Трехфазный взрывной коммутатор

 

Трехфазный взрывной коммутатор может найти применение на предприятиях с пожаро- и взрывоопасной атмосферой, например в угольных шахтах, для сверхбыстрого отключения трехфазных цепей при возникновении аварийных режимов. Коммутатор содержит прочный цилиндрический корпус из стеклоэпоксидного материала. В корпусе установлен цилиндрический токовод. Токовод состоит из массивных торцевых электродов, которые соединены разрушаемым трубчатым элементом. Внутри разрушаемой части токовода содержится заряд взрывчатого вещества. Токовод разделен на три электрически изолированных сегмента. Верхняя и нижняя массивные части сегментов укреплены в корпусе токопроводящими шпильками. В нижний торцевой электрод встроен взрывной замыкатель. Взрывной замыкатель выполнен в виде изолированной металлической трубки, внутри которой размещен удлиненный заряд взрывчатого вещества. Удлиненный заряд взрывчатого вещества через герметичную пробку и проводник соединен с системой управления взрывным коммутатором. Металлическая трубка взрывного замыкателя заземлена. По торцам токовода установлены герметичные затворы. Технический результат заключается в надежном и быстром отключении аварийного тока в трехфазной цепи и закорачивании всех трех отключенных фаз на землю с помощью одного взрывного коммутатора. 1 н.з. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к области электротехники и энергетики

и, в частности, к горной электротехнике и может быть использована для защитного сверхбыстрого отключения трехфазных цепей и закорачивания всех трех жил силового кабеля на землю на предприятиях с пожаро-взрывоопасной атмосферой, например в угольных шахтах, опасных по пыли и газу. Это устройство может быть использовано также в системах защиты человека от поражения электрическим током.

В угольных пожаро-взрывоопасных шахтах силовые трехфазные кабели подвергаются интенсивным механическим воздействиям (удар куском породы, топором, ломом и т.д.), под действием которых происходит нарушение изоляции и, как следствие, короткое замыкание фазное или межфазное, во время которого горит мощная электрическая дуга. Взаимодействие дуги с пожаро-взрывоопасной атмосферой очень опасно (смертельно опасно), поскольку сопровождается пожаром или объемным взрывом со всеми вытекающими из этого чрезвычайно негативными последствиями.

Известны устройства, коммутационные аппараты с электромагнитным приводом, выполняющие «опережающее защитное отключение (см. Электротехника и основы электроники Е.С.Траубе, В.Г.Миргородский М. Высшая школа. 1985 г. с-131), суть которого, заключается в максимально быстром обнаружении аварийной ситуации, отключении электрической цепи и соединении всех жил кабеля с землей. Тогда в месте аварии (разрушения кабеля) дуги не возникнет и взрывоопасная атмосфера не воспламенится. Аналогичным образом эта система работает и при защите человека от поражения электрическим током.

Качество работы системы опережающего отключения зависит в частности от быстродействия силовой коммутационной аппаратуры - замыкателей и выключателей, которые имея электромеханический привод не могут срабатывать быстрее чем за 1-3МС. (см. Электрические аппараты. А.А.Чунихин. Энергия - Москва 1975 с.243-256). Причем, уменьшения этого времени при электромеханическом приводе в принципе невозможно. Катушка электромагнита намагничивается во времени, инерционность контактов преодолевается во времени, провал контактов выбирается во времени, а фактор времени при опережающем отключении является определяющим. Чем быстрее обесточится сеть, тем меньше выделится энергии в электрической дуге и меньше вероятность инициирования пожара - взрыва во взрывоопасной атмосфере. То же самое и при поражении человека электрическим током - чем меньший ток пройдет по человеку, тем безопаснее для его здоровья. В этой связи фактор быстродействия становится определяющим.

Анализ коммутационной аппаратуры на предмет ее быстродействия показал, что наиболее полно качеством быстродействия отвечают взрывные коммутационные аппараты и в частности взрывной предохранитель защитного устройства тяговой ж.д. подстанции (вариант два), который выбран нами за прототип (см. патент на полезную модель №68194, приоритет от 06.06.07.).

Взрывной предохранитель (коммутатор) защитного устройства тяговой ж.д. подстанции состоит из прочного корпуса, в котором установлен токовод, выполненный из двух массивных торцевых частей (электродов), верхней и нижней, соединенных между собой облегченной частью - трубчатым, разрушаемым тоководом, внутри которого расположен заряд взрывчатого вещества (ВВ). В нижней массивной торцевой части токовода установлен замыкатель, выполненный в виде изолированной металлической трубки, в которой расположен удлиненный заряд ВВ, и который через герметичную пробку и проводник соединен с

системой управления взрывным коммутатором. Срабатывание предохранителя - подрыв заряда ВВ происходит по сигналу от системы управления, которая регистрирует аварийную ситуацию, поступающую от датчиков аварийного состояния и генерирует инициирующий электрический импульс. Взрыв заряда ВВ воздействует на замыкатель, соединяет его с нижней массивной частью электрода, и таким образом шунтирует индуктивный реактор, одновременно взрыв воздействует также на разрушаемый токовод с образованием межконтактного промежутка. Возникающая при этом электрическая дуга отключения гаснет под действием высокого давления от взрыва. Использование энергии взрыва в отключающем аппарате позволяет получить уникальное быстродействие, именно то качество, которое необходимо коммутационному аппарату, предназначенному для работы в системах опережающего отключения.

