Пристрій для комутації ділянки електричного ланцюга переважно для вибухонебезпечних зон

 

Винахід відноситься до електротехніки, а саме до пристроїв для комутації ділянок електричного ланцюга з включеним у неї джерелом живлення, переважно призначені для використання у вибухонебезпечних зонах.

Розрив або замикання ділянки електричного ланцюга з включеним у неї джерелом живлення постійного або змінного струму переважно супроводжується виникненням іскри або електричної дуги між рухомими контактними пластинами або збіжними назустріч один одному, або розходяться зі стану з'єднання.

Виникнення дуги призводить до різкого підвищення температури, розігріву контактних пластин, оплавлення і зварювання між собою, що перешкоджає надалі виконання контактом його основних функцій: розмикання або замикання електричного ланцюга в профілактичних цілях або в аварійній ситуації. Під контактними пластинами в даному випадку будемо розуміти як поверхня дотичних монолітних частин контакту, так і спеціально виготовлені елементи з більш міцних або дугостойких матеріалів. Наприклад: сріблення дотичних поверхонь або виготовлення контактних накладок з виробництва кераміки.

Одним із способом знижують небезпечні наслідки утворення дуги, як, наприклад, у патенті на винахід UA №2087973, H01H 1/20, 3/12, 13/14, 13/52, "Розмикальний вузол для вимикача".

Іншим способом є використання у дугогасильних камерах спеціальних газів, що володіють порівняно з повітрям підвищеними якостями, наприклад застосування элегаза (гексафторид сірки), що має більш високу електричну міцність, володіє охолоджуючої і дугогасящей здатністю, як, наприклад, у патенті на винахід UA №2168787, H01H 31/00, "Газонаповнений роз'єднувач комплектного розподільного пристрою вищої напруги з елегазовою ізоляцією".

У патенті на винахід UA №2374716, H01H 1/58, "З'єднувальний пристрій з охолоджувачем" пропонується спосіб зниження негативних наслідків дуги за рахунок зниження теплової енергії, що виділяється в контакті при комутації.

У патенті на винахід UA №2455720, H01H 1/22, "Контактний вузол швидкодіючого вимикача" пропонується пристрій, в якому головний рухливий контакт у процесі комутації бере участь у обертально-поступальному русі, що забезпечує більш щільний притул до нерухомого контакту, має контактну срібну напайку і знімний дугогасительний ріг, при цьому забезпечується послідовники.

У патенті на винахід UA №2402091, H01H 1/48, "Контактна система автоматичного вимикача" в рухомому елементі контакту передбачений Г-подібний паз, так що в разі приварювання рухомого і нерухомого елементів контакту під впливом оттягивающей пружини відбувається перелом рухомого елемента в районі Г-образного паза і вивільнення контакту.

У патенті на винахід UA №2417474, H01H 1/48, "Контактний вузол швидкодіючого вимикача," контактний вузол містить перший головний елемент контакту, закріплений на першій осі, приводні механізми з пружинами контактного натискання, а між головними елементами розташований проміжний елемент, закріплений на тязі прямоходового дії, пов'язаної з приводом і пружиною відключення. Всі контактні пластини елементів виконані з срібла з напайками з тугоплавкого струмопровідного матеріалу.

При подачі сигналу на відключення в момент короткого замикання або оперативного відключення проміжний елемент контакту, закріплений на тязі прямоходового дії, рухається вертикально вгору під дією приводу і зусиль пружини відключення в бік відключеного положення. При цьому відбувається послідовний перехід з сірці�уется на тугоплавких напайках, а робоча поверхня срібного контакту захищена від обгару. Дуга гаситься в дугогасительном пристрої вимикача.

Основним недоліком всіх перерахованих винаходів є те, що вони спрямовані не на запобігання самій дуги, а на усунення наслідків її виникнення.

Відомі рішення по запобіганню утворення дуги, які полягають в тому, що один контакт розбивається на кілька контактів, що встановлюються в декількох паралельних гілках.

Так, винахід за патентом UA №2154321, H01H 33/00, "Спосіб відключення електричної ланцюга" описаний спосіб відключення електричної ланцюга комутаційним апаратом, струмоведучий контур якого складається з двох паралельних гілок з різною відключає здатність, кожна з яких містить принаймні по одному дугогасительному пристрою.

У винахід за патентом UA №2308780, H01H 31/24, "Многоамперний роз'єднувач" описаний комутаційний апарат, в якому вхідний струм розлучається з кількох паралельних токоподводам, що закінчуються контактними елементами, в яких, власне, і відбувається комутація ланцюга.

