Дифференциальный автоматический выключатель (дифавтомат) с аэрозолеобразующей или газообразующей системой пожаротушения и инициированием с помощью самовозгорающегося термовоспламенителя

Область техники

Заявленная группа изобретений относится к области электротехники и энергетики и может быть использована в виде Дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата) или вводного Дифференциального выключателя (вводного дифавтомата) электрических щитов для предотвращения поражения человека электрическим током, оперативного аварийного отключения электрического оборудования с помощью дифференциального или автоматического расцепителя без инициирования системы пожаротушения или при воздействии высоких температур, например, при пожаре, при инициировании системы аэрозолеобразующего или газообразующего пожаротушения (тушении очага возгорания с помощью аэрозолеобразующего или газообразующего состава при одновременном размыкании линии механизмом дифференциального автоматического выключателя. При этом устройство выполнено с возможностью установки на DIN - рейку.

Уровень техники

Из уровня техники известны дифференциальные автоматические выключатели (дифавтоматы), устанавливаемые в электрический щит на DIN - рейку и выполняющие функции предохранителя в случае короткого замыкания или длительной превышающей нагрузки силовой линии, а также защиты человека от поражения электрическим током при утечках электрического тока. Например, такие как дифференциальные автоматические выключатели в литом корпусе на токи 16-630 A, до 690 В Schneider Electric, каталог продукции 2021 (доступно онлайн на Интернет-ресурсе https://download.schneider-electric.com).

Однако такие известные решения не обеспечивают размыкание силовых цепей в случае возгорания электрических щитов и не имеют возможности проводить тушение огня в электрических щитах.

Из патентного уровня техники известно решение, представляющее собой пиротехнический разъединитель электрической цепи (RU 139706 U1, 20.04.2014). Известный разъединитель содержит корпус, в котором расположены в непосредственной близости или контактирующие друг с другом проводник и пиротехнический заряд с температурой плавления проводника, меньшей температуры горения пиротехнического заряда, при этом пиротехнический заряд запускается при помощи термошнура или от пожарного извещателя.

Технический результат, на достижение которого направлено указанное решение, заключается в надежном размыкании электрической цепи (отключение источника питания), в случае возникновения пожара или его угрозы, что препятствует развитию пожара вследствие короткого замыкания.

Однако известное решение также, как и указанное выше, не обеспечивает возможность ликвидации очага возгорания. Кроме того, функционирование разъединителя при его активации пожарным извещателем находится в зависимости от работоспособности внешних средств, что снижает надежность его работы.

Также следует отметить, что известное решение не обладает оперативностью срабатывания, поскольку для его работы необходимо достижение температуры активации термошнура, причем источник этой температуры является внешним, т.е. обеспечивается самим очагом возгорания. Очевидно, что до достижения этой температуры возгорание будет беспрепятственно распространяться, нанося повреждения окружающему оборудованию.

Для обеспечения возможности не только размыкания цепей, но и реализации первичного автоматического пожаротушения в уровне техники применяется совмещение средства размыкания и средства пожаротушения, как это представлено, например, в патентном источнике CN 210040091 U, 07.02.2020.

В данном решении автоматический выключатель содержит основной корпус, а также присоединенную к нему емкость с огнетушащим составом и нагнетателем. Управление срабатыванием нагнетателя и распыление огнетушащего состава обеспечивается при достижении определенной температуры за счет термического ключа, расположенного на корпусе выключателя.

Известное решение устраняет отмеченные выше недостатки уровня техники в части обеспечения функции первичного пожаротушения. Несмотря на это, известному решению присущ ряд недостатков, заключающихся в следующем.

Сложность и громоздкость конструкции указанного выключателя препятствует его размещению в типовом корпусе электротехнических устройств для установки на DIN - рейку в электрический щит. При этом размещение способных к тушению очага возгорания средств в электрическом щите является критически важным, поскольку в замкнутом ограниченном пространстве щита с плотно скомпонованными электрическими модулями распространение огня происходит стремительно, что приводит к возникновению вторичных очагов пожара вследствие короткого замыкания проводов с обгоревшей или расплавившейся изоляцией и необратимому повреждению модулей.

Помимо указанного, известное решение также, как и рассмотренное выше по патенту RU 139706 U1, не обладает оперативностью срабатывания, поскольку для его работы необходимо достижение температуры активации термического ключа, причем эта температура обуславливается внешним источником, т.е. самим очагом пожара. Как следствие, до момента срабатывания средства пожаротушения возможно существенное повреждение электрических модулей, расположенных в электрощите.