В трехфазной силовой цепи, например угольных шахт, для обеспечения опережающего отключения необходимы три взрывных предохранителя по прототипу, каждый из которых установлен в одной фазе. Такое решение задачи опережающего отключения содержит следующие недостатки:

1. Сложность и высокая стоимость, поскольку нужны три предохранителя, три схемы управления, и после срабатывания необходимо заменять все три предохранителя.

2. Низкая надежность.

В трех предохранителях в три раза большая вероятность отказа одного из них и следовательно возникновения неполнофазного режима. Кроме того, срабатывание трех предохранителей не бывает строго синхронным, что вносит некоторый дисбаланс в работу системы. Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы взрывного предохранителя (коммутатора) и уменьшения стоимости защитного оборудования.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель заключается в надежном и сверхбыстром отключении аварийного тока в трехфазной цепи одним взрывным коммутатором и закорачивании всех трех отключенных фаз на землю.

Технический результат достигается следующим образом.

Заявляемый трехфазный взрывной коммутатор как и прототип содержит прочный цилиндрический корпус, в котором установлен цилиндрический токовод, состоящий из массивных торцевых электродов, верхнего и нижнего, и соединяющего их разрушаемого трубчатого элемента с зарядом взрывчатого вещества, систему управления. Причем, в нижний массивный торцевой электрод встроен взрывной замыкатель, выполненный в виде изолированной металлической трубки, внутри которой размещен удлиненный заряд взрывчатого вещества, являющийся продолжением заряда разрушаемого трубчатого элемента и соединенный проводником через герметичную пробку с системой управления.

В отличие от прототипа токовод заявляемого трехфазного взрывного коммутатора (нижняя, верхняя массивные его части -электроды, соединенные разрушаемым трубчатым элементом, причем нижняя массивная часть содержит замыкатель) выполнен разделенным вдоль на электрически изолированные сегменты, верхняя и нижняя массивные части каждого из которых укреплены в корпусе токопроводящими шпильками, а металлическая трубка взрывного замыкателя заземлена. По торцам электродов установлены затворы, выполненные в виде эластичных прокладок и дисков, закрепленных в корпусе коммутатора, а корпус выполнен из стеклоэпоксидного цилиндра. Токовод разделен на три электрически изолированных сегмента.

Отличия заявляемого трехфазного коммутатора от прототипа подтверждает новизну заявляемого устройства.

Взрывной трехфазный коммутатор за счет имеющихся у него преимуществ, т.е. выполнения токовода из электрически изолированных

сегментов, позволяет установить его в рассечку трехфазной цепи таким образом, чтобы каждая из фаз была соединена через две токопроводящие шпильки и далее через массивные и разрушаемую трубчатую части изолированного сегмента. Причем нижняя массивная часть токовода выполнена с замыкателем соединенным с землей. Следовательно, один взрывной коммутатор соединяет все три фазы и он один обеспечивает надежное отключение аварийного тока во всех трех фазах одновременно и одновременно же замыкателем соединяет все три отключенные фазы между собой и землей, что обеспечивает близкое к идеальному опережающее отключение. Реактивная энергия, запасенная в кабеле, не может выделится в месте возникновения аварии. Это уменьшает затраты (после отключения нужно заменить только один взрывной коммутатор, а не три) и увеличивает надежность. У трех предохранителей в три раза больше вероятность отказа и следовательно возникновения неполнофазного режима.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.

На фиг.1. представлен трехфазный взрывной коммутатор (общий вид в разрезе), а на фиг.2, фиг.3, фиг.4 - его сечения, соответственно - АА, ВВ, СС.

