Защитный разрядник

Защитный разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий герметичный изоляционный корпус с двумя токопроводяшими основаниями, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод, неподвижно закрепленный на первом из указанных оснований, высоковольтный электрод, установленный на перегородке, тер мочувствительный привод, выполненный в виде сжатой токопроводящей рабочей пружины и элемента возврата, и расположенные в другом отсеке корпуса в дугогасительной жидкости токопроводящий сильфон и неподвижные контакты, прилегающие к дну сильфона , в котором закреплен один конец стержня, пропущенного через отверстие в перегородке в первый отсек корпуса, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия возврата в исходное состояние в режиме после действия длительных перенапряжений и повышения стабильности пробивного напряжения, дно сильфона выполнено в виде диска с отверстием из материала с нелинейным электрическим сопрютивлением , высоковольтный электрод неподвижно закреплен на перегородке г, помоид ю дополнительно введенного изоляционного цилиндра и выполнен в виде диска с обращенным внутрь изоляционного цилиндра центральным штырем, на котором установлена рабочая пружина термопривода, опирающаяся на торец стержня, элемент возврата термопривода выполнен в виде неподвижно закрепленной на высоковольтном электроде шайбы из термомагнитного сплава, охватывающей рабочую пружину термопривода , и взаимодействующего с шайбой кольцевого постоянного магнита, в отверстии которого хсестко закреплен другой конец стерж ня, выполненный . в виде токопроводящей трубки, насаженной на конец штыря высоковольтного электрода, полость трубки сообшаегся с полостью сильфона, который закреплен на втором основании корпуса и находится в растянутом положении, причем трубка образует с центральным штьфем высоковольтного электрода и рабочей пружиной термопривода размыкающий контакт, а сообщающиеся полости трубки и сильфона :о заполнены теплопоглощающей диэлектричес00 кой жидкостью. 1 1чЭ 2. Разрядник по п. 1, отличающий с я тем, что поверхность шайбы из термомагнитного сплава, обращенная к постоянному магниту, вьшолнена развитой.

„„SU„„1109842 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5g Н 01 Т 1/00

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3534760/24 — 07 (22) 11.01.83 (46) 23.08.84. Бюл. Р 31 (72) А. Н. Лысенко (53) 621.316.933 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1026214, кл. Н 01 Т 1/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 928481, кл. Н 01 Т 1/00, 1980. (54) (57) 1. ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий герметичный изоляционный корпус с двумя токопроводящими основаниями, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод, неподвижно закрепленный на первом из указанных оснований, высоковольтный электрод, установленный на перегородке, термочувствительный привод, выполненный в виде сжатой токопроводящей рабочей пружины и элемента возврата, и расположенные в другом отсеке корпуса в дугогасительной жидкости токопроводящий сильфон и неподвижные контакты, прилегающие к дну сильфона, в котором закреплен один конец стержня, пропущенного через отверстие в перегородке в первый отсек корпуса, о тличающийся тем,что,сцелью повышения быстродействия возврата в исходное состояние в режиме после действия длительных перенапряжений и повышения стабильности пробивного напряжения, дно сильфона выполнено в виде диска с отверстием из материала с нелинейным электрическьм сопротивлением, высоковольтный электрод неподвижно закреплен на перегородке с помощью дополнительно введенного изоляционного цилиндра и выполнен в виде диска с обращенным внутрь изоляционного цилиндра центральным штырем, на котором установлена рабочая пружина термопривода, опирающаяся на торец стержня, элемент возврата термопривода выполнен в виде неподвижно закрепленной на высоковольтном электроде шайбы из термомагнитного сплава, охватывающей рабочую пружину, термопривода, и взаимодействующего с шайбой кольцевого постоянного магнита, в отверстии которого жестко закреплен другой конец стерж-.

° ня, выполненный. в виде токопроводящей трубки, насаженной на конец штыря высоковольтного электрода, полость трубки сообщается с полостью сильфона, который закреплен на втором основании корпуса и находится в растянутом положении, причем трубка образует с центральным штырем высоковольтного электрода и рабочей пружиной вил термопривода размыкающий контакт, а сообщающиеся полости трубки и сильфона заполнены теплопоглощающей диэлектрической жидкостью. 4ь

2. Разрядник по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что поверхность шайбы из термомагнитного сплава, обращенная к постоянному магниту, выполнена развитой.

1 11

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зашиты устройств и элементов аппаратуры от воздействия опасных перенапряжений.

