PL224958B1 - Uziemnik superszybki łuku zwarciowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uziemnik superszybki łuku zwarciowego do eliminacji zwarć łukowych, międzyfazowych, występujących w rozdzielniach energetycznych, zamkniętych, średnich n apięć, na skutek nagłych, nieprzewidzianych zakłóceń pracy systemu energetycznego wywołujące takie zwarcia.

Zwarcia łukowe, międzyfazowe występujące w przestrzeniach zamkniętych są zaliczane do najgroźniejszych awarii układów energetycznych ze względu na skutki wywołane takim zwarciami. Sam przepływ prądu zwarcia łukowego nie jest najgroźniejszy, ale zjawiska towarzyszące temu zjawiska. Następuje gwałtowne wydzielanie się energii w postaci ciepła oraz światła. Temperatura elektrod osiąga nawet do 20000^OC, co powoduje momentalne wyparowanie części przewodnika oraz gwałtowne podgrzanie otaczających gazów czego efektem jest fala uderzeniowa, zwana również eksplozją łukową, osiągającą siłę około 8000 N/m przy łuku o natężeniu 25kA w odległości 60 cm.

Osoby narażone na takie zagrożenia mogą doznać oparzeń III stopnia, mogą utracić wzrok, słuch, doznać długotrwałego szoku a także uszkodzenia mechanicznego ciała przez odłamki rozryw anych elementów rozdzielni w której zwarcie wystąpiło. Im dłużej trwa zwarcie łukowe, tym większe powstają szkody.

Pomimo trwających ciągle starań zminimalizowania przyczyn powstawania zwarć łukowych, nigdy nie osiągnie się stanu idealnego. Zwarcia będą nadal występowały. Dlatego jednocześnie ciągle udoskonala się rozwiązania techniczne zmierzające do zminimalizowania niekorzystnych skutków wywoływanych przez tego rodzaju zwarcia. Osiągnąć to można przez szybkie przerwanie zwarcia. Im dłużej trwa zwarcie tym więcej niszczącej energii uwalnia się na zewnątrz. Z badań prowadzonych przez różne instytucje wynika, że przy klasycznych sposobach wyłączenia zwarcia w sieciach napięć średnich, czas zadziałania wyłącznika zawiera się od 40 + 100 ms.

W ciągu tego czasu łuk elektryczny powoduje całkowite zniszczenie rozdzielni.

W celu zmniejszenia, do jak najmniejszej wartości, czasu trwania łuku zwarciowego wytw arza się wiele urządzeń, które reagują na zmiany parametrów atmosfery w pomieszczeni u rozdzielnicy wywołane przez łuk zwarciowy - ciśnienie, światło temperatura i powodują szybkie przerwanie zwarcia.

Znany jest z internetowych publikacji firmy ABB AG ultraszybki przełącznik uziemienia UFES (Ultra-Fast Earthing Switch), składający się z korpusu wykonanego z żywicy epoksydowej, mającego postać walca z zewnętrznym obwodowym użebrowaniem i wewnętrznym wydrążeniem, w którym przestrzeń wydrążona podzielona jest na dwie komory; górną - próżniową ze stykiem stałym i wewnętrzną izolacją ceramiczną oraz dolną z mechanizmem wyzwalającym, który to mechanizm składa się z cylindra, do którego w górnej części przymocowany jest styk ruchomy, a na dole umieszczony jest inicjator z mikropojemnikiem zawierającym czynnik uwalniającym sie po zainicjowaniu jego rozprężenia. Styk stały podłączony jest do przewodu fazowego, a styk dolny do uziemienia poprzez c ylinder.

Inicjator połączony jest systemem monitorującym z analizatorami natężenia światła i natężenia prądu w przewodzie fazowym. W przypadku wykrycia przez analizatory jednoczesnego wzrostu, ponad wartość zadaną, natężenia światła i natężenia prądu, świadczącego o wystąpieniu zwarcia między fazowego w rozdzielnicy, następuje przesłanie sygnału do inicjatora, który powoduje rozprężenie czynnika zawartego w mikropojemniku, a który to czynnik powoduje natychmiastowe przemieszczenie ku górze, cylindra wraz ze stykiem ruchomym i zwarcie przewodu fazowego z uziemianiem, co powoduje prawie natychmiastowe przerwanie zwarcia międzyfazowego - w czasie poniżej 1,5 ms od zaistnienia zwarcia.

Prezentowane wyżej rozwiązanie jest obecnie najbardziej skutecznym środkiem ochrony przed skutkami zwarć międzyfazowych w średnionapięciowych układach energetycznych. Niedogodnością jest potrzeba stosowania dodatkowej aparatury do ciągłego monitorowania i analizowania stanu pracy układu zabezpieczanego co wiąże się z kosztami eksploatacyjnymi tego układu.