Трехфазный взрывной предохранитель состоит: из прочного цилиндрического корпуса 1, выполненного из стеклоэпоксидного цилиндра, внутри которого встроен токовод 2, выполненный из трех изолированных электрически сегментов с верхними массивными торцевыми частями 3, 4, 5 (фиг.2), разделенными изоляцией 6, и нижними массивными торцевыми частями 7, 8, 9 (фиг.4) (торцевые электроды). Верхние и нижние массивные торцевые части торцевых электродов соединены между собой соответственно частями разрушаемого трубчатого элемента 10, 11, 12 (фиг.3), которые также отделены друг от друга изоляцией 6 и представляют собой разрушаемую часть токовода 2. Верхняя и нижняя массивные части сегментов токовода крепятся в корпусе

1 токопроводящими шпильками соответственно 13, 14, 15 (фиг.2), и 16, 17, 18 (фиг.4). Внутри разрушаемого трубчатого элемента, облегченной части токовода, расположен заряд взрывчатого вещества 19 с электропроводами 20, соединенный с системой управления (на Фиг.1 не показана). По торцам токовода 2 установлены герметичные затворы, укрепленные шпильками 21 (снизу) и состоящие из эластичной прокладки 22 и прочного диска 23. Нижние массивные торцевые части выполнены с пазами 24, которые упираются в замыкатель, состоящий из металлической трубки 25, которая выполняет роль трубчатого металлического электрода, закрепленного с помощью выступа 26 и гайки 27 и отделенного от массивных торцевых частей 7, 8, 9 (фиг.4) изоляцией 28. Заряд 19 выполняется удлиненным и размещенным не только внутри разрушаемого трубчатого элемента 10, 11, 12 (фиг.3), но и в трубчатом металлическом электроде 25, и закрепленным в нем пробкой 29, причем электрод 25 имеет контактное соединение 30 для крепления силового проводника 31.

Трехфазный взрывной коммутатор срабатывает по сигналу системы управления, соединенной с датчиком или датчиками аварийного состояния. Датчики аварийного состояния могут быть установлены непосредственно в силовую цепь, например, совместно с шунтом, либо около силового шинопровода, используя электромагнитную связь и т.п.

Трехфазный взрывной коммутатор работает следующим образом: В исходном состоянии он включен в рассечку трехфазной цепи через шпильки 13, 14, 15 и 16, 17, 18, в нем находится заряд взрывчатого вещества 19, соединенный с системой управления, и на нее подано напряжение.

В случае возникновения аварийной ситуации срабатывает система управления трехфазного взрывного коммутатора по сигналу датчика аварийного состояния. Система управления запускается и формирует инициирующий импульс для подрыва заряда взрывчатого вещества 19.

Взрыв заряда 19 создает в трубчатом разрушаемом тоководе, состоящем из облегченных сегментов 10, 11, 12 (фиг.3), разделенных изоляцией, высокое давление, под действием которого происходит электрическое разъединение их с верхними массивными частями 3, 4, 5 (фиг.2) с нижними соответственно 7, 8, 9 (фиг.4). Возникающая при этом электрическая дуга отключения гаснет под действием высокого давления от взрыва. Одновременно с этим от взрыва того же заряда 19, расположенного также в трубчатом металлическом электроде 25 замыкателя, происходит его деформация, в результате которой диаметр трубчатого металлического электрода увеличивается при этом разрушается изоляция 28, части которой размещаются в пазах 24 фиг.1, а увеличенный в диаметре трубчатый металлический электрод 25 соединяется механически и электрически со всеми нижними массивными сегментами 7, 8, 9 (фиг.4), и через силовой проводник 31 с землей. Таким образом, происходит разъединение всех трех фаз электрической цепи, отключение тока и закорачивание всех трех жил отключенной сети на землю. Аварийный режим ликвидируется без выделения реактивной энергии в месте аварии, и следовательно без воспламенения взрывоопасной атмосферы. Аналогичным образом система работает при защите человека от поражения электрическим током и в других подобных случаях.

1. Трехфазный взрывной коммутатор, содержащий прочный цилиндрический корпус, в котором установлен цилиндрический токовод, состоящий из массивных торцевых электродов и соединяющего их разрушаемого трубчатого элемента с зарядом взрывчатого вещества, систему управления и взрывной замыкатель, встроенный в нижний торцевой электрод и выполненный в виде изолированной металлической трубки, внутри которой размещен удлиненный заряд взрывчатого вещества, являющийся продолжением заряда разрушаемого трубчатого элемента и соединенный электрически через герметичную пробку с системой управления, отличающийся тем, что он дополнительно содержит затворы, установленные по торцам токовода и укрепленные в корпусе, при этом токовод разделен вдоль на электрически изолированные между собой сегменты, верхняя и нижняя массивные части каждого из которых укреплены в корпусе токопроводящими шпильками, а металлическая трубка взрывного замыкателя заземлена.

2. Коммутатор по п.1, отличающийся тем, что затворы выполнены в виде эластичных прокладок и дисков, закрепленных в корпусе.

3. Коммутатор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из стеклоэпоксидного цилиндра.

4. Коммутатор по п.1, отличающийся тем, что токовод разделен на три электрически изолированных между собой сегмента.



 

Похожие патенты:

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.
Наверх