Защитный разрядник Советский патент 1982 года по МПК H01T1/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических цепей и элементов аппаратуры от воздействия опасных перенапряжений. Известен разрядник, содержащий установленные в герметичном корпусе неподвижный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом и токовводом 1. При значительном перенапряжении в данном разряднике обеспечивается приведение электродов в соприкосно вение с образованием короткозамкнут цепи на землю. Недостаток разрядника заключается в том, что при прохождении через приведенные в соприкосновение элект роды разрядного тока наблюдается нежелательное явление искрения,обус ловленное неплотным межэлектродным контактом из-за их неровной поверхности. После короткого замыкания электродов разрядник оказывается неработоспособным. Кроме того, указанный разрядник не обладает отключающей способность и не обеспечивает отключения защи-. щаемого устройства от аварийной сет при наличии в ней длительных перенапряжений. Наиболее близким к предло женному является защитный разрядник/ содержащий установленные в герметичном . корпусе заземленный неподв-ижный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, выполненным в виде рабочей пружины из материала с эффектом памяти формы и возвратной пружины, токопроводящую перегородку корпуса, выполненную с отверстием, на противоположных сторонах которой жестко закреплены указанная рабочая пружина привода под-вижного электрода и сильфов, погруженный в диэлектрическую жидкость, дно которого соединено с подвижным электродом с помощью стержня, пропущенного через отверстие л перегородке, и токоввод, установленный снаружи сильфона со -стороны его дна 2 . Стержень, соединяющий подвижный электрод и дно сильфона, выполнен из токопроводящегс материала. Стержень жестко закреплен в дне сильфона и образует с перегородкой скользящий контакт, а с токовводом подвижного электрода - размыкающийся KOHTaj T, погруженный в диэле .трическую .жидкость. При возникновении в сети длительной волны перенапряжения проис.ходит срабатывание термочувствитель ного привода за счет горения, дуги в межэлектродном промежутке с приведением электродов в соприкосновение и.одновременным отключением аварийн линии. Недостатком известного разрядника являются возможность ложного срабатывания термочувствительного привода, т.е. приведение электродов в короткозамкнутое состояние в режи ме воздействия кратковременной волн Пе1эенапряжения вследствие протекани Через электроды сопровождающего ток рабочей частоты; возможность механического деформирования pa6o4iix по верхностей электродов в момент их соприкосновения с последувзщей элект роэрозией электродов за счет иротекания емкостных токов на землю-, если в защищаемой сети имеются устройства содержащие мощные накопители электромагнитной энергии, а также возможность возникновения гидродинамического удара при размыкании цепи, вызванного гашением электрической дуги в среде жидкого диэлектрика. Цель изобретения - повышение надежности, работы в режиме воздействия кратковременных перенапряжений и повышение срока службы. Эта цель достигается тем., что в за щитном разряднике,содержащем установ ленные в герметичном корпусе заземленный неподвижный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, выполненным в виде рабочей пружины из материала с эффектом памяти, формы и возврат ной пружины, токопроводящую перегородку корпуса, выполненную с от верстием, на противоположных сторонах которой жестко закреплены указанная рабочая пружина привода подвижного электрода и сильфон, по.груженный в диэлектрическую жидкость, дно которого соединено с под вижным электродом с помощью стержня, пропущенного через отверстие в перегородке, и токоввод, подвижный электрод выпо.лнен в виде стакана, возвратная пружина привода выполнен из материала с нелинейным электрическим сопротивлением и установлена внутри подвижного электрода, рабоча пружина привода установлена также внутри подвижного электрода снаружи возвратной пружины, подвижный элект род и рабочая пружина его привода изолированы от токопроводящей перегородки, стержень выполнен из изоля ционного материала, а корпус снаб жен/ дополнительной токопроводящей перегородкой с отверстием, которая расположена со стороны дна сильфона и образует с ним размыкающий контакт, причем дно сильфона снабжено с наружной стороны токопроводящим штырем, который .