Защитный разрядник

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ ПУБЛИН 1511 Н О 1 т 1/0 О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ 0(46) (72) (53) (56) 11 о2 стержня, пропущенного перегородке в первый личающийс через отверститсек корпустем, что,ия возвратапосле дейси повышения тцелью овышения быстродеи в исх я дли стабил ьфона из ое сос льных ояние в режим перенапряжений ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ(22) 11.01.8323.08.84, Бюл, Иф 31А. Н. Лысенко621.316.933 (088.8)1. Авторское свидетельство СССР026214, кл. Н 01 Т 1/00, 1981.Авторское свидетельство СССР Иф 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 надва отсека, в одном из которых в газовойсреде соосно расположены заземленныйэлектрод, неподвижно закрепленный на первоиз указанных оснований, высоковольтныйэлектрод, установленный на перегородке, термочувствительный привод, выполненный в виде сжатой токопроводящей рабочей пружиныи элемента возврата, и расположенные вдругом отсеке корпуса в дугогасительнойжидкости токопроводящий сильфон и неподвижные контакты, прилегающие к дну сильфона, в котором закреплен один конец ти пробивного напряжения, дно ыполнено в виде диска с отве,ЯО 1109842 материала с нелинейным электрическьм сопротивлением, высоковольтный электрод неподвижно закреплен на перегородке с помощью дополнительно введенного изоляционного цилиндра и выполнен в виде диска собращенным внутрь изоляционного цилиндра центральным штырем, на котором установлена рабочая пружина термопривода, опирающаяся на торец стержня, элемент воз.врата термопривода выполнен в виде неподвижно закрепленной на высоковольтномэлектроде шайбы из термомагнитного сплава,охватывающей рабочую пружину. термоприво.да, и взаимодействующего с шайбой кольцевого постоянного магнита, в отверстии которого жестко закреплен другой конец стержня,выполненный. в виде токопроводящейтрубки, 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 пружинойтермопривода размыкающий контакт, а сообщающиеся полости трубки и сильфоназаполнены теплопоглощающей диэлектрической жидкостью. 2. Разрядник по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что поверхность шайбы из термомагнитного сплава, обращенная к постоянному магниту, выполнена развитой,11Изобретение 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 термочувствитель. ным приводом, установленный с помощью подшипника в отверстии неподвижные кон. такты, 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, крестооб. разно закрепленных на стержневом элемен. те в плоскости, перпендикулярной его оси, причем в этой же плоскости расположены указанные неподвижные контакты, образую. шие с соответствующими гибкими пластинами мостика скользящие контакты, а термопривод 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 111.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 элект. рической 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 пе. регородкой с отверстием на два отсека, 09842 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод, неподвижно закрепленный на первом из оснований, и высоковольтный электрод, установ. ленньй на перегородке, и термочувствительный привод, выполненный в виде токопроводящей рабочей пружины и элемента возврата, и расположенные в другом отсеке в дутогасительной жидкости токопроводяцгий сильфон и неподвижные контакты, приле. гаюшие 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 ра. зорванной 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, напри. мер, продолжительное нарушение телеграфной связи, прекращение работы различных электротехнических устройств.Кроме того, разрядник обладает нестабильностью пробивного напряжения, обусловлен. ной изменением величины междуэлектродного промежутка при коммутациях контактов вследствие изменения микрорельефа контактных поверхностей мостика за счет явления электроэрозии материала, иэ которого изготовлены указанные элементы разрядника. Цель изобретения - повышение быстро.действия разрядника в режиме после дей.ствия длительных перенапряжений и повышение стабильности пробивного напряжения,Поставленная цель достигается тем, что в защитном разряднике, содержащем гер.метичный изоляционный корпус с двумя токопроводяшимй основаниями, разделенный перегородкой с отверстием на два отсека, в одном из которых в газовой среде соосно расположены заземленный электрод,4неподвижно 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 силь- фона, 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 элект. рическим 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 выпол. нен 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 силь- фона, который закреплен на втором осно. ванин 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 5 10 15 25 30 35 40 45 50 55 термочувствительного элемента привода, увеличивая интенсивность теплосьема, а значити сокращая время безтоковой паузы в работе защищаемого устройства,Благодаря тому, что оба электрода непод.вижны, достигнута высокая стабильность пробивного напряжения разрядника, посколькуперемещения подвижных элементов разрядника при срабатывании термопривода не оказывают влияния на величину межэлектродного промежутка.