Защитный разрядник

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик е"г К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 200880 (2 ) 2971827/24-07 31 М. КП.З с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Н 01 Т 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8 Дата опубликования описания 15.05.82(54) ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зациты электрических цепей и элементов аппаратуры от воздействия опасных перенапряжений.Известен разрядник, содержаций . 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 соприкосновение с образованием короткозамкнутой цепи на землю.Недостаток разрядника заключается в том, что при прохождении через приведенные в соприкосновение электроды разрядного тока наблюдается нежелательное явление искрения,обусловленное неплотным межзлектродным контактом из-за их неровной поверхности. После короткого замыкания электродов разрядник оказывается неработоспособным. Кроме того, указанный разрядникне обладает отключающей способностьюи не обеспечивает отключения защи- .щаемого устройства от аварийной сети при наличии в ней длительных перенапряжений.Наиболее близким к предложенному является защитный разрядник, содержащий установленные в герметичном корпусе заземленный неподвижный 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 подвижного электрода и сильфон, погруженный в диэлектрическую жидкость, дно которого соединено с подвижным электродом с помощью стержня, пропущенного через отверстие в перегородке, итоковвод, установленный снаружи сильфона со стороны его дна 123.Стержень, соединяюций подвижный электрод и дно сильфона, выполнен из токопроводящего материала, Стержень жестко закреплен в дне сильфона и образует с перегородкой скользящий контакт, а с токовводом подвижного электрода - размыкаю 928481щийся контакт, погруженный в диэлек,трическую ,жидкостьПри возникновении в сети длительной волны перенапряжения происходит срабатывание термочувствительного привода за счет горения дуги вмежэлектродном промежутке с приведением электродов в соприкосновениеи одновременным отключением аварийнойлинии,Недостатком известного разрядника являются возможность ложногосрабатывания термочувствительногопривода, т,е. приведение электродовв короткозамкнутое состояние в режиме воздействия кратковременной волны 15перенапряжения вследствие протеканияЧерез электроды сопровождающего токарабочей частоты, возможность механического деформирования рабочих поверхностей электродов в момент их 20соприкосновения с последующей электроэрозией электродов за счет протекания емкостных токов на землю, еслив защищаемой сети имеются устройства,содержащие мощные накопители элект-.ромагнитнойэнергии, а также возможность возникновения гидродинамического удара при размыкании цепи, вызванного гашением электрической дуги в среде жидкого диэлектрика.Цель изобретения - повышение надежности. работы в режиме воздействиякратковременных перенапряжений и повышение срока службы.Эта цель достигается тем,что в защитном разряднике, содержащем установленные в герметичном корпусе заземленный неподвижный электрод и подвижный электродс термочувствительным приводом, выполненным в .Овиде рабочей пружины из материалас эффектом памяти формы и возврат-.ной пружины, токопроводящую пе.регородку корпуса, выполненную с отверстием, на противоположных сторонах которой жестко закреплены указанная рабочая пружина привода подвижного электрода и сильфон, погруженный в диэлектрическую жидкость, дно которого соединено с подвижным электродом с помощью стержня, пропущенного через отверстие вперегородке, и токоввод, подвижныйэлектрод выполнен в виде стакана,возвратная пружина привода выполненаиз материала с нелинейным электрическим сопротивлением и установленавнутри подвижного электрода, рабочаяпружина привода установлена такжевнутри подвижного электрода снаруживозвратной пружины, подвижный электрод и рабочая пружина. его приводаизолированы от токопроводящей перегородки, стержень выполнен из изоляционного материала, а корпус снабжен,дополнительной токопроводящей 65 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 от" верстие 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 воздействиегидродинамического давления диэлектрической жидкости на элементы разрядника в момент размыкания контактов.На чертеже изображен разрядник, разрез.Разрядник состоит из герметичного изоляционного корпуса 1, разделенно" го на три части с помощью токопроводящейперегородки 2, с центральным отверстием и аналогичной дополнительной перегородки 3. Корпус имеет два основания 4 и 5. На основании 4 закреплен неподвижный электрод б в виде стержня, а основание 5 содержит токоввод 7, В отверстие перегородки 2 соосно с неподвижным электродом б вставлен с помощью изоляционного стержня 8 подвижный электрод 9 стаканообразной формы, материал которого обладает высокой теплопроводностью (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 нагретом состоянии.Электрод 9 и рабочая пружина 10 электрически изолированы от токо- проводящей 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 изоляцйонным стержнем 8. Штырь 14, проходящий через отверстие в дополнительной перегородке 3, образует с токовводом 7 размыкающий контакт, а пе-, регородка 3, в свою очередь, обра" зует размыкающий контакт с дном силь- Фона 13. Одна часть внутреннего прос" транства корпуса, содержащая раэрядный промежуток, заполнена инертным газом, а другая - с сильфоном и размыкающими контактами - жидким диэлектриком, обладающим электри- . ческой прочностью, большей, чем прочность газа, 0Разрядник работает следующим образом.