PL105814B1 - Wylacznik niskonapieciowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wylacznik niskonapieciowy.

Znane wylaczniki niskonapieciowe powietrzne (1000 woltów wartosci skutecznej) maja coraz mniejsze wymiary i coraz lepsze parametry robocze. Wylacznik wykorzystujacy do pobudzania zestyków napedowa struk¬ ture magnetyczna zostal przedstawiony w opisie belgijskiego zgloszenia patentowego nr 824 674. Wylacznik wykorzystujacy magnetyczna strukture napedu luku zostal przedstawiony w opisie belgijskiego zgloszenia pate¬ ntowego nr 818 997. 1 Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji niskonapieciowego wylacznika o polepszonych parame¬ trach wylaczania pradu.

Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku przez opracowanie wylacznika niskonapieciowego, w którym para zestyków jest polaczona z para przewodzacych szyn odgromnikowych wyprowadzonych z zestyków i równoleg¬ lych do siebie, przy czym maksymalna odleglosc miedzy szynami i miedzy rozwartymi zestykami jest nie wieksza niz 5 mm.

Wedlug wynalazku równolegle szyny odgromnikowe sa zakonczone odchylonymi elementami tworzacymi rozki lukowe. W jednym rozwiazaniu wylacznika wedlug wynalazku zestyki sa przymocowane do szyn odgrom¬ nikowych, przy czym co najmniej jedna szyna odgromnikowa jest przesuwalna wzgledem drugiej szyny odgrom¬ nikowej dla rozwierania i zwierania zestyków.

Winnym rozwiazaniu wylacznika wedlug wynalazku obie szyny odgromnikowe sa nieruchome, zestyk nieruchomy jest przymocowany do szyny odgromnikowej a zestyk ruchomy jest przylaczony lub odlaczony od zestyku nieruchomego. W jeszcze innym rozwiazaniu wylacznika wedlug wynalazku zestyk ruchomy jest podla¬ czony przesuwnie do nieruchomej szyny odgromnikowej.

W rozwiazaniu wylacznika wedlug wynalazku z dwoma szynami nieruchomymi, wylacznik zawiera ostrze izolujace czy plytke izolujaca wspólpracujace z zestykami i zamocowane przesuwnie oraz dzwignie zamocowana obrotowo na osi i polaczona z ostrzem izolujacym czy plytka izolujaca dla dosuwania i odsuwania ostrza izoluja¬ cego czy plytki izolujacej od zestyków.2 * 105814 Wylacznik wedlug wynalazku zawiera magnetyczny uklad napedu luku w postaci miekkiego magnetycznie jarzma otaczajacego zestyki i równolegle szyny odgromnikowe. W wylaczniku wedlug wynalazku szyny odgromnikowe sa poprowadzone w kierunku ukladu gaszacego luk i lacza sie z ukladem gaszacym luk.

W projektowaniu wylacznika niskonapieciowego wedlug wynalazku wykorzystano znane zjawisko wplywu luku na proces wylacznika pradu i przemieszczania sie luku wzdluz szyn odgromnikowych. Wedlug wynalazky nie jest konieczne, aby niskonapieciowe wylaczniki pradowe mialy duze przerwy stykowe dla wytrzymania typowych napiec rozwarcia. I tak na przyklad w najgorszych mozliwych warunkach przerwa 5 mm wytrzymuje napiecie od 5 kV do 17 kV, a przerwa 1 mm wytrzymuje jeszcze napiecie od 2kV do 5 kV. Po wylaczeniu pradu i usunieciu zjonizowanej plazmy z malej przerwy, sasiedztwo zestyków ulatwia chlodzenie gazu w przerwie a wiec polepsza regeneracje wlasnosci dieleketrycznych przerwy.

Najszybsze przemieszczenie sie luku z zestyków podczas wylaczania pradu wystepuje w przypadku ma¬ lych przerw stykowych. Na przyklad luk o natezeniu 1100A wywoluje dzieki polu magnetycznemu samoindu- kcji przemieszczanie sie luku wzdluz szyn odgromnikowych z predkoscia tym wieksza im mniejsza jest przerwa, przy czym predkosc przemieszczania jest równa 100 m/s dla przerwy 1 mm i okolo 50 m/s dla przerwy 5 mm.