Известен защитный разрядник, содержащий герметичный корпус, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде расположен неподвижный заземленный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, установленный с помошью подшипника в отверстии неподвижные контакты, расположенные в другом отсеке корпуса в диэлектрической жидкости и соединенные подвижным. токопроводяшим мостиком, связанным с подвижным электродом стержневым элементом, установленным соосно с последним и выполненным из материала с нелинейным электрическим сопротивлением, а токопроводяший мостик выполнен в виде гибких пластин, крестообразно закрепленных на стержневом элементе в плоскости, перпендикулярной его оси, причем в этой же плоскости расположены указанные неподвижные контакты, образующие с соответствующими гибкими пластинами мостика скользящие контакты, а гермопривод выполнен в виде четырех постоянных магнитов, равномерно установленных по окружности вокрут подвижного электрода, и пластины с переменным радиусом кривизны из термомагнитного сплава, прикрепленной с помощью теплопроводного держателя к подвижному электроду. Разрядник обладает высокой стабильностью пробивного напряжения несмотря на то, что один из электродов подвижный (1).

Недостатком разрядника является низкое быстродействие в режиме после действия длительных перенапряжений, обуславливаюшее возможность длительного существования разрыва электрической цепи в результате срабатывания разрядника при воздействии длительных перенапряжений вследствие низкой скорости естественного охлаждения термочувствительного привода. Разрыв электрической цепи в режиме после действия перенапряжений влечет за собой ряд нежелательных последствий, характер и тяжесть которых зависит от назначения электрической цепи. Это может быть, например, ущерб от перерыва в электроснабжении, продолжительное прерывание линии связи и т.п.

Наиболее близким к предлагаемому является защитный разрядник, содержащий герметичный иэоляционньй корпус с двумя токопроводяшими основаниями, разделенный перегородкой с отверстием на gsa отсека, 09842

g5

55 в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод, неподвижно закрепленный на первом из оснований, и высоковольтный электрод, установленньй на перегородке, и термочувствительный привод, выполненный в виде токопроводящей рабочей пружины и элемента возврата, и расположенные в другом отсеке в дутогасительной жидкости токопроводяший сильфон и неподвижные контакты, прилегающие к дну сильфона, в котором закреплея один конец стержня, пропущенного через отверстие в перегородке корпуса в перв ьй отсек корпуса.

В разряднике рабочая пружина термопривода выполнены из материала с эффектом памяти формы, элемент возврата выполнен в виде пружины из материала с нелинейным электрическим сопротивлением, сильфон закреплен на перегородке корпуса, причем его дно выполнено с контактными элементами (выступами и штырем), взаимодействующими с соответствующими неподвижными контактами (2).

К недостаткам разрядника следует отнести низкое быстродействие, определяемое временем остывания термоприввда до момента закорачивания электрической цепи, прежде разорванной подвижными контактами разрядника во время прохождения длительной волны перенапряжения. Этим обуславливается "пассивность" работы разрядника„ заключающаяся в том, что в период остывания термопривода до температуры перехода разрядника в исходное состояние перенапряжение в цели может прекратиться, что означает готовность цепи к дальнейшей нормальной работе.

Поскольку термопривод не достиг температуры срабатывания, цепь будет находиться в отключенном состоянии. Следовательно, некоторое время, зависящее от темпа естественного охлаждения привода, потребитель электроэнергии будет неработоспособным, что может вызвать серьезные последствия, например, продолжительное нарушение телеграфной связи, прекращение работы различных электротехнических устройств.

Кроме того, разрядник обладает нестабильностью пробивного напряжения, обусловленной изменением величины междузлектродного промежутка при коммутациях контактов вследствие изменения микрорельефа контактных поверхностей мостика за счет явления электроэрозии материала, иэ которого изготовлены указанные элементы разрядника.

Цель изобретения — повышение быстродействия разрядника в режиме после дей1109842 ствия длительных перенапряжений и повышение стабильности пробивного напряжения, Поставленная цель достигается тем. что в защитном разряднике, содержащем герметичный изоляционный корпус с двумя токопроводяшимй основаниями, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод, 4 неподвижно закрепленный на первом из указанных оснований, и высоковольтный электрод, установленный на перегородке, и термочувствительный привод, выполненный в виде токопроводящей рабочей пружины и элемента возврата и расположенные в друтом отсеке корпуса в дугогасительной жидкости токопроводящий сильфон и неподвижные контакты, прилегающие к дну сильфона, в котором закреплен один конец стержня, пропущенного через отверстие в перегородке в первый отсек корпуса, дно сильфона выполнено в виде диска с отверстиями из материала с нелинейным электрическим сопротивлением, высоковольтный электропривод неподвижно закреплен на перегородке с помощью дополнительно введенного изоляционного цилиндра и выполнен в виде диска с обращенным внутрь изоляционного цилиндра центральным штырем, на котором установлена рабочая пружина термопривода, опирающаяся на торец стержня, элемент возврата термопривода выполнен в виде неподвижно закрепленной на высоковольтном электроде шайбы из термомагнитного сплава, охватывающей рабочую пружину термопривода, и взаимодействующую с шайбой кольцевого постоянного магнита, в отверстии которого жестко закреплен другой конец стержня, выполненный в виде токопроводящей трубки, насаженной на конец штыря высоковольтного электрода, полость трубки сообщается с полостью сильфона, который закреплен на втором основании корпуса и находится в растянутом положении, причем трубка образует с центральным штырем высоковольтного электрода и рабочей пружиной термопривода размыкающий контакт, а сообщающиеся полости трубки и сильфона заполнены теплопоглощающей диэлектрической жидкостью.

Поверхность шайбы из термомагнитного сплава, обращенная к постоянному магниту, выполнена развитой.

Выполнение элемента возврата термопривода в виде подвижной системы, постоянный магнит которой связан с упругим сильфоном, заполненный теплопоглощающей жидкостью, позволяет по принципу поршня доставлять теплопоглощающую жидкость к поверхности

t5

55 термочувствительного элемента привода, увеличивая интенсивность теплосьема, а значит и сокращая время безтоковой паузы в работе защищаемого устройства.

Благодаря тому, что оба электрода неподвижны, достигнута высокая стабильность пробивного напряжения разрядника, поскольку перемещения подвижных элементов разрядника при срабатывании термопривода не оказывают влияния на величину межэлектродного промежутка.

На фиг. 1 изображен защитный разрядник в исходном положении, общий вид, разрез; на фиг. 2 — то же, после срабатывания термопривода.

Разрядник состоит из герметичного изоляционного корпуса 1, разделенного на два отсека с помощью изоляционной пер"городки 2 с центральным отверстием первого токопроводяшего основания 3, на котором неподвижно установлен заземленный электрод

4 второго токопроводящего основания 5, диэлектрического цилиндра 6, закрепленного на перегородке 2 соосно с электродом 4 высоковольтного электрода 7, установленного на цилиндре 6 и выполненного из материала с высокой теплопроводностью в виде диска с центральным штырем 8, обращенным внутрь цилиндра 6. У основания штыря 8 имеется кольцевая канавка, в которой закреплена цилиндрическая рабочая пружина 9 термочувствительного привода. Электроды 4.и 7 образуют Разрядный промежуток.

Внутри цилиндра 6 размещен элемент возврата термочувствительного привода, состоящий из шайбы 10, выполненной из термомагнитного материала, имеющего низкую температуру Кюри (например, никелево-цинкового феррита), и расположенного параллельно шайбе кольцевого постоянного магнита 11. Шайба 10 размещена снаружи пружины 9 и закреплена на электроде 7 с помощью, например, прижимных винтов 12, обеспечивающих плотный контакт между поверхностями, либо приклеиванием теплопроводным токопроводящим составом. Внешняя поверхность шайбы, обращенная к постоянному магниту 11, выполнена развитой, например, путем нанесения кольцевых проточек. Диаметр отверстия и высота шайбы 10 выбраны таким образом, что штырь 8 частично выступает над поверхностью шайбы, являясь нацравляющей при перемещениях пружины 9, которая при нажатии полностью утапливается в отверстии шайбы 10. Внутренний диаметр цилиндра 6 и внешний диаметр магнита 11 подобраны с высокой точностью, обеспечивающей достаточную свободу перемещения магнита и герметичность объема.

1109842

Возникновение в электрической цепи кратковременного перенапряжения приводит к

50 пробою разрядного промежутка, чем обеспечивается ограничение амплитуды перенапряжения до безопасного для защищаемого устройства уровня.

После действия импульсной волны перенапряжения за счет нелинейности вольт-амперной характеристики материала диска 14 происходит ограничение сопровождающего тока, возможность прохождения которого через

В отверстие магнита 11 впрессован пропущенный в отверстии перегородки 2 стержень, выполненный в виде токопроводящей трубки 13 с внутренним диаметром больше диаметра штыря 8. Противоположный ко- 5 нец трубки 13 закреплен в отверстии диска 14 из материала с нелинейным электрическим сопротивлением (например, вилита) .

Этот диск является дном упругого сильфона 15, жестко установленного на основании 10

5, внутренний об.ьем которого через заглушку 16 заполнен теплопоглощающей диэлектрической жидкостью (напрнмер, минеральным маслом, силиконовой жидкостью и т.д.) .