До недоліків винаходів по патентах UA №2154321 і RU №2308780 відноситься те, що теоретично рівноправні ветерераспределению протікають по них струмів і появи ймовірності виникнення дуги.

Зазначимо загальна властивість розглянутих винаходів: всі вони розраховані на протікання по ланцюгах робочих струмів, які переважно мають великі значення в силових установках.

Існує область техніки, до якої неприпустимо не тільки утворення дуги, але і утворення іскри. Це виробництва, в атмосфері яких тривало або короткостроково присутній газоподібна вибухонебезпечна суміш, яка при виникненні іскри з певною енергією може вибухнути і привести до руйнівним і навіть трагічних наслідків.

З метою запобігання можливого вибуху знаходиться в атмосфері виробництва вибухонебезпечної суміші розроблено кілька видів вибухозахисту, таких як "вибухонепроникні оболонки d", "оболонки під надлишковим тиском p", "іскробезпечний електричний ланцюг i" та інші. Причому для електричних ланцюгів з перемикаючими пристроями найбільш прийнятним видом вибухозахисту є "іскробезпечний електричний ланцюг i".

За визначенням (ГОСТ Р МЕК 60079-11-2010 "Вибухонебезпечні середовища. Частина II. Іскробезпечний електричний ланцюг "i") іскробезпека "i" - це вид вибухозахисту, заснований на обмеженні електричної енергії в електрообладнанні і соедин�ня, викликає займання від іскріння або нагрівання.

Таким чином, можливість іскріння окремих елементів іскробезпечних ланцюгів є принципово допустимою за умови, що виділяється електрична енергія не призводить до займання вибухонебезпечної суміші, що утворюється в атмосфері конкретного промислового виробництва. Такі контакти називаються нормально искрящими. Однак з цього випливає, що схеми з подібними нормально искрящими контактами повинні проходити обов'язкові сертифікаційні випробування на іскробезпека.

Випробування на іскробезпека проводять із застосуванням искрообразующего механізму. Згідно ГОСТ Р МЕК 60079-11-2010 для ланцюгів рівня "ic" підключення искрообразующего механізму слід розглядати (у числі інших) замість нормально искрящих контактів, наприклад роз'ємів, вимикачів, кнопок і потенціометрів, (стор 45 цитованого стандарту). А це вимагає значної трудомісткості і є недоліком побудови подібних схем вибухозахисту.

Відомі також електричні пристрої, що дозволяють застосовувати інтенсивність систем освітлення: світлорегулятор або диммер (ступінчастий реостат, іншими словами - змінний опір), а також до�засобами або з натискною кнопкою (Т. Галлозье, Д. Федулло. «Енциклопедія електрика. Практичне керівництво». М., «Омега», 2009 р.).

У кожному з перерахованих пристроїв є перемикач положень (увімкнено/вимкнено) власний або сторонній (кнопка). Причому для кожного з них характерне те, що перемикач положень встановлюється першим у напрямку до більш високого потенціалу (фазі джерела живлення).

Недоліком таких пристроїв є те, що на одній з контактних пластин перемикача виявляється потенціал фази джерела живлення і утворюється заряд.

При переміщенні другий контактної пластини (зближення при включенні або видаленні при включенні) на ній утворюється заряд іншого знака. При певній відстані і швидкості переміщення контактної пластини можливе утворення іскри, підживлюваної струмом від джерела живлення.

В якості прототипу виберемо диммер.

Сутність пропонованого винаходу полягає у створенні пристрої для комутації ділянки електричного ланцюга переважно для вибухонебезпечних зон, що перешкоджає утворенню іскри в процесі комутації.

Технічний результат досягається тим, що пропонується пристрій для комутації ділянки електричної �ься назустріч один одному, обладнаних контактними пластинами на зустрічних кінцях по напрямку їх переміщення і вивідними провідниками, при цьому в один провідник послідовно в напрямку фізичного протікання струму включені змінний опір, прилад для вимірювання струму і одна контактна пластина, другий провідник підключений до другої контактної пластини, а змінний опір забезпечений регулятором і індикатором із зазначенням граничних значень. Причому перед здійсненням комутації змінний опір має максимальне значення.

Розрахунок електричного ланцюга здійснюється за умови включення до неї послідовно з контактом змінного опору в стані з мінімальним значенням. Таким чином, наявність опору в ланцюзі не вплине на виконання її основної функції.