Wylacznik wedlug wynalazku charakteryzuje sie mala przerwa stykowa i szybkim przemieszczaniem sie luku, jest zwarty konstrukcyjnie i moze wylaczac stosunkowo duze prady.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia schemat ukladu zestyków wylacznika niskonapieciowego, wyposazony w równolegle szyny odgromniko¬ we z koncami rozchodzacymi sie w rozki lukowe, fig. 2 — schemat ukladu zestyków wylacznika niskonapiecio¬ wego, podobny, do ukladu zestyków z fig. 1, z dwoma nieruchomymi szynami odgromnikowymi, fig. 3 — sche¬ mat ukladu zestyków wylacznika niskonapieciowego z innym zestykiem ruchomym, fig. 4 — wykres pradu i napiecia luku w funkcji czasu podczas rozwierania wylacznika przedstawionego na fig. 5, fig. 5 — schemat ukladu zestyków wylacznika niskonapieciowego z zestykiem ruchomym i rozkami lukowymi, fig. 6 - schemat wylacznika niskonapieciowego z ukladem gaszenia luku, fig. 7 - wylacznik z fig. 6 w przekroju wykonanym wzdluz linii VlI-VII, fig. 8 — inny wylacznik niskonapieciowy w przekroju pionowym, fig. 9 — wylacznik z fig^ 8 w przekroju wzdluz linii IX-IX, a fig. 10 — wylacznik z fig 8 w przekroju wzdluz linii X-X.

Wylacznik wedlug wynalazku ma uklad zestyków 8 przedstawiony na fig. 1 lub fig. 5. Przy pelnym rozwarciu zestyków przerwa 1 miedzy zestykami 2, 3 wynosi okolo 2,5 mm. Kat rozwarcia r elementów 4, 5 szyn wynosi 70°. Zestyk ruchomy 2 jest wykonany z miedzi elektrolitycznej, z preta o srednicy 12,5 mm, przy czym promien powierzchni stykowej wynosi 24,5 mm. Srednica szyn odgromnikowych 6, 7 wynosi okolo 6 mm, przy czym sa one równiez wykonane z miedzi elektrolitycznej.

Na fig. 2 jest przedstawione inne rozwiazanie ukladu zestyków, w którym ruchomy zestyk 13 jest zamoco¬ wany obrotowo na osi 14 i wspólpracuje z nieruchomym zestykiem 15, przy czym droge pradu doplywajacego i odplywajacego z zestyków 13, 15 zaznaczono strzalkami 16 i 17. Dwie umieszczone blisko siebie szyny odgro¬ mnikowe 18, 19 sa nieruchome. Ponadto urzadzenie jest wyposazone w ostrze izolujace 20, które przesuwajac sie przesuwa zestyk ruchomy 13 wokól osi 14, odlaczajac go od nieruchomego zestyku 15. Odlaczenie zastyku 13 od zestyku 15 powoduje powstanie miedzy nimi luku. Luk ten przemieszcza sie wzdluz szyn odgromnikowych 18 i 19 pod wplywem pola magnetycznego samoindukcji. Na podstawie fig. 2 mozna dostrzec, ze i w tym wykonaniu wylacznika wedlug wynalazku odleglosc 21 miedzy szynami odgromnikowymi 18, 19 jest mala.

Rozwiazanie ukladu zestyków przedstawione na fig. 3 rózni sie od poprzedniego rozwiazania tym, ze ruchomy zestyk 23 jest podlaczony do nieruchomej szyny odgromnikowej 18 za pomoca elastycznego lacznika napedowego 22, który umozliwia odlaczanie zestyku 22 od nieruchomego zestyku na szynie odgromnikowej 19.