На корпусе 1 в его отсеке со стороны 15 основания 5 установлены над сильфоном два диаметрально расположенных упругих

KoHTRKTR 17 и 18, замкнутые на диск 14 и обеспечивающие электрическую связь разрядника с цепью. 20

Отсек корпуса с разрядным промежутком заполнен газом, а отсек с сильфоном диэлектрической . жидкостью, электрическая прочность которой выше прочности газа (например, трансформаторным маслом) . 25

Разрядник работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 1) постоянный магнит 11 притянут к шайбе 10. При этом выступающая над поверхностью шайбы часть штыря 8 находится в трубке 13, а пру- . жина 9 в сжатом состоянии размещается в отверстии шайбы 10 и образует с трубкой

13 электрический контакт.

Сильфон 15 растянут, благодаря чему гибкие контакты 17 и 18, включенные в рассечку электрической цепи, оказываются прижатыми к диску 14, создавая путь для протекания тока в защищаемое устройство.

В этом состоянии охлаждающая жидкость полностью заполняет внутренний объем сильфон-трубка. Электрод 4 заземлен, а на электрод 7 подано напряжение через цепочку контакты 17 и 18 — диск 14 — трубка 13 — пружина 9. При этом величина действующего в цепи напряжения меньше

45 пробивного напряжения разрядного промежутка между электродами 4 и 7. разрядный промежуток определяется схемными особенностями электрической цепи. В момент перехода тока через нулевое значение разряд в разрядном промежутке гаснет вследствие деионизапии газа. Электрическая прочность промежутка восстанавливается, обеспечивая дальнейшую нормальную работу цепи.

Вследствие кратковременности горения электрического разряда тепловая энергия, выделяющаяся при этом, недостаточна для нагревания термомагнитной шайбы 10. . При длительном (квазистационарном) перенапряжении в результате достижения шайбой 10 температуры Кюри материал ее теряет свои магнитные свойства, вследствие чего сила взаимодействия постоянного магнита 11 с шайбой 10 (FMar ) резко падает, обеспечивая высвобождение потенциальной энергии упругой деформации пружины 9 и сильфона 15. При этом выполняется условие

9 15 Ма г

+р )F

9 F>> cmbr ynpyroro расжатия жины 9 и сжатия сильфона 15.

В результате происходит сжатие сильфона

15 и расжатие пружины 9, под действием чего постоянный магнит 11 начинает перемешаться вниз, Одновременно с этим внутренний объем сильфона сокращается, обеспечивая тем самым поступление теплопоглощающей жидкости в образовавшееся пространство между постоянным магнитом 11 и шайбой 10, обуславливая интенсивно ее охлаждение. Этому способствует сильно развитая поверхность шайбы, поскольку увеличена поверхность теплоотдачи.

Высота пружины 9 в свободном состоянии и штыря 8 подобраны так, что при дальнейшем перемещении магнита вниз происходит разрыв электрической связи между указанными элементами и трубкой 13 в среде диэлектрической жидкости.

Вместе с этим нарушается электрический контакт между упругими контактами 17 — 18 и диском 14, обеспечивая надежное прерывание электрической связи защищаемого устройства с аварийной цепью.

После снятия охлаждающей жидкостью тепла с шайбы 19 она восстанавливает свои магнитные свойства.

В результате притяжения магнита 11 к шайбе 10 осуществляется замыкание контактов 17 — 14, 18 — 14 и 9 — 13, разрядник приходит в исходное состояние с восстановлением работоспособности электрической цепи.

Если в момент перехода разрядника в исходное положение в цепи сохранится пе1109842

Составитель E. Бочкова

Техред Ж.Кастелевич

Корректор А. Тяско

Редактор Е. Лушникова

Тираж 591

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6095/39

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ренапряжение, то описанный процесс повторится с той лиить разницей, что время. необходимое для достижения шайбой 10 температуры Кюри, уменьшается за счет ранее запасенного тепла.

Предлагаемый разрядник позволяет повысить быстродействие возврата в исходное положение на этапе восстановления электрической связи защищаемого устройства с цепью за счет повышения темпа охлаждения элемента возврата термочувствительного привода по сравнению с известным, в котором охлаждение обеспечивалось путем естественной конвекции в воздухе, а не с помощью жидкого теплопоглотителя. В результате вокращается время неработоспособности потре5 бителей электроэнергии различного назначения, что имеет важное экономическое значение; сокращается длительность перерыва в работе линий связи. Кроме того, повышена стабильность параметров разрядника за счет постоянства величины межэлектродного промежутка прн коммутациях элементов разрядника.