Из патентного уровня техники известно решение, представляющее собой автономное устройство пожаротушения с фиксацией на DIN - рейку (патент на полезную модель №204767 от 09.06.21). Известное устройство содержит корпус, в котором расположен модуль генератора огнетушащего аэрозоля с термохимическим инициатором.

Известное решение устраняет отмеченные выше недостатки уровня техники в части обеспечения функции первичного пожаротушения. Несмотря на это, известному решению присущ ряд недостатков, заключающихся в следующем.

Автономное устройство выполнено в виде отдельного модуля и не имеет возможности размыкать силовые электрические линии, что существенно повышает вероятность повторного возгорания электропроводки в электрических шкафах и увеличивает вероятность поражения электрическим током людей, так же автономное устройство не может быть инициировано внешним управляющим сигналом и не генерирует информационный сигнал о срабатывании, что не позволяет объединять автономные устройства в группы или информировать о начале процесса пожаротушения.

Техническая проблема заключается в преодолении отмеченных выше недостатков аналогов.

Технический результат заключается в повышении оперативности первичного пожаротушения с увеличением эффективности воспрепятствования распространения огня в замкнутом пространстве в частности, таком как электрощит, с одновременным размыканием электрической цепи, при этом описываемое устройство может размыкать электрическую цепь при коротком замыкании или длительной превышающей нагрузке, при утечках электрического тока без инициирования аэрозолеобразующей или газообразующей системы пожаротушения, работая как типовой дифференциальный автоматический выключатель (дифавтомат) для одно- или трехфазных подключений.

Раскрытие изобретения

Указанный технический результат осуществления достигается тем, что дифференциальный автоматический выключатель (дифавтомат) в однофазном или трехфазном исполнении с размещенным внутри модулем с аэрозолеобразующим или газообразующим составом (модуль), содержащий корпус, при этом модуль (12) выступает за пределы корпуса выключателя и содержит на выступе самовозгорающийся термовоспламенитель (22), имеющий температуру инициирования ниже, чем температура инициирования модуля; содержит размещенные в корпусе силовые электрические клеммы для однофазного или трехфазного подключения (14-14’), электрические клеммы (13-13’) для подключения нулевого провода, электрический воспламенитель модуля (9).

В альтернативном варианте устройство дополнительно содержит отключающее термочувствительное устройство (8), контактную группу (18) для инициирования внешним сигналом, датчик срабатывания (21) и кнопку (25) ручного запуска электрического воспламенителя (9) модуля; причем электрический воспламенитель (9) модуля через проводники соединен с контактной группой (18) для инициирования внешним сигналом; отключающее термочувствительное устройство (8) соединено через проводники с механизмом автоматического отключения фаз и механизмом отключения нуля; датчик срабатывания (21), соединенный проводниками (20) с контактной группой (18); кнопка (25) ручного запуска электрического воспламенителя соединена с электрическим воспламенителем модуля (9).

В альтернативном варианте исполнения устройства аэрозолеобразующий или газообразующий состав представляет собой низкотемпературную твердотопливную композицию.

В альтернативном варианте устройства корпус выполнен в форме типового электротехнического устройства модульного типа, а выключатель дополнительно выполнен для крепления на DIN-рейку, крепление на DIN-рейку представляет собой прорезь под DIN-рейку, расположенную на тыльной стороне корпуса устройства, в которой установлена защелка-крепление для фиксации корпуса на DIN-рейке.

В предпочтительном варианте исполнения устройства дополнительно в корпусе выполнены отверстия для выхода аэрозолеобразующего или газообразующего состава.

Далее в описании представлены сведения в отношении осуществления устройства и подтверждения достижения указанного технического результата.

Осуществление изобретения

В соответствии с вариантом выполнения устройства, далее приведены сведения о преимущественном варианте осуществления устройства, не предназначенном для ограничения объема испрашиваемой охраны, определенным признаками независимого пункта формулы.

В целях более полного понимания сущности патента в описании сделаны отсылки на поясняющий чертеж (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), согласно которым представлен внешний вид корпуса с разрезом при однофазном и трехфазном исполнении (фиг. 1, фиг. 3), схема дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата) с содержащим аэрозолеобразующий или газообразующий состав модулем в однофазном и трехфазном исполнении (фиг. 2, фиг. 4), а также размещенной в дифференциальном автоматическом выключателе совокупностью элементов в однофазном и трехфазном исполнении (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).

В предпочтительном варианте осуществления предложенное изделие смонтировано в электрическом шкафу на DIN - рейку является самостоятельным устройством, где корпус устройства может быть выполнен в форме типового электротехнического устройства модульного типа. Изделие может быть использовано в однофазных и трехфазных сетях.