Na fig. 4 jest przedstawiony wykres pradu i napiecia luku w funkcji czasu podczas rozmieszczania wylacznika o wartosci szczytowej pradu 1100 A i wartosci skutecznej napiecia 440 V. Z charakterystyki prado¬ wej 10 i charakterystyki napieciowej 11 wynika, ze wylacznik wedlug wynalazku mimo, ze jego konstrukcja nie jest optymalizowana wjakimkolwiek sensie, dziala znacznie lepiej od znanego, konwencjonalnego wylacznika 400 amperowego. W tych samych warunkach pracy znany wylacznik ma wartosc szczytowa pradu 880 A, co stanowi 20% ograniczenie w stosunku do wylacznika wedlug wynalazku. Dzieki wprowadzeniu próbników w tor luku 12 (fig. 5) mozliwe jest okreslenie zaleznosci luku 12 od charakterystyki pradowej 10 i charakterystyki napieciowej 11 z fig. 4 i stwierdzenie, ze przemieszczenie sie luku 12 z zestyków zajmuja jedj'nie okolo 1 ms.v Dzieki dobraniu odpowiedniego materialu elektrodowego mechanizm rozwierania zestyków i wzmocnienia pola magnetycznego samoindukcji w obszarze zestyków, mozna przyspieszyc przemieszczanie sie luku. Szybkosc przemieszczania sie luku 12 wynosi od 30 m/s do 40,6 m/s, przy czym predkosc przemieszczania sie jest funkcja pradu, szerokosci przerwy, szybkosci rozwierania zestyków i magnetycznego pola samoindukcji. Podczas dojscia luku 12 do odchylonych elementów 4, 5 szyn wylacznika, napiecie luku narasta bardzo szybko do okolo 250105814 3 woltów. Nawet po duzej liczbie zadzialan ukladu zestyków 8 ma miejsce bardzo mala korozja zestyków.

Na fig. 6 jest przedstawiony wylacznik 27 zawierajacy uklad zestyków i równoleglych szyn 45, podobny do ukladu z fig. 2. Wylacznik ten ma pare koncówek liniowych 28 i 29 podlaczonych za posrednictwem przewo¬ dów 35 i 31 w ksztalcie litery L do nieruchomego zestyku 32 ido ruchomego zestyku 33 zamocowanego obrotowo na osi 34 na krótszej czesci 36 przewodu 35, którego dluzsza czesc jest podlaczona do koncówki liniowej 28.

Do ustawiania sluzy sprezyna sciskajaca 40 zapewniajaca dobry styk ruchomego zestyku 33 z nierucho¬ mym zestykiem 32. W bezposrednim sasiedztwie zestyków 32 i 33 znajduje sie uklad równoleglych szyn 45, zlozony z pary nieruchomych szyn odgromnikowych 46 i 47 scisle równoleglych na odcinku „D".

Szyny odgromnikowe 46 i 47 sa zakonczone odchylonymi elementami 51 i 52 rozków lukowych, które powoduja wydluzanie lub rozciaganie luku 12 po dojsciu przez niego do elementów rozków lukowych, jak pokazano to linia, przerywana 12a. Odchylone elementy 51 i 52 rozków lukowych otacza uklad gaszenia 60 luku, który ma ksztalt litery U i sklada sie z metalowych plytek 64 pokazanych na fig. 7, ustawionych jedna nad druga. Plytki 64 rozdzielaja wydluzony luk 12a na szereg malych luków 12b. przyspieszajac w ten sposób wygaszenie luku.

Odsuwanie ruchomego zestyku 33 od nieruchomego zestyku 32 jest realizowane przez prosty mechanizm zawierajacy plytke izolujaca 70 rozdzielajaca zestyki umieszczona przesuwnie w szczelinach 71 utworzonych w sciankach bocznych 73 obudowy wylacznika, dzwignie 80 zamocowana obrotowo na osi 81 i dzwignie reczna 82 przymocowana do dzwigni 80 i wystajaca przez otwór 84 w pokrywie 85 obudowy wylacznika. Z fig. 6 wynika, ze reczne obrócenie dzwigni 82 wokól osi 81 w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara powo¬ duje przesuniecie plytki izolujacej w lewo i uniesienie ruchomego zestyku 33 wzgledem nieruchomego zestyku 32. Wtedy luk opuszcza zestyki 32, 33 i przesuwajac sie po szynach 46 i 47 zostaje rozciagniety na elementach 51 i 52 rozków lukowych, a nastepnie zostaje przerwany i wygaszony w ukladzie gaszacym 60.