На фиг. 1 изображен защитный разрядникв исходном положении, общий вид, разрез;на фиг. 2 - то же, после срабатывания термопривода,Разрядник состоит из герметичного изоляционного корпуса 1, разделенного на дваотсека с помощью изоляционной пер"город.ки 2 с центральным отверстием первого токопроводяшего основания 3, на которомнеподвижно установлен заземленный электрод4 второго токопроводящего основания 5, ди.электрического цилиндра 6, закрепленного наперегородке 2 соосно с электродом 4 высоковольтного электрода 7, установленного нацилиндре 6 и выполненного из материалас высокой теплопроводностью в виде дискас центральным штырем 8, обращенным внутрьцилиндра 6, У основания штыря 8 имеетсяколытевая канавка, в которой закрепленацилиндрическая 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 низкуютемпературу Кюри (например, никелево-цинкового феррита), и расположенного параллельно шайбе кольцевого постоянного магнита 11. Шайба 10 размещена снаружи пружины 9 и закреплена на электроде 7 спомощью, например, прижимных винтов 12,обеспечивающих плотный контакт между по.верхностями, либо приклеиванием теплопро.водным токопроводящим составом, Внешняя поверхность шайбы, обращенная к постоянному магниту 11, выполнена развитой,например, путем нанесения кольцевых проточек. Диаметр отверстия и высота шайбы 10выбраны таким образом, что штырь 8 частич.но выступает над поверхностью шайбы, являясь нацравляющей при перемещениях пру.жины 9, которая при нажатии полностьюутапливается в отверстии шайбы 10. Внутренний диаметр цилиндра 6 и внешний диаметрмагнита 11 подобраны с высокой точностью,обеспечивающей достаточную свободу перемещения магнита и герметичность объема, 110984240 Возникновение в электрической цепи крат. ковременного перенапряжения приводит к50 пробою разрядного промежутка, чем обес.печивается 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 про.пущенный в отверстии перегородки 2 стержень, выполненный в виде токопроводяшей трубки 13 с внутренним диаметром больше диаметра штыря 8. Противоположный ко. 5 нец трубки 13 закреплен в отверстии диска 4 из материала с нелинейным электрическим сопротивлением (например, вилита).Этот диск является дном упругого сильфо.на 15, жестко установленного на основании 1 О 5, внутренний обьем которого через заглуш. ку 16 заполнен теплопоглощающей диэлектрической жидкостью (например, 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 контакта 17 и 18, замкнутые на диск 14 и обеспечивающие электрическую связь разрядника с цепью. 20Отсек корпуса с разрядным промежутком заполнен газом, а отсек с сильфономдиэлектрической жидкостью, электрическая прочность которой выше прочности газанапример, трансформаторным маслом) . 25Разрядник 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- . 30 жина 9 в сжатом состоянии размещается в отверстии шайбы 10 и образует с трубкой 13 электрический контакт.Сильфон 15 растянут, благодаря чемугибкие 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 объемсильфон-трубка. Электрод 4 заземлен, а на электрод 7 подано напряжение через цепочку контакты 17 и 18 - диск 14 - труб.ка 13 - пружина 9, При этом величина действующего в цепи напряжения меньше45 пробивного напряжения разрядного проме.жутка между электродами 4 и 7. разрядный промежуток определяется схем. ными особенностями электрической цепи. В момент перехода тока через нулевое значение разряд в разрядном промежутке гаснет вследствие деионизапии газа. Электрическая прочность промежутка восстанавливается, обес. печивая 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 магии. та 11 с шайбой 10 (Емаг) резко падает, обеспечивая высвобождение потенциальной энергии упругой деформации пружины 9 и сильфона 15, При этом выполняется усло- вие Э 15 мооргЕ+Р )Ргде Р 9, Р - силы упругого расжатия пружины 9 й 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 даль. нейшем перемещении магнита вниз происходит разрыв электрической связи между ука. занными 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 при. ходит в исходное состояние с восстановлением работоспособности электрической цепи.Если в момент перехода разрядника в исходное положение в цепи сохранится пе119842 Составитель Е. БочковаТехред Ж.Кастелевич орректор А Тяско едактор Е. Лувнико Заказ 6095 39 Тираж 591 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4одписно ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проек ренапряжение, то описанный процесс повторится с той лищь разницей, что время, це. обходимое для достижения шайбой 1 О тем. пературы Кюри, уменьшается за счет ранее запасенного тепла.Предлагаемый разрядник позволяет ловы. сить быстродействие возврата в исходное положение на этапе восстановления электрической связи защищаемого устройства с цепью эа счет повышения темпа охлаждения элемента возврата термочувствительного при. вода по сравнению с известным, в котором охлаждение обеспечивалось путем естественной конвекции в воздухе, а не с помощьюжидкого теплопоглотителя. В результате вок.ращается время неработоспособности потре бителей электроэнергии различного назначения, что имеет важное экономическое значение; сокращается длительность перерыва вработе линий связи, Кроме того, повышенастабильность параметров разрядника засчет постоянства величины межэлектродногопромежутка при коммутациях элементовразрядника.