Согласно фиг. 1 и фиг. 2, в корпусе изделия размещены: пара фазных клемм (14-14’) и пара нулевых клемм (13-13’). К устройству через фазные и нулевые клеммы подключен механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4), силовые провода фазы (1), нулевой провод N (2). На корпусе согласно фиг. 1 и фиг. 2 выполнены выходные отверстия (7) для выхода аэрозолеобразующего или газообразующего состава, образующегося при работе устройства.

Преимущественно в центре корпуса закрепляются механизмы автоматического отключения фазы и нуля N (4), а в боковом корпусе закрепляется модуль (12) с электрическим воспламенителем модуля (9).

Аэрозолеобразующие или газообразующие системы пожаротушения являются широко распространенными в уровне техники. В качестве примера, может быть рассмотрен принцип действия аэрозолеобразующего состава, основанный на ингибировании химических процессов, происходящих в пламени, высокодисперсными частицами (аэрозолем) солей щелочных металлов, выделяющимися при сгорании аэрозолеобразующего заряда и способных находиться во взвешенном состоянии в течение длительного времени, чем обеспечивается ликвидация очага возгорания. При этом известно, что при работе аэрозолеобразующего состава, вокруг него обеспечивается зона с существенно повышенной температурой (например, более 300 °С). Данный эффект использован в устройстве для повышения оперативности первичного пожаротушения с увеличением эффективности воспрепятствования распространения огня в замкнутом пространстве, и инициировании механизма автоматического отключения фазы и нуля N (4).

В непосредственной близости от модуля (12) или в модуле (12) в корпусе устройства размещается отключающее термочувствительное устройство (8) (может быть выполнено c модулем электрического питания и управления - не показан) согласно фиг.1 и фиг. 2, отвечающее за формирование сигнала отключения автоматического отключения фазы и нуля N (4) в случае возгорания электрического щита и срабатывании модуля (12) при помощи самовозгорающегося термовоспламенителя (22). Расстояние от отключающего термочувствительного устройства (8) до модуля (12) выбирается из условия того, чтобы при срабатывании модуля (12) возникающая температура обеспечивала срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8) по перегреву (например, при 100 °С), тем самым замыкая отключающее термочувствительное устройство (8) формируя сигнал отключения механизма автоматического отключения фазы и нуля N (4). Таким образом, под термином «непосредственная близость» в рамках данной заявки следует понимать такое размещение, при котором тепло от работающего модуля (12) могло обеспечить срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8).

Далее, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, самовозгорающийся термовоспламенитель (22) нанесен на модуль (12), выступающий за пределы корпуса (3).

Предложенное устройство работает следующим образом.

В нормальном состоянии фиг. 1, фиг. 2 фазные клеммы (14-14’) соединены с механизмом автоматического отключения фазы и нуля N (4). Таким образом, обеспечивается протекание электрического тока по контуру: Клемма (14) – Проводник (1) – Механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4) – Проводник – Клемма (14’). Также нулевые клеммы (13-13’) соединены между собой соответствующими проводниками через механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4), обеспечивая работоспособность силового электрического щита.

При повышении температуры в электрическом щите (возгорание электрического щита), в котором установлено устройство до заданного критического значения, определяемого свойствами самовозгорающегося термовоспламенителя (22), происходит инициирование самовозгорающегося термовоспламенителя (22), запускающего в свою очередь работу модуля (12).

При начале работы модуля (12) из корпуса (3) через выходные отверстия (7) согласно фиг. 1 и фиг. 2, начинает выходить аэрозолеобразующий или газообразующий состав в виде газообразной смеси, заполняя защищаемый объем электрического щита и подавляя горение компонентов электрического щита. Одновременно с этим вокруг модуля (12) или в модуле (12) образуется зона нагрева до температуры например, свыше 300 °С, воздействуя своим тепловым потоком на отключающее термочувствительное устройство (8), которое, нагреваясь свыше температуры собственного срабатывания по перегреву (например, более 100 °С), срабатывает, тем самым формируя сигнал размыкания механизма автоматического отключения фазы и нуля N (4).

Таким образом, при срабатывании самовозгорающегося термовоспламенителя (22), согласно фиг. 1 и фиг. 2, во время возгорания электрического щита одновременно происходит тушение щита с помощью модуля (12) и размыкание фазного провода (1) по линии фазных клемм (14-14’) и нулевого провода N (2) по линии нулевых клемм N (13-13’) согласно фиг. 1, фиг. 2, что также можно отнести к преимуществу предложенного устройства по сравнению с известными из уровня техники решениями.