Niedogodności tych nie posiada superszybki uziemnik łuku zwarciowego według wynalazk u.

Uziemnik superszybki łuku zwarciowego według wynalazku składa się z ceramicznego korpusu w kształcie walca z zewnętrznym obwodowym użebrowaniem i wewnętrzną komorą próżniową, w której umieszczone są dwa metalowe styki elektryczne, z których dolny jest stykiem nieruchomym, a górny jest stykiem ruchomym, z mieszkiem uszczelniającym nasuniętym na wewnętrzną część trzonu styku, a na zewnętrzną część trzonu nasunięta jest, sprężyna opierająca się z jednej strony o korpus,

PL 224 958 B1 a z drugiej zderzak przytwierdzone do zewnętrznej końcówki trzonu styku ruchomego. Do wewnętrznej powierzchni komory, wokół styków, przytwierdzony jest metalowy ekran kondensacyjny mający kształt rury.

Powierzchnie robocze styków są płaskie i usytuowane równolegle względem siebie w stałej odległości przy pomocy sprężyny z odpowiednio dobranymi parametrami.

Zderzak ma postać płaskiego krążka albo kształt wypukły przypominający nakrętkę na słoik, i jest przytwierdzony do końcówki trzpienia ruchomego za pomocą połączenia śrubowego.

Uziemnik montuje się w celi rozdzielni na szynie uziemiającej przy pomocy połączenia śrubowego łączącego szynę z nieruchomym stykiem, a do końcówki trzpienia styku ruchomego podłącza się przewód elastyczny łączący uziemnik z przewodem fazowym sieci.

W chwili wystąpienia zwarcia łukowego, międzyfazowego, powstała fala uderzeniowa przemieszczając się uderza również w zderzak uziemnika, który z łatwością pokonując opór sprężyny, przesuwa styk ruchomy w stronę styku nieruchomego i zwiera je co powoduje natychmiastowe przerwanie zwarcia łukowego.

W zależności od miejsca usytuowania uziemnika w celi i spodziewanego kierunku fali uderzeniowej wykorzystuje się zderzak płaski albo wypukły.

Dzięki uziemnikowi superszybkiemu według wynalazku uzyskano ten sam efekt techniczny przerwania zwarcia jaki uzyskano przy użyciu ultraszybkiego przełącznika firmy ABB AG opisanego wyżej, jednak uzyskano go przy pomocy prostego taniego i niezawodnego urządzenia.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania, na których:

Fig. 1 przedstawia uziemnik usytuowany pionowo w pół widoku i pół przekroju, z płaskim zderzakiem, Fig. 1.1 przedstawia ten sam uziemnik w rzucie aksometrycznym,

Fig. 2 przedstawia uziemnik usytuowany pionowo w pół widoku i pół przekroju z wypukłym zderzakiem, Fig. 2.1 przedstawia ten uziemnik w rzucie asymetrycznym,

Fig. 3 przedstawia uziemnik w pół widoku, pół przekroju zamontowany na szynie uziemiającej i z połączeniem elastycznym do przewodu fazowego .

Uziemnik superszybki składa się z ceramicznego korpusu 5 z wewnętrzną komorą próżniową w której umieszczone są styki: styk nieruchomy 4 i styk ruchomy 3, na który wewnątrz komory próżniowej, nałożony jest uszczelniający mieszek 7, a na zewnątrz sprężyna 2, która opiera się o zderzak płaski 1 - jak pokazano na Fig. 1 albo wypukły 1 - jak pokazano na Fig. 2. Wewnątrz komory przytwierdzony jest metalowy ekran 6. Uziemnik przytwierdzony jest o dołu do szyny uziemiającej 8 a do końcówki trzpienia ruchomego styku 3 przytwierdzony jest elastyczny przewód 9.

Claims (3)

1. Uziemnik superszybki łuku zwarciowego do eliminacji zwarć łukowych, międzyfazowych w rozdzielniach zamkniętych średnich napięć, składający się z korpusu ceramicznego mający postać walca z zewnętrznym obwodowym użebrowaniem i wewnętrzną komorą próżniową, w której umieszczone są dwa styki: nieruchomy i ruchomy, znamienny tym, że na trzon styku ruchomego (3), wewnątrz komory nasunięty jest mieszek uszczelniający (7), a na część zewnętrzną trzonu nasunięta jest sprężyna (2), oparta z jednej strony o płaską powierzchnię korpusu (5), a z drugiej strony o zderzak (1), przytwierdzony do końcówki trzonu styku ruchomego (3).

2. Uziemnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie robocze styków (1i 2) płaskie i równoległe do siebie.

3. Uziemnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że zderzak (1) ma postać płaskiego krążka albo postać przypominającą kształtem kapelusz grzyba.