Na fig. 8, 9 i 10 jest przedstawiony wylacznik 99 wykorzystujacy do pobudzania zestyków napedowa strukture magnetyczna 122 zwana „magnetycznym silnikiem szczelinowym" i magnetyczna strukture 120 nape¬ du luku, zwana „magnetycznym dzialem lukowym".

Uklad zestyków i szyn odgromnikowych w wylaczniku 99 jest podobny do ukladu z fig. 1 w tym sensie, ze zawiera on nieruchomy zestyk 90 i szyne odgromnikowa 94 oraz ruchomy zestyk 91 i szyne odgromnikowa 93. Szyny odgromnikowe 93 i 94 sa równolegle do sibie na odcinku D i sa zakonczone odchylonymi elementami rozków lukowych, przy czym przerwa miedzy rozwartymi zestykami 90, 91 jest stosunkowo mala.

Nieruchomy zestyk 90 wraz z szyna odgromnikowa 94 jest przymocowany do ramienia 101 zestyku nieru¬ chomego, dolaczonego za posrednictwem paska przewodzacego do jednej koncówki 112 wylacznika, natomiast ruchomy zestyk 91 wraz z szyna odgromnikowa 93 jest przymocowany do ramienia 102 zestyku ruchomego, dolaczonego za posrednictwem przewodu elastycznego do drugiej koncówki 111 wylacznika. Ramie 102 zestyku ruchowego jest podparte na izolowanym elemencie wsporczym 130 przesuwajacym sie podczas rozwierania i zwierania zestyków.

Zwykle zespól zestyku ruchomego, zawierajacy zestyk 91, ramie 102 i element wsporczy 130 jest zablo¬ kowany w pozycji zwarcia zestyku, jak przedstawiono to na fig. 8 (strzalki 98 okreslaja zwykla droge pradu), za pomoca blokady magnetycznej 140, która stanowi zespól magnetyczny 143 z magnesem trwalym 141 izwora 142 dosuwana i odsuwana od nabiegunników zespolu magnetycznego 143. Zwora 142 jest zamontowana na koncu preta lub trzpienia 136, którego drugi koniec jest zamocowany do elementu wsporczego 130 ramienia zestykowego. Po polaczeniu zwory 142 z nabiegunnikami zespolu magnetycznego 143, zamyka ona obwód magnetyczny i blokuje magnetycznie zespól zestyku ruchowego wstanie zwarcia. Sprezyna sciskajaca 124 jest umieszczona niedzy elementem wsporczym 130 ramienia zestykowego, a regulowana nakretka 135 na trzpieniu 136 w celu utrzymania wlasciwego nacisku miedzy zwartymi zestykami 90 i 91. Sprezyna wyrzucajaca 147 dziala na zwore 142 w kierunku rozwierania zestyków sila mniejsza niz sila przytrzymywania dostarczana przez uklad blokady magnetycznej podczas zwierania przez zwore 142. Z zespolem magnetycznym 143 wspólpracuje cewka wylaczajaca 151, która po wzbudzeniu jej przez wylacznikowe elementy napradowe (niepokazane) lub po zwarciu obslugiwanego zdalnie i/lub recznie przelacznika niepokazanego, zmniejsza sile magnetyczna dzialajaca na zwore 142, zwalniajac ja. W rezultacie na zespól zestykowy 91, 102 i 130 dziala sprezyna wyrzucajaca 147, która rozwiera zestyki.

Po pojawieniu sie pradu zwarcia o wartosci zbyt duzej dla ograniczenia jej wystarczajaco szybko za pomoca cewki wylacznikowej 151, magnetyczna struktura napedowa 122, czyli silnik szczelinowy rozwiera zestyki 90, 91 wystarczajaco szybko dla ograniczenia pradu zwarcia, zanim osiagnie on niebezpieczna wartosc. Magnetyczna struktura napedowa 122 stanowi silnik szczelinowy, z którego wystaje ramie 102 zestyku ruchomego, dzieki4 105814 czemu prad zwarcia przeplywajacy przez ramie zestykowe 102 indukuje w magnetycznej strukturze napedowej 122 pole magnetyczne o natezeniu wystarczajacym do pokonania sily utrzymujacej blokade magnetyczna 140 i do szybkiego wprowadzenia ramienia zestykowego 102 w stan rozwarcia zestyków.

W tym rozwiazaniu wylacznika wedlug wynalazku, podobnie jak w poprzednich wykonaniach, odsuniecie^ ruchomego zestyku 91 od zestyku nieruchomego 90 powoduje powstanie miedzy nimi luku elektrycznego, który pod wplywem pola magnetycznego samoindukcji powstajacego wokól elementów, przez które przeplywa prad, opuszcza natychmiast zestyki 90 i 91 i przemieszcza sie wzdluz równoleglych szyn w kierunku odchylonych elementów rozków lukowych, gdzie luk zostaje rozciagniety, a nastepnie rozdzielony na szereg malych luków 92a (patrz fig. 9) i wygaszony w ukladzie gaszacym 160 skladajacym sie z plytek metalowych 161.

Sila przemieszczajaca luk elektryczny z zestyków 90 i 91 i przemieszczajaca go wzdluz szyn 93 i 94 do ukladu gaszacego 160 zostaje zwiekszona w wylaczniku 99 (fig. 8, 9, i 10) za pomoca magnetycznej struktury 120, stanowiacej miekkie magnetycznie jarzmo otaczajace obszar zestyków i szyn równoleglych, dzieki czemu prad plynacy przez ramiona 101 i 102 oraz przez szyny 93 i 94 otoczone miekkim magnetycznie jarzmem indukuje wjarzmie pole magnetyczne skupione w obszarze odgromnikowym. Zaindukowane pole magnetyczne oddzialywuje na luk, przesuwajac go w kierunku ukladu gaszenia 160. Rozwiazanie laczace zalety „magnety¬ cznego dziala lukowego" i malej przerwy stykowej wraz z ukladem równoleglych szyn odgromnikowych za¬ pewnia bardzo szybkie przemieszczanie i gaszenie luku elektrycznego, pojawiajacego sie miedzy zestykami 90 191.

Wszystkie wylaczniki niskonapieciowe wedlug wynalazku maja trzy cechy wspólne: rozwarte zestyki two¬ rza mala przerwe, odstep miedzy równoleglymi szynami jest maly i elementy ograniczajace prad oddzialuja na luk pomiedzy szynami odgromnikowymi. W miare rozwierania sie zestyków podczas przeplywu przez nie pradu, pole magnetyczne samoindukcji powoduje przemieszczenie luku z zestyków i szybkie przemieszczenie go wzdluz szyn, dzieki czemu erozyjne dzialanie luku na zestyki i powierzchnie szyn odgromnikowych jest niewielkie.

Przemieszczany luk elektryczny po dojsciu do elementów ograniczajacych prad, które zawieraja odchylone elementy stanowiace konce szyn odgromnikowych, jest poddawany dzialaniu powodujacemu szybki wzrost napiecia luku, a zatem — odpowiednie ograniczenie pradu. W przypadku malej przerwy stykowej i malej od¬ leglosci miedzy szynami nalezy zwracac szczególna uwage na to, aby podczas wylaczania duzych pradów zjonizowana plazma i promieniowanie ultrafioletowe nie dostaly sie z powrotem do obszaru przerwy wyla¬ cznika.

Wszystkie opisane rozwiazania wylacznika wedlug wynalazku maja wspólne cechy: rozwarte zestyki tworza przerwe nie wieksza niz 5 mm, a równolegle szyny odgromnikowe sa oddalone od siebie na odleglosc nie wieksza niz na 5 mm. Szyny odgromnikowe maja odchylone konce tworzace rozki lukowe, miedzy którymi nastepuje rozciaganie luku elektrycznego w celu zwiekszenia napiecia luku i ograniczenia pradu luku, czyli ulatwienia jego wygaszania.

Zaleta wylacznika wedlug wynalazku jest szybkie przemieszczanie luku z zestyków wzdluz szyn odgrom¬ nikowych, polepszenie zdolnosci wylaczania pradu oraz zmniejszenie erozji zestyków i szyn, co umozliwia zasto¬ sowanie zestyków o mniejszych wymiarach, czyli prowadzi do zmniejszenia zuzycia srebra. Do pelnego rozwarcia zestyków wymagany jest raczej niewielki ruch ramienia zestykowego a przerwa miedzy rozwartymi zestykami jest mala, dzieki czemu mozna stosowac stosunkowo prosty i zwarty mechanizm wykonawczy, co prowadzi do zmniejszenia calkowitych wymiarów wylacznika.

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Wylacznik niskonapieciowy, zawierajacy zestyki i elementy do rozwierania i zwierania zestyków, znamienny tym, ze para zestyków (2,3 13, 15, 32, 33, 90, 91) jest polaczona z para przewodzacych szyn odgromnikowych (6, 7, 18, 19, 46, 47, 93, 94) wyprowadzonych z zestyków (2, 3, 13, 15, 32, 33, 90, 91) i równoleglych do siebie przy czym maksymalna odleglosc miedzy szynami (6, 7, 18, 19 46, 47, 93, 94) i miedzy rozwartymi zestykami (2, 3, 13, 15, 32, 33, 90, 91) jest nie wieksza niz 5 mm.

2. Wylacznik wedlug zastrz. 1, z namienny tym, ze równolegle szyny odgromnikowe (6, 7, 18, 19, 46, 47, 93, 94) sa zakonczone odchylonymi elementami ( 4, 5 , 51, 52) tworzacymi rozki lukowe.

3. Wylacznik wedlug zastrz. 2,z namienny t ym, ze zestyki (2, 3, 90, 91) sa przymocowane do szyn odgromnikowych (6, 7, 93, 94), przy czym co najmniej jedna szyna odgromnikowa (6, 93) jest przesuwalna wzgledem drugiej szyny odgromnikowej (7, 94) dla rozwierania i zwierania zestyków (2, 3, 90, 91).105814 5

4. Wylacznik wedlug zastrz. 2,z n a m i e n n y t y m, ze obie szyny odgromnikowe (18, 19) sa nierucho¬ me, nieruchomy zestyk (15, 32) jest przymocowany do szyny odgromnikowej (19, 47) a ruchomy zestyk (13, 33) jest dolaczony lub odlaczany od nieruchomego zestyku (15, 32).

5. Wylacznik wedlug zastrz. 4; znamienny tym, ze ruchomy zestyk (23) jest podlaczony przesu¬ wnie do nieruchomej szyny odgromnikowej (18).

6. Wylacznik wedlug zastrz. 4,znamienny t y m, ze zawiera ostrze izolujace (20) czy plytke izoluja¬ ca (70), wspólpracujace z zestykami (13, 15, 32, 33) i zamocowane przesuwnie oraz dzwignie (80) zamocowana obrotowo na osi (81) i polaczona z ostrzem izolujacym (20) czy plytka izolujaca (70) dla dosuwania ostrza izolujacego (20) czy plytki izolujacej (70) od zestyków (13, 15, 32, 33).

7. Wylacznik wedlug zastrz. 3 albo 6,z n a m i e n n y t y m, ze zawiera magnetyczny uklad (120) nape¬ du luku w postaci miekkiego magnetycznie jarzma otaczajacego zestyki (90, 91) i równolegle szyny odgrom¬ nikowe (93, 94).

8. Wylacznik wedlug zastrz. ly znamienny t ym, ze szyny odgromnikowe (46, 47, 93, 94) sa poprowadzone w kierunku ukladu gaszacego (60, 160) luk i lacza sie z ukladem gaszacym (60, 160) luk. *c- <-£r <\>r w-. FIG. I * U-j-r FI0.1 FIG. 4 FIG 6 w- >X^?^^vVC^^^^N^VX FIG. 9 UJ ^ FIG. 8