В свою очередь, применение модуля (12) в качестве средства, обеспечивающего срабатывание дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата), также обеспечивает ускорение размыкания электрических цепей до короткого замыкания или перегрузки или утечки тока, препятствуя тем самым возникновению вторичных очагов пожара, поскольку время, необходимое для достижения температуры срабатывания отключающего термочувствительного устройства (8) за счет работы модуля (секунды) существенно меньше по сравнению с тем, если бы срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8) обеспечивалось бы за счет тепла внешнего источника (т.е. очага пожара).

Таким образом, только за счет совместного использования перечисленных выше средств и их функционирования посредством указанных соединений возможно достижение технического результата, на который направлено предложенное устройство.

Устройство может быть осуществлено при помощи известных из уровня техники для специалиста средств и методов, а анализ уровня техники не выявил в нем решений, которым были бы присущи все представленные в формуле существенные признаки.

В соответствии с альтернативным вариантом выполнения устройства в целях более полного понимания сущности патента в описании сделаны отсылки на поясняющий чертеж (фиг. 3, фиг. 4), согласно которым представлен внешний вид корпуса с разрезом при трехфазном исполнении (фиг. 3), схема дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата) с содержащим аэрозолеобразующий или газообразующий состав модулем в трехфазном исполнении (фиг. 4).

Согласно фиг. 3 и фиг. 4, в корпусе изделия размещены: три пары фазных клемм фаз А, В, С (14-14’) и пара нулевых клемм (13-13’). К устройству через фазные и нулевые клеммы подключен механизм автоматического отключения фаз и нуля N (4), силовые провода фаз А, В, С (1, 15, 16), провода нулевого провода N (2). На корпусе согласно фиг. 3 и фиг. 4 выполнены выходные отверстия (7) для выхода аэрозолеобразующего или газообразующего состава, образующегося при работе устройства.

Преимущественно в центре корпуса закрепляются механизмы автоматического отключения фаз и нуля N (4), а в боковом корпусе закрепляется модуль (12) с электрическим воспламенителем модуля (9).

Аэрозолеобразующие или газообразующие системы пожаротушения являются широко распространенными в уровне техники. В качестве примера, может быть рассмотрен принцип действия аэрозолеобразующего состава, основанный на ингибировании химических процессов, происходящих в пламени, высокодисперсными частицами (аэрозолем) солей щелочных металлов, выделяющимися при сгорании аэрозолеобразующего заряда и способных находиться во взвешенном состоянии в течение длительного времени, чем обеспечивается ликвидация очага возгорания. При этом известно, что при работе аэрозолеобразующего состава, вокруг него обеспечивается зона с существенно повышенной температурой (например, более 300 °С). Данный эффект использован в устройстве для повышения оперативности первичного пожаротушения с увеличением эффективности воспрепятствования распространения огня в замкнутом пространстве, и инициировании механизма автоматического отключения фаз и нуля N (4).

В непосредственной близости от модуля (12) или в модуле (12) в корпусе устройства размещается отключающее термочувствительное устройство (8) (может быть выполнено c модулем электрического питания и управления - не показан) согласно фиг. 3 и фиг. 4, отвечающее за формирование сигнала отключения автоматического отключения фаз и нуля N (4) в случае возгорания электрического щита и срабатывании модуля (12) при помощи самовозгорающегося термовоспламенителя (22). Расстояние от отключающего термочувствительного устройства (8) до модуля (12) выбирается из условия того, чтобы при срабатывании модуля (12) возникающая температура обеспечивала срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8) по перегреву (например, при 100 °С), тем самым замыкая отключающее термочувствительное устройство (8) формируя сигнал отключения механизма автоматического отключения фаз и нуля N (4). Таким образом, под термином «непосредственная близость» в рамках данной заявки следует понимать такое размещение, при котором тепло от работающего модуля (12) могло обеспечить срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8).

Далее, как показано на фиг. 3 и фиг. 4, самовозгорающийся термовоспламенитель (22) нанесен на модуль (12), выступающий за пределы корпуса (3).

Предложенное устройство работает следующим образом.

В нормальном состоянии фиг. 3, фиг. 4 фазные клеммы (14-14’) соединены с механизмом автоматического отключения фаз и нуля N (4). Таким образом, обеспечивается протекание электрического тока по контурам: Клемма (14) – Проводник (1) – Механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4) – Проводник – Клемма (14’), Клемма (14) – Проводник (15) – Механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4) – Проводник – Клемма (14’), Клемма (14) – Проводник (16) – Механизм автоматического отключения фазы и нуля N (4) – Проводник – Клемма (14’). Также нулевые клеммы (13-13’) соединены между собой соответствующими проводниками через механизм автоматического отключения фаз и нуля N (4), обеспечивая работоспособность силового электрического щита.