В исходном положении рабочая пружина 10 сжата, а возвратная пружина 11 и сильфон 13 находятся в 15 свободном состоянии. Основание 4 с неподвижным электродом б заземлено, а,токоввод 5 и дополнительная перегородка 3 через размыкающий контакт 7 и сильфон 13 последовательно включены в электрическую цепь. На электроды 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, превышающей30 пробивное напряжение разрядника, вызывающее пробой межэлектродного промежутка. В момент пробоя сопротивление 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 40 газа в нем, благодаря чему обеспечивается восстановление электрической прочности межэлектродного промежутка.Как правило, вслед за импульсом 45 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" 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 устройства от сети, хотя перенапряжение в ней отсутствует.60Для избежания ложного срабатывания. привода разрядника в импульсном режиме воздействий необходимо ограничение сопровождающего тока, которое обеспечивается нелинейностью элект-, 65 рического сопротивления материалавозвратной пружины,Принцип избирательности работыпривода состоит в следующем.При пробое искрового промежуткачерез разрядник протекает импульсныйток,. создающий падение напряженияна токоограничивающей возвратнойпружине. Благодаря нелинейностивольтамперной характеристики материала возвратной пружины 11 это напряжение меняется при существенном изменении импульсного тока и незначи-.тельно отличается от пробивного напряжения искрового промежутка. Послеокончания процесса ограничения пере-,напряжения через разрядник продол"жает проходить сопровождающий ток,определяемый рабочим напряжениемпромышленной частоты. Сопротивлениевозвратной пружины 11 резко возрастает при малых, по сравнению с перенапряжениями, рабочих напряжениях.При этом сопровождающий ток значительно ограничивается, и в моментперехода тока через нулевое значение дуга в межэлектродном промежуткегаснет. В этом случае тепловая энергия, выделяющаяся в разряднике, недостаточна для достижения термоприводом 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 дополнительноготеплового излучения возвратной пружины при протекании по ней продолжительного разрядного тока.При достижении определенной температуры происходит расжатие Рабочейпружины 10, перемещающей электрод9 в направлении электрода б. При этомпроисходит 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 пружины10, благодаря чему она приобретаетпервоначальную форму и возвращаетэлектрод 9 совместно с возвратнойпружиной 11 в исходное положение,Предложенное изобретение позволяет, по сравнению с известными,повысить селективность работы разрядника в режиме воздействия кратковременных перенапряжений благода 928481Формула изобретения Защитный разрядник, содержащий установленные. в герметичном корпусе заземленный неподвижный электрод и подвижный электрод с термочувствительным приводом, выполненнйм в виде рабочей пружины из материала с эффектом памяти формы и возвратной пружины, токопроводящую перегородку корпуса, выполненную с отверстием, на противоположных сторонах которой 30 40 ря выполнению возвратной пружины иэ нелинейного материала, позволяющейотстраиваться от сопровождающего тока; уменьшить разрушение подвижных элементов разрядника вследствие воздействия гидродииамического дав ления диэлектрической жидкости, возникающее в момент размыкания цепи, за счет установления дополнительной перегородки, играющей роль барьера и одновременно выполняющей функции 10 электрического контакта; увеличить срок службы разрядника за счет исключения явления электроэрозии электродов в послекоммутационном периоде работы; а также повысить быстродействие разрядника за счет установления привода и возвратной пружины внутри подвижного электрода, что увеличивает скорость разогрева термопривода.20Кроме того, благодаря устранению короткозамкнутой цепи защищаемого устройства на землю появляется воз-можность использовать разрядник в цепях с мощными накопителями энергии. жестко закреплены указанная рабочаяпружина привода подвижного электродаи сильфон, погруженный в диэлектри- .ческую жидкость, дно которого соединено с подвижным электродом с помощьюстержня, пропущенного через отверс"тие в перегородке, и токоввод, установленный снаружи счльфона напротив его дна, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целана повышения надежности работы в режиме воздействиякратковременных перенапряжений и повышения срока службы, подвижный электрод выполнен в виде стакана, возвратная пружина привода выполнена изматериала с нелинейным электрическимсопротивлением и установлена внутриподвижного электрода, рабочая пружина привода установлена также внутриподвижного электрода снаружи возвратной пружины, подвижный электроди рабочая пружина его привода изолированы от токопроводящей перегородки, стержень выполнен из изоляцион-ного материала, а корпус снабжендополнительной токопроводящей перегородкой с отверстием, которая расположена со стороны дна сильфона иобразует с ним размыкающий контакт,причем дно сильфона снабжено с наружной стороны токопроводящим штырем, который пропущен через отверстиев дополнительной токопроводящейперегородке и образует с указаннымтоковводом размыкающий контакт.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ Р 881690,кл. 21 с 72, 1953.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2853279/24-07,кл. Н 01 Т 1/00, 1979.928481 Составитель Е.БочковаРедактор Л.Веселовская ТехредМ, НадьКорректор Л.Бок каэ 3 Патент д, ул. Проектная,Уж илиал 2/68 Тираж 629 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауы