Автоматический выключатель

(5 Е ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ о:-исследовательорский и техноло- низковольтного твейчук и К, И к Е. Токоограничиременного тока. - а.раты распределеии до 1000 В. - М.; В Ы КЛ ЮЧАТЕЛ ЛЬ О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(56) Дзежбицки СВальчувающие выключатели пеЛ,: Энергоиздат, 1982,Кузнецов Р. С. Аппния электрической энергЭнергия, 1970, с, 217-227(54)АВТОМАТИЧЕСКИЙ Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным.автоматическим выключателям.Известны автоматические выключате-. ли, в которых ограничение тока короткого замыкания (КЗ) производится при помощи специального токоограничивающего элемента, осуществляющего сравнительно быстрое введение в цепь сопротивление электрической дуги,В указанных выключателях введение в цепь сопротивления, ограничивающего ток КЗ, производится не скачкообразно, а постепенно. по мере растяжения дуги при расхождении контактов, а затем и при перемещении ее по дугогасительным рогам в дугогасительную камеру, Так как скорость. нарастания сопротивления дуги и скорость нарастания тока КЗ в цепи соизмеримы., то(57 Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение токоограничивающих характеристик, Устройство содержит изоляционный корпус 25, привод 18, механизм свободного расцепления 22, размещенные в.каждом полюсе подвижный 4 и неподвижный 2 контакты, дугогасительную камеру 5, токоограничивающий элемент 9, расцепитель 10 максимального тока, установленный с возможностью взаимодействия с механизмом 22. Элемент 9 выполнен.в виде отрезка высокотемпературного сверхпроводника 15, который помещен в теплоизоляционный корпус 12, наполненный жидким азотом 17, Величину сечения проводника 15 и его дли- о ну выбирают исходя из определенных соотношений, 3 ил.юевй данный автоматический выключатель не позволяет достигнуть высокой степени токоограничения. ЬЭНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматический ( выключатель, содержащий изоляционный (Я корпус, привод и механизм свободного расцепления, размещенные в каждом полюсе подвижный и неподвижныйконтакты, дугогасительную камеру. токоограничивающий элемент и расцепитель максимального тока,авей В этом выключателе в качестве токоограничивающего элемента применен электродинамический узел быстрого разведения контактов, Под действием электродинамических сил, обусловленных протеканием тока КЗ, происходит размыкание контактов и на них появляется короткая. дуга.,С этого момента в цепь вводится ограничивающееток КЗ сопротивление, Пока расстояние между контактами не достигнет определенной величины дуга находится в межконтактном промежутке и поэтому ее сопротивление на этом этапе отключения тока изменяется незначительно. Поэтому, несколько условно, инерционность в срабатывании токоограничивающего элемента на этом этапе можно назвать механической инерционностью. Снизить механическую инерционность можно за счет применения дополнительных быстродействующих, приводов, разводящих контакты, работающих от посторонних источников мощности, например от конденсаторов.После того, как зазор между контактами окажется достаточным для выхода дуги из межконтактного промежутка, начнется второй этап процесса ограничения тока, На этом этапе скорость возрастания сопротивления дуги, введенного в электрическую цепь, зависит от скорости движения ее по дугогасительным рогам и входа в деионную решетку. Поэтому длительность этого этапа процесса токоограничения определяется электрической инерционностью, Чтобы снизить электрическую инерционность процесса токоограничения необходимо увеличить систему магнитного дутья, применяя для этого и посторонние источники.Таким образом, в этом выключателе высокую степень токоограничения нельзя достигнуть из-за имеющейся инерционности (как механический, так и электрической) в срабатывании токоограничивающего элемента. Исключить указанную инерционность в срабатывании токоограничивающего элемента, принцип действия которого основан на введении в цепь электрической дуги, фактически невозможно,Цель изобретения - повышение токоограничивающих характеристик. Для этого предлагаемый автоматический выключатель, содержащий изоляционный корпус, приплод; механизм свободного расцепления и размещенные в каждом полюсе подвижный и неподвижный контакты, дугогасительную камеру; токоограничивающий элемент, расцепитель максимального тока, установленный с возможностью взаимодействия с механизмом свободного расцепления, снабжен теплоизоляционным корпусом, наполненным жидким азотом, а токоограничивающий элемент выполнен в виде отрезка высокотемпературного сверх- проводника, который помещен в теплоизоляционный корпус. При этом величина сечения высокотемпературного сверхпроводника Япр равна срЯПр =у -где ср - ток срабатывания токоограничивающего элемента;5 р - критическая плотность протекающего через сверхпроводник тока, при которой исчезают сверхпроводящие свойства, адлинавысокотемпературного проводникаравна10 й Ь,Ргде В - сопротивление, которое необходимовключить в цепь с заданным напряжением,чтобы получить в цепи ток, равный величине15 тока срабатывания ср токоограничивающего элемента;р - удельное сопротивление проводникапри потере им свойств сверхпроводимости,За счет того, что в выключателе токоог 20 раничивающий элемент выполнен в видеотрезка высокотемпературного сверхпроводника, который помещен в теплоизоляционный корпус, наполненный жидкимазотом, при этом сечение Япр и длина сверх 25 проводникаопределяются приведеннымивыше выражениями, достигается повышение токоограничивающих характеристиквыключателя,Высокие токоограничивающие свойст 30 ва в предлагаемом выключателе обеспечиваются за счет того, что характерное времяпроцесса перехода сверхпроводника изсверхпроводящего состояния в обычное(т,е. характерное время ввода в цепь огра 35 ничительного сопротивления) на один-двапорядка меньше, чем процесс нарастаниятока КЗ. В выключателях, в которых ограничение тока достигается за счет ввода в цепьс током КЗ сопротивления дуги, указанных40 выше соотношений между скоростью вводасопротивления и скоростью нарастания тока КЗ обеспечить практически невозможно,На фиг. 1 показан предлагаемый автоматический выключатель; на фиг. 2 - струк 45 турная электрическая схема; на фиг. 3 -графики, отражающие характер изменениятока в цепи, сопротивления токоограничивающего элемента и напряжения дуги наконтактах выключателя.50В каждом полю"е выключателя имеютсянеподвижный контактодержатель 1 с неподвижным контактом 2, подвижный контактодержатель 3 с подвижным контактом 4 и 55 дугогасительная камера 5. Неподвижныйконтактодержатель 1 гибким соединением 6 соединен с вводным зажимом 7, Контактные нажатия осуществляются контактными пружинами 8. На токопроводе, соединяющемподвижный контактодержатель 3 с токоограничивающим элементом 9, установленэлектромагнитный расцепитель 10 максимального тока, который выполнен с возможностью воздействия на отключающую рейку 511, Токоограничивающий элемент состоитиз теплоизоляционного корпуса 12, которыйпредставляет собой сосуд с двумя стенками.между которыми создан вакуум (наподобиесосуда Дьюара), вводного 13 и выводного 14 10патрубков высокотемпературного сверхпроводника 15 изоляционных плит 16, ккоторым крепятся элементы сверхпроводников 15, Внутрь корпуса 12 через патрубки13 и 14 подается жидкий азот 17 от кампрессора или емкости (на фиг. не показаны).Выключатель содержит общий для всехполюсов электропривод 18, обеспечивающий включения и отключения, которыйвключает в себя рукоятку 9, пружину 20, 20систему ломающихся рычагов 21, а такжеимеет механизм свободного расцепления22, включающий в себя рычаг расцепления23. сбоку 24 и отключающую рейку 11, Выключатель размещен в изоляционный корпус 25.Структурная схема выключателя (см.фиг, 2), содержит вводные зажимы 7, неподвижные 2 и подвижные 4 контакты, привод18, механизм свободного расцепления 22. 30раецепители максимального тока 10; токоограничивающий элемент 9 с вводным 13 ивыводными 14 патрубками и с высокотемпературным сверхпроводником 15.Приведенные на фиг,3 графики отражают изменения следующих параметров;Щ - график изменения протекающегочерез выключатель тока;ВтО (т) - график сопротивления токоограничивающего элемента. 40Оф) - график изменения напряженияна контактах выключателя,Выключатель работает следующим образом.В исходном положении неподвижные 2 45и подвижные 4 контакты выключателя разомкнуты (см, фиг. 2). При воздействии на привод 18 выключателя рукоятка 19выключателя переводится в положение"Включено" (см. фиг, 1). В результате, под 50действием пружины 2, за счет перемещениясистемы ломающихся рычагов 21 подвижный контактодержатель 3 подвижных контактов 4 занимает положение,соответствующее замыканию неподвижных 552 и подвижных 4 контактов, Через выключатель, в том числе и через токоограничивающий элемент 9, начинает протекатьноминальный ток, Так как при протеканииноминального тока плотность тока черезФ сверхпроводник 15 получается меньше критической 3 р, то сопротивление токоограничивающего элемента 9 близко к нулю,При возникновении тока КЗ в цепи ток через выключатель, в частности через токо- ограничивающий элемент 9, начинает возрастать (см. фиг. 3). При достижении током КЗ величины тока срабатывания электромагнитного расцепителя 10 максимального тока (ср.