При повышении температуры в электрическом щите (возгорание электрического щита), в котором установлено устройство до заданного критического значения, определяемого свойствами самовозгорающегося термовоспламенителя (22), происходит инициирование самовозгорающегося термовоспламенителя (22), запускающего в свою очередь работу модуля (12).

При начале работы модуля (12) из корпуса (3) через выходные отверстия (7) согласно фиг. 3 и фиг. 4, начинает выходить аэрозолеобразующий или газообразующий состав в виде газообразной смеси, заполняя защищаемый объем электрического щита и подавляя горение компонентов электрического щита. Одновременно с этим вокруг модуля (12) или в модуле (12) образуется зона нагрева до температуры например, свыше 300 °С, воздействуя своим тепловым потоком на отключающее термочувствительное устройство (8), которое, нагреваясь свыше температуры собственного срабатывания по перегреву (например, более 100 °С), срабатывает, тем самым формируя сигнал размыкания механизма автоматического отключения фаз и нуля N (4).

Таким образом, при срабатывании самовозгорающегося термовоспламенителя (22), согласно фиг. 3 и фиг. 4, во время возгорания электрического щита одновременно происходит тушение щита с помощью модуля (12) и размыкание фазных проводов фаз А, В, С (1, 15, 16) по линии фазных клемм (14-14’) и нулевого провода N (2) по линии нулевых клемм N (13-13’) согласно фиг. 3, фиг. 4, что также можно отнести к преимуществу предложенного устройства по сравнению с известными из уровня техники решениями.

В свою очередь, применение модуля (12) в качестве средства, обеспечивающего срабатывание дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата), также обеспечивает ускорение размыкания электрических цепей до короткого замыкания или перегрузки или утечки тока, препятствуя тем самым возникновению вторичных очагов пожара, поскольку время, необходимое для достижения температуры срабатывания отключающего термочувствительного устройства (8) за счет работы модуля (секунды) существенно меньше по сравнению с тем, если бы срабатывание отключающего термочувствительного устройства (8) обеспечивалось бы за счет тепла внешнего источника (т.е. очага пожара).

Таким образом, только за счет совместного использования перечисленных выше средств и их функционирования посредством указанных соединений возможно достижение технического результата, на который направлено предложенное устройство.

Устройство может быть осуществлено при помощи известных из уровня техники для специалиста средств и методов, а анализ уровня техники не выявил в нем решений, которым были бы присущи все представленные в формуле существенные признаки.

Так же важно отметить, что устройство в предпочтительном варианте содержит в себе входную контактную группу (18) позволяющую при подаче на нее сигнала, через проводники (10) провести принудительный запуск электрического воспламенителя модуля (9) с помощью внешнего сигнала.

Устройство в альтернативном варианте содержит кнопку ручного запуска (25) электрического воспламенителя модуля (9). При нажатии на кнопку ручного запуска (25), электрический воспламенитель модуля (9) на прямую соединяется с фазой и нулем N (2), что позволяет в ручном режиме инициировать электрический воспламенитель модуля (9).

Устройство в альтернативном варианте содержит датчик срабатывания (21), который в свою очередь по проводникам (20) выдает сигнал на контактную группу (18) (дополнительные контакты) об инициировании аэрозолеобразующего или газообразующего состава для обработки полученного сигнала внешней контрольной автоматикой.

В предпочтительном варианте исполнения устройства, в тыльной части корпуса (3) выполнена прорезь, в которой установлена защелка-крепление (23), предназначенная для фиксации корпуса (3) на DIN-рейку.

Корпус устройства в альтернативном варианте также может быть зафиксирован на DIN-рейке с помощью винтового соединения, однако крепление при помощи узла под DIN-рейку с защелкой (23) является преимущественным, т.к. дает возможность установки устройства в большем диапазоне мест в щитке или шкафу, что приводит к повышению эффективности тушения возгораний.

Отличительной особенностью устройства также является возможность отключения силовой части электрического щита при коротком замыкании или длительной превышающей нагрузке силовой линии, или сверхтоках, или утечке электрического тока без инициирования модуля (12) с возможностью последующего взведения дифференциального автоматического выключателя (дифавтомата) в первоначальное состояние с помощью механизма автоматического отключения фазы (фаз) и нуля N (4) и продолжения эксплуатации устройства.

Устройство может быть осуществлено при помощи известных из уровня техники для специалиста средств и методов, а анализ уровня техники не выявил в нем решений, которым были бы присущи все представленные в формуле существенные признаки.