 58, трубка качнется сразу вправо и своим упором 53 разомкнет контакты 42, что и обусловливает, согласно схемы фиг. 4, перерыв тока в цепи. Хотя ток во вторичной обмотке 9 и, следовательно, в сопротивлении 4 возбуждается и при разомкнутой магнитной цепи, но ток этот крайне незначителен вследствие малой индукции при большем магнитном сопротивлении. Лишь после действия якоря 7 ток во вторичной обмотке сразу делается очень большим. Правильным выбором соотношения между числом витков первичной и вторичной обмоток можно установить достаточно высокую силу тока во вторичной обмотке, что обеспечивает возможность применения толстой и, следовательно, прочной и долговечной проволоки в качестве сопротивления 4. Одновременно с замыканием якоря, благодаря падению магнитного сопротивления, сразу сильно возрастает падение напряжения в обмотке 8, что немедленно отражается на накале ламп и служит сигналом для абонента о том, что им превзойдена заданная сила тока и что вскоре последует выключение тока. Время выключения при данной силе тока может быть установлено соответственным подбором длины и толщины сопротивления 4 а также об′ема камеры в трубке 38. Другая камера трубки компенсирует влияние внешней температуры. Чтобы усилить затемнение ламп перед выключением цепи, может быть применена добавочная ветвь 35 первичной обмотки; эта ветвь до действия прибора накоротко замыкается контактами 41, один из которых находится на регулировочном винте 40 и вводится в цепь тока лишь после замыкания магнитной системы. Благодаря наличию обмотки 35, состоящей из большого числа тонких витков, падение напряжения после действия якоря будет еще более значительным, что обусловит заметное затемнение ламп. Попутно осуществляется и другой весьма желательный эффект: соответственным подбором числа витков этой обмотки 35 можно достичь того, что электрическая нагрузка данной цепи в целом не превзойдет некоторой заданной величины, которая может быть установлена даже ниже, чем та нормальная нагрузка, на которую установлен прибор. Таким образом, доведя сопротивление своей цепи даже до короткого замыкания, абонент не может получить энергии больше заданного предела. В этом случае, при наличии обмотки 35, можно бы обойтись без выключающего устройства, как оно описано выше, и без вторичной обмотки 9, если не ставится^: требования обязательного выключения цепи при некотором предельном токе.

Обратное включение цепи производится посредством кнопки 43, которая воздействует на отогнутую часть 54 скобы 52 и возвращает опрокидывающуюся трубку 38 в ее нормальное положение. Должно быть предусмотрено предохранительное устройство, препятствующее какому-либо действию на выключающее устройство посредством кнопки. В данном ограничителе кнопка 43 расположена так, что нажим на скобу 52 возможен только при нижнем, выключенном, положении контактной пластинки; лишь при обратном движении кнопки под действием пружины 50 контактная пластина возвращается в свое нормальное положение и включает цепь тока. Другое устройство может состоять, например, в том, что при нажиме на кнопку 43 происходит разрыв в цепи и, таким образом, исключается возможность использовать кнопку для нарушения действия прибора.

Клеммы 45, 45, которыми прибор вводится в цепь, расположены на изолирующей планке 44 и закрываются крышкой.