р) расцепитель 10(см. фиг, 1) начинает воздействовать на отключающую рейку 11,При дальнейшем нарастании тока КЗ в момент достижения им величины тока срабатывания токоограничивающего элемента 9 (1 ср т/о) происходит быстрый переход высокотемпературного сверхпроводника 15 токоограничивающего элемента 9 из сверхп роводя щего состояния в обычное (см, фиг. 3). Тем самым в электрическую цепь быстро вводится сопротивление йср. Следует отметить, что удельное сопротивление токоограничивающего элемента 9 при утере им своих сверхпроводящих свойств по своей величине получается одноо порядка с удельным сопротивлением такого высокоомного материала, как нихром. При этом после достижения критической плотности тока Ар в токоограничивающем элементе 9 его удельное сопротивление быстро увеличивается до величины, несколько меньшей своего наибольшего значения. При дальнейшем увеличении тока, а значит и плотности тока в токоограничивающем элемен.е 9, удельное сопротивление последнего возрастает до своего наибольшего значения, В соответствии с изменением удельного сопротивления изменяется и величина сопротивления токоограничивающего элемента 9 т(о (см, фиг, 3,Параллельно процессу изменения сопротивления токоограничивающего элемента 9 происходит процесс срабатывания механизма свободного расцепления 22,После поворота отключающей рейки 11 скоба 24 выходит из зацепления с ней и освобождает рычаг расцепления 23, Под действием пружины 20 механизма свободного расцепления 22 через ломающиеся рычаги 21 подвижные контактодержатели 3 подвижных контактов 4 начинают движение в сторону размыкания контактов. Время от начала тока КЗ до момента расхождения контактов 2 и 4 от срабатывания механизма свободного расцепления 22 называется собственным временем выключателя 1 со 6. С момента времени тсоь (см. фиг, 3) в цепь начинает вводиться сопротивление электрической дуги, Сопротивление электрической дуги при достижении ее в процесседвижения по дугогасительным рогам и входа в дугогасительную камеру 5 возрастает, увеличивается, как это видно на кривой Оф) (см. фиг. 3), и напряжение на дуге. В результате этого ток в цепи уменьшается вплоть до нуля и происходит отключение цепи. Так как при протекании тока через высокотемпературный сверхпроводник 15 токоограничиваю щего элемента 9 происходит его нагревание, то его сопротивление, даже после уменьшения тока до величины ниже тока срабатывания токоограничивающего элемента 9 ср тО, остается достаточно высоким до тех пор, пока температура высокотемпературного сверхпроводника 15 токоограничивающего элемента 9 не достигнет температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Этот эффект сохранения высокого сопротивления после прохождения через токоограничивающий элемент 9 тока повышает эффективность отключения тока на заключительном этапе.Таким образом, по сравнению с прототипом скорость перехода из сверхпроводящего состояния в обычное, присущая токоограничителю, выполненному на базе высокотемпературного сверхпроводника, обеспечивает эффективность начального процесса токоограничения предлагаемым выключателем. В совокупности с эффективной заключительной стадией отключения тока КЗ применение предлагаемого выключателя обеспечивает повышение токоограничивающих характеристик.Ф о р мул а и зоб рете н ия Автоматический выключатель, содержащий изоляционный корпус., привод, механизм свободного расцепления, размещенные в каждом полюсе подвижный и неподвижный контакты, дугогасительную камеру, токоограничивающий элемент, расцепитель максимального тока. установленный с возможностью взаимодействия с 5 механизмом свободного расцепления, о тл ичаю щийся тем,что,сцельюповышения токоограничивающих характеристик, он снабжен теплоизоляционным корпусом, наполненным жидким азотом, а токоограничи вающий элемент выполнен в виде отрезкавысокотемпературного сверхпроводника, который помещен в теплоизоляционный корпус, при этом величина сечения высокотемпературного сверхпроводника равна 15Ьргде Яр - величина сечения высокотемпературного сверхпроводника;ср - ток срабатывания токоограничива ющего элемента;,кр - критическая плотность протекающего через высокотемпературный сверх- проводник тока, при которой исчезают сверхпроводящие свойства, а длина высоко температурного сверхпроводника равнай Япрр Угде- длина высокотемпературного сверх- проводника;30 В - сопротивление, которое необходимовключить в цепь с заданным напряжением, чтобы получить в цепи ток, равный величине тока срабатывания ср токоограничивающего элемента;35 р- удельное сопротивление высокотемпературного сверхпроводника при потере им свойств сверхпроводимости.1721659 оставитель В,Коносовехред М.Моргнетал Корректор Л,Бески энова акт Заказ 956 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 эводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1