пропущен через отверстие в дополнительной токопроводящей перегородке, и образует с указанным токовводом размыкающий контакт. Выполнение возвратной пружины из материалов с нелинейным электрическим сопротивлением и введение второй токопроводящей перегородки обеспечивает избирательное срабатывание термопривода и. уменьшает при этом разрушающее воздействие гидродинамического давления диэлектрической жидкости на элементы разрядника в момент размыкания контактов. На чертеже изображен разрядник, разрез. . Разрядник состоит из герметичного изоляционного корпуса 1, разделенного на три части с помощью токопроводящей перегородки 2, с центральным отверстием и аналогичной дополнительной перегородки 3. Корпус имеет два основания. 4 и 5. На основании 4 закреплен неподвижный электрод 6 в виде стержня, а основание 5 сЪдержит токоввод 7. В отверстие перегородки 2 соосно с неподвижным электродом 6 вставлен с помощью изоляционного стержня 8 ПОДВИЖ.НЫЙ электрод 9 стаканообразной формы, материал которого обладает высокой теплопроводдостью (например, сплав бария с никелем) . Внутри подвижного электрода 9 размещен термочувствительный привод, состоящий из цилиндрической рабочей .пружины 10, охватывающей аналогичной формы возвратную пружину 11, расположенную на изоляционном стержне 8 и одним концом жестко закрепленную на перегородке 2, а вторым на подвижном электроде 9. Рабочая пружина 10 привода изготовлена из материала, обладающего эффектом памяти формы- (например, сплава никеля и титана), т.е. способностью запоминать ту геометрическую форму, которую ему придали в нахуэетом состоянии. Электрод 9 и рабочая пружина 10 электрически изолированы от токопроводящей перегородки 2 с помощью диэлектрической шайбы 12. На противоположной стороне перегородки 2 герметично установлен токопроводящий сильфон 13, дно которого, содержащее токопроводящий штырь 14, жестко связано с изоляционным стержнем 8. Штырь 14, проходящий через отверстие в дополнительной перегородке 3, образует с токовводом 7 размыкающий контакт, а пе регородка 3, в свою очередь, образует размыкающий контакт с дном сил фона 13. Одна часть внутреннего про транства корпуса, содержащая разрядный промежуток, заполнена инерт ным газом, а другая - с сильфоном и размыкающими контактами - жидким диэлектриком, обладающим электри- ческой прочностью, большей, чем прочность газа. Разрядник работает следующим образом. В исходном положении рабочая пружина 10 сжата, а возвратная пружина 11 и сильфон 13 находятся в свободном СОСТО/1НИИ. Основание 4 с неподвижным электродом 6 заземлено а.токоввод 5 и дополнительная перегородка 3 через размыкающий контакт 7 и сильфон 13 последовательно вкл чены в электрическую цепь. На элект роды подано напряжение меньше пробивного напряжения межэлектродного промежутка. При возникновении в защищаемой цепи кратковременной волны перенапряжения на электроде 9 благодаря наличию электрической связи возвратной Пружины 11 с токопроводящим сильфоном 13 образуется импульс напряжения по амплитуде, превышающей пробивное напряжение разрядника, вызывакицее пробой межэлектродного промежутка. В момент пробоя сопроти ление разрядника становится малым, следствием чего является шунтирование защищаемого устройства и тем самым осуществляется предохранение его от повреждений. После прохождения через разрядник импульса перенапряжения происходит деионизация газа в нем, благодаря чему обеспечивается восстановление электрической прочности межэлектродного промежутка . Как правило, вслед за импульсом тока через искровой промежуток по ионизационному пути устремляется сопровождающий ток, обусловленный напряжением рабочей частоты. В определенных условиях (например, защищаемое устройство, работает с заземленной нейтралью) дуга сопро-г вождающего тока может не погаснуть за счет явления деионизации, и импульсный пробой переходит в устойчивое дуговое короткое замыкание, приводящее к действию привода, и следовательно, к отключению устрой ства от сети, хотя перенапряжение в ней отсутствует. Для избежания ложного срабатыва привода разрядника в импульсном ре жиме воздействий необходимо ограни чение сопровождающего тока, которо обеспечивается нелинейностью элект рического сопротивления материалавозвратной пружины. Принцип избирательности работы привода состоит в следующем. При пробое искрового промежутка через разрядник протекает импульсный ток,, создающий падение напряжения на токоограничивагощей возвратной пружине. Благодаря нелинейности вольтамперной характеристики материала возвратной пружины 11 это напряжение меняется при существенном