Перед розмиканням кола змінний опір поступово переводиться в стан з максимальним значенням. При цьому струм досягає такого значення (наприклад, 10 мкА), що розмикання контактів не призведе до утворення іскри внаслідок малості енергії, що виділяється при розриві такого ланцюга. Різке збільшення значення струму при розведенні контактних пластин статися не може, так як в проводонтактними пластинами неможливо. Після розмикання ланцюга змінний опір залишається в тому ж стані, тому перед замиканням ланцюга воно теж має максимальне значення опору, а значить, при замиканні ми отримаємо той самий мінімальний струм (10 мкА) з поправкою на вплив перехідного процесу. Як і при розмиканні ланцюга, різке збільшення струму неможливо із-за наявності в провіднику в напрямку фізичного протікання струму великого опору. І, отже, при замиканні ланцюга іскроутворення також не відбудеться. А значить, буде спостерігатися досягнення технічного результату. Джерелом живлення може служити як джерело напруги, так і джерело струму. Дане рішення переважно служить для ланцюгів постійного струму.

У комутаційних апаратах, що вимагають участі людини (наприклад, кнопка), вимірювальний прилад дозволяє візуально оцінити результат виведення регулятора в одне з граничних значень, а індикатор (наприклад, лампочка) - досягнення граничного значення. Регулятор може бути вбудованим в конструкцію кнопки. Наприклад, перед натисканням кнопки потрібно повернути верхню циліндричну частину кнопки на деякий кут за годинниковою стрілкою (інакше вона не нажмется), при цьому відбудеться переЃчастия людини, роль регулятора виконує автоматична схема, але наявність вимірювального приладу і граничних значень індикаторів дозволяє обслуговуючому персоналу контролювати хід процесів.

Відомо, що в ланцюгах постійного струму з відносно невеликими робочими напругами і струмами дугогашение може бути досягнуто включенням паралельно розривних контактів искрогасительних ланцюжків (контурів), зазвичай складаються з послідовно сполучених ємності, індуктивності та активного опору. (Н.До. Мишкін, В. О. Кончиць, М. Браунович. «Електричні контакти». Долгопрудний, Видавничий дім «Інтелект», 2008 р. ). Така схема искрогашения вимагає додаткових контактів для розриву самих ланцюжків і призводить до складнощів комутації: при розриві контактів ланцюжок повинна включатися перед розривом контактів і відключатися після цього, а при з'єднанні - включатися перед з'єднанням контактів, а потім відключатися.

Так як размикаемие і замикаемие електричні ланцюги можуть перебувати під напругою в десятки кіловольт, то для запобігання іскроутворення доцільно, щоб змінний опір досягало значення 1015Ом.

У разі необхідності відсутності в замик�ть у вигляді реостата.

Для спрощення побудови автоматичних схем для замикання та/або розмикання ланцюгів доцільно змінний опір виконати у вигляді замикається тиристора.

Для забезпечення симетричності ланцюгів змінного струму доцільно змінний опір виконати у вигляді двох конструктивно незалежних елементів, включених у провідники з різних сторін контакту.

Пропоноване винахід пояснюється прикладом виконання у вигляді електричної схеми, представленої на кресленні. Комутована запропонованим пристроєм ланцюг з включеним у неї джерелом живлення зображена у вигляді двополюсника.

Представлений на кресленні двополюсник 1 має два виведення (потенціал φ1і потенціал φ2з напрямком протікання струму від φ1до φ2), до яких підключена в необхідному порядку послідовна ланцюг змінного опору 2, вимірювального приладу 3 і контакту 4 (контакт замкнутий, робочий режим).

Технологія виготовлення пристрою для комутації ділянки електричного ланцюга переважно для вибухонебезпечних зон з даного винаходу становить наступне.

Як правило, змінні опору встановлюють на одній платі з комутаційними Етори, кнопки, реле, індикаторні лампочки, потенціометри, амперметри підбирають з серійно випускається.

Після монтажу друкована плата встановлюється серійно випускається коробці, при необхідності заливається компаундом. Згодом коробка встановлюється на монтажній панелі обладнання.

Для підтвердження технічного результату була зібрана схема ланцюга постійного струму, зображена на кресленні, в якій змінний опір 2 виконано у вигляді реостата з максимальним опором 1010Ом, з кнопкою включення/вимикання з контактом 4. Послідовно з перемінним опором 2 в гілку включений амперметр 3. На виході двополюсника 1 між точками φ1і φ2різниця потенціалів складає 100 Ст. Струм, поточний в гілки при замкнутому контакті, становить приблизно 10 A. Мінімальний опір реостата приблизно становить 10 Ом.

Експеримент проводили наступним чином. Контролювали значення струму при поточному стані при замкнутому контакті. Переконавшись, що воно становить приблизно 10 A, виводили протягом однієї хвилини реостат в максимальне положення і фіксували максимальне значення струму.