В форме выполнения, согласно фиг. 5, максимальный ограничитель состоит из: магнитного сердечника 6 с якорем 7, который устанавливается на определенном расстоянии от последнего действием пружины и регулировочного винта; первичной обмотки 8 с током обслуживаемой цепи и вторичной обмотки 9, которая замыкается сопротивлением 4; пластинки 57, изготовленной из двух слоев металла с различным коэффициентом температурного расширения так называемой биметаллической пластинки, и согнутой с образованием витка или без образования витка (фиг. 5). На одном конце пластинки 57 наложено упомянутое выше сопротивление 4 при посредстве теплоизолирующего слоя, а на другом конце пластинка 57 несет на пружинке зуб 78, который удерживает пластинку 73 в притянутом состоянии к пластинке 72, с образованием контакта 62. Кнопка 63 предназначена для возвращения пластинки во включенное состояние после выключения с образованием контакта 62, при чем во время действия кнопки происходит разрыв цепи тока между пластинками 44 и 77. На схеме; согласно фиг. 5, ограничитель показан в своем включенном состоянии. В это время магнитная цепь сердечника 6 разомкнута, а по обмотке 8 проходит ток обслуживаемой цепи. Когда сила тока в цепи превзойдет некоторую наперед заданную величину, якорь 7, преодолевая натяжение пружины, будет притянут к сердечнику и, таким образом, замкнет магнитную цепь. Вследствие значительного уменьшения магнитного сопротивления, вторичная обмотка 9 получит значительный ток, который начнет нагревать сопротивление 4. По мере передачи теплоты на биметаллическую пластинку 57 и распространения теплоты вдоль пластинки, последняя начнет выгибаться, при чем зуб 78 отходит кверху, если металл с большим коэффициентом расширения находится с внутренней стороны. Наконец, зуб 78 освобождает пластинку 73 и последняя отскакивает от пластинки 72, производя мгновенный разрыв контакта 62. Продолжительность промежутка времени между действием электромагнита и выключением цепи может быть отрегулирована соответственным выбором теплоизолирующей прокладки, а также подбором числа витков обмотки 9, что обусловливает силу тока во вторичной цепи при замкнутом положении якоря 7. Одновременно с действием якоря, благодаря падению магнитного сопротивления, сразу сильно возрастает падение напряжения в обслуживаемой цепи, что и служит сигналом предупреждения, что сила тока превзойдена и что вскоре наступит выключение цепи. Чтобы усилить эффект затемнения ламп перед выключением и чтобы одновременно исключить возможность взять из сети больше энергии в период затемнения, хотя бы посредством тепловых приборов, предусматривается обмотка 35, которая размыкается и оказывается под током лишь по притяжении якоря. Обмотка 35 состоит из большого числа тонких витков проволоки.

Обратное включение цепи производится действием нажима на кнопку 63, которая возвращает пластинку 73 за зуб 78. Одновременно, в период действия на кнопку, происходит разрыв цепи, и таким образом исключается возможность воздействия на кнопку с целью помешать нормальному функционированию теплового выключателя 57.

1. Электрический максимальный ограничитель переменного тока, характеризующийся тем, что он снабжен трансформатором, магнитная цепь которого состоит из неподвижного разомкнутого сердечника 6 и подвижного ярма 7, замыкающего, при притяжении к сердечнику 6, магнитную цепь, каковой сердечник снабжен двумя обмотками, первичной 8 и вторичной 9, из коих первичная включена в защищаемую цепь последовательно и назначена, при увеличении силы тока сверх установленной, вызывать притягивание ярма 7 к сердечнику 6, вторичная же замкнута на нагревательное сопротивление 4, назначенное приводить в действие дополнительное термическое выключательное приспособление, размыкающее защищаемую цепь (фиг. 1 и 2).

2. Форма выполнения ограничителя, охарактеризованного в п. 1, с применением в качестве выключающего приспособления, ртутного термического выключателя, отличающаяся тем, что включенное во вторичную обмотку 9 сопротивление 4 заключено в двухколенчатую трубку 33 известного перекидного ртутного выключателя и имеет контакт, опущенный в ртуть 39 одного колена, каковая трубка при переходе ртути из одного колена в другое, вследствие термического действия сопротивления 4, перекидываясь из одного положения в другое, вызывает размыкание или, соответственно, замыкание защищаемой цепи (фиг. 4).

3. Форма выполнения охарактеризованного в п. 1 ограничителя с применением в качестве выключающего приспособления, термического биметаллического выключателя, отличающаяся тем, что включенное во вторичную обмотку 9 нагревательное приспособление 4 окружает биметаллическую пластинку 57 с защелкой 78, удерживающей при нормальном положении пластинки 57 защищаемую цепь замкнутой в контакте 62 (фиг. 5).

4. Видоизменение ограничителя, охарактеризованного в п. 2-3, отличающееся тем, что первичная обмотка трансформатора разбита на две последовательно соединенные секции 8 и 35, из коих одна, например, секция 35 замкнута, при оттянутом от сердечника 6 ярме 7, накоротко шунтирующими ее контактами 41 ярма 7 (фиг. 4 и 5).

5. Форма выполнения охарактеризованного в п. 1 ограничителя с применением, в качестве выключающего приспособления, сменного плавкого предохранителя, отличающаяся тем, что первичная обмотка 8 трансформатора включена в защищаемую цепь последовательно с перематываемой с барабана 2′ на барабан 2′′ плавкой проволокой 1, включенное же во вторичную обмотку 9 сопротивление 4 представляет нагревательную спираль, окружающую часть проволоки 1 между барабанами 2′ и 2′′ (фиг. 2).