изменении импульсного тока и не,значительно отличается от пробивного напряжения искрового промежутка. После окончания процесса ограничения nepe-t напряжения через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Сопротивление возвратной пружины 11 резко возрастает при малых, по сравнению с перенапряжениями, рабочих напряжениях. При этом сопровождающий: ток значи- о тельно ограничивается, и в момент перехода тока через нулевое значение дуга в межэлектродном промежутке гаснет. В этом случае тепловая энергия, выделяющаяся в разряднике, недостаточна для достижения термо- приводом температуры срабатывания. При длительной волне перенапряжения нагрев рабочей пружины 10 осуществляется за счет тепла, поступающего из столба дуги непосредственно на подвижный электрод 9 благодаря его высокой теплопроводности, а также за счет дополнительного теплового излучения возвратной пружины при протекании по ней продолжительного разрядного тока. При достижении определенной температуры происходит расжатие рабочей пружины 10, перемещакяцей электрод 9 в направлении электрода 6. При этом происходит упругая деформация сильфона 13, вызывающая нарушение электрической связи с дополнительной перегородкой 3, и, соответственно, вывод токопроводящего штыря 14. из соприкосновения с токовводом 7 с образованием изоляционных промежутков, заполненных жидким диэлектриком. Связь защищаемого устройства с аварийной цепью прерывается и одновременно устраняется замыкание устройства на землю. В дальнейшем происходит постепенное остывание рабочей пружины 10, благодаря чему она приобретает первоначальную форму возвращает электрод 9 совместно с ьозвратной пружиной 11 в исходное положение. Предложенное изобретение позволяет, по сравнению с известнымиг повъюить селективность работы разрядника в режиме воздействия кратковременных перенапряжений благодаря выполнению возвратной пружины нэ нелинейного материала, позволяющей отстраиваться от сопровождающего то ка; уменьшить разрушениеподвижных элементов разрядника вследствие воздействия гидродинамического давления диэлектрической жидкости, во никакядее в момент размыкания цепи, за счет установления дополнительной перегородки, играющей роль барьера и одновременно выполняющей функции электрического контакта; увеличить срок службы разрядника за счет исключения явления электроэрозии элек родов в послекоммутационном периоде работы; а также повысить быстродействие разрядника за счет установления привода и возвратной пружины внутри подвижного электрода, что увеличивает скорость разогрева термопривода. Кроме того, благодаря устранению короткозамкнутой цепи защищаемого устройства на землю появляется возX можность использовать разрядник в цепях с мощными накопителями энергии. Формула изобретения Защитный разрядник, содержащий установленные, в герметичном корпусе заземленный неподвижный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, выполненн&м в виде рабочей пружины из материала с эффектом памяти формы и возвратной пружины, токопроводящую перегородку корпуса, выполненную с отверстием, на противоположных сторонах которой жестко закреплены указанная рабочая пружина привода подвижного электрода и сильфон, погруженный в диэлектри.ческую жидкость, дно которого соединено с подвижным электродом с помощью стержня, пропущенного через отверстие в перегородке, и токоввод, установленный снаружи с льфона напротив его дна, отличающийся тем, что, с целМС повышения надежности работы в режиме воздействия кратковременных перенапряжений и повышения срока службы, подвижный электрод выполнен в виде стакана, возвратная пружина привода выполнена из материала с нелинейнь электрическим сопротивлением и установлена внутри подвижного электрода, рабочая пружина привода установлена также внутри подвижного электрода снаружи возвратной пружины, подвижный электрод и рабочая пружина его привода изолированы от токопроводящей перегородки, стержень выполнен из изоляционного материала, а корпус снабжен дополнительной токопроводящей перегородкой с отверстием, которая расположена со стороны дна сильфона и образует с ним размыкающий контакт, причем дно сильфона снабжено с наружной стороны токопроводящИм штырем, который пропущен через отверстие в дополнительной токопроводящей перегородке и образует с указанным токовводом размыкающий контакт. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ 881690, кл. 21 с 72, 1953. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2853279/24-07, кл. Н 01 Т 1/00, 1979.