Після чого натисканням кнопки розмикали контакт�икании і розмиканні контакту візуально спостерігали можливість утворення іскри. Даний цикл повторювали п'ятдесят разів.

За час випробувань утворення іскри не спостерігалося жодного разу. Максимальне значення струму при розмиканні і замиканні контакту лежало в діапазоні від 5×10-7А до 3×10-8А. Розкид значень струму в поточному стані полягав у межах ±1,7% від номінального значення.

Результати випробувань підтверджують досягнення технічного результату.

1. Пристрій для комутації ділянки електричного ланцюга переважно для вибухонебезпечних зон, що складається з двох комутаційних елементів, здатних переміщатися назустріч один одному, обладнаних контактними пластинами на зустрічних кінцях елементів за напрямом переміщення і вивідними провідниками, що відрізняється тим, що в один провідник послідовно в напрямку фізичного протікання струму включені змінний опір, прилад для вимірювання струму і одна контактна пластина, другий провідник підключений до другої контактної пластини, а змінний опір забезпечений регулятором і індикатором із зазначенням граничних значень, причому перед здійсненням комутації змінний опір має максимальне значення.

2. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, чтеся тим, що змінний опір виконано у вигляді реостата.

4. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що змінний опір виконано у вигляді замикається тиристора.

5. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що змінний опір виконано у вигляді двох конструктивно незалежних елементів, включених у провідники з різних сторін контакту.



 

Схожі патенти:

Контактор для керування транспортним засобом

Об'єктом винаходу є контактор для керування транспортним засобом. Суть винаходу полягає в тому, що контактор містить у собі корпус прямоходового електромагнітного приводу, якір з немагнітним упором на торці, котушку електромагнітного приводу, дугогасительную камеру щілинного типу, контакти силові: рухомі і нерухомі, головні і дугогасильні. Механізм приводу допоміжних контактів виконаний у вигляді двох двуплечих важелів, які встановлюються паралельно на верхньому фланці електромагнітного привода і розташовані симетрично по обидві сторони штовхача-штока. У пропонованій конструкції якір електромагнітного приводу містить два співвісно закріплених на ньому штока з немагнітного матеріалу, які встановлені в підшипниках ковзання торців корпуса приводу. При цьому на верхньому штоку закріплений ізолятор-штовхач, плоским торцем звернений у бік головних контактів і взаємодіє з підшипниками кочення, встановленими на поворотному важелі силових контактів. На нижньому штоку закріплений диск з магнитопроводящего матеріалу, взаємодіє з постійними магнітами, які вмонтовані в нижній кришці корпусу електромагніту. Ті вібростійкості головного контакту. 1 з.п. ф-ли, 4 іл.

Заземлювач для крпе

Винахід відноситься до високовольтного аппаратостроению, до пристроїв, призначених для швидкого підключення і відключення струмоведучих елементів комплектних розподільних пристроїв елегазових (КРПЕ) до заземлювального контуру

Контактор, стійкий до впливу електричної дуги

Винахід відноситься до контактору для роботи на постійному і змінному струмі, який містить принаймні одне контактна місце з нерухомим контактом і рухомим контактом, на яких при розмиканні контактів утворюється електрична дуга, і дугогасних пристроїв для гасіння електричної дуги, біля якого розташоване вловлювати пристрій для обгорілих частинок, що утворюються в контакторі внаслідок комутаційної електричної дуги, виконане у вигляді уловлює ванни, виступає щонайменше над одним контактним місцем, або у вигляді U-подібного відхиляє щитка, розташованого на контактній перемичці, так що полиці U-образного відхиляє щитка проходять по суті перпендикулярно подовжньому напрямку контактної перемички

Розрядник газорозрядний некерований

Винахід відноситься до разрядникам газорозрядним некерованим і може бути використане для захисту апаратури від індукційного струму в ланцюгах постійного струму, зокрема в схемах для вимірювання параметрів і контролю якості електротехнічного обладнання

Електромагнітний комутаційний апарат з управлінням на постійному струмі

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до электроаппаратостроению, і може бути використано в конструкціях контакторів, пускачів, реле та інших комутаційних пристроїв автоматики, керування та захисту

Комутаційний апарат електричний

Винахід відноситься до електричного комутаційного апарата з першим преривательним блоком для переривання і з'єднання електричної лінії, зокрема до заземлювального вимикача з повітряною ізоляцією

Пристрій магнітного дуття комутаційного апарата

Винахід відноситься до пристроїв для гасіння електричної дуги при відключенні комутаційним апаратом як струмів короткого замикання, так і малих струмів

Блок трансформатор(и)-вимикач

Винахід відноситься до електротехніки до комутаційних апаратів змінного струму
Up!