Rychlý spínač, omezující proud

Oblast· techniky

Vynález se týká spínače omezujícího proud, se spínacím místem jmenovitého proudu, obsahujícím uspořádání kontaktů, odolné vůči elektrickému oblouku, a se dvěma komutačními cestami, zapojenými paralelně ke spínacímu místu jmenovitého proudu, z nichž první obsahuje, zapojené do série, uspořádáni kontaktů rozpojovacího místa a výkonové elektronické spínací zařízení a druhá obsahuje, zapojené do série, odpojovači místo a člen, omezující proud.

Dosavadní stav techniky

Takové spínače, omezující proud, se mohou používat v oblasti vysokého nebo středně vysokého napětí jako spínače generátoru, jako spřažené spínače mezi úseky přípojnic v rozvodných zařízeních, jako spínače stejnosměrného proudu nebo v propojených sítích ke zmenšení provozních ztrát.

Vynález se odvolává na stav techniky spínačů, omezujících proud, jak je tento popsán v ještě nezveřejněné evropské přihlášce EP, číslo přihlášky 98811251.2. Tento spínač má rychlé mechanické spínací místo s galvanickými kontakty a dvěma komutačními cestami, zapojenými k němu paralelně. V první komutační cestě jsou v sérii uspořádány první spínací zařízení a rozpojovací místo, ve druhé komutační cestě jsou v sérii zapojeny omezovač proudu a druhé spínací zařízení. Omezovač proudu je vytvořen takovým způsobem, že od něho vedený proud, který je při otevření prvního spínacího zařízení • · · · · 9

9 9 9 · * · • · · · · ·

• 4 · · · · · «4 4· 444 komutován z první do druhé komutační cesty, se s časovým zpožděním omezuje. Během tohoto časového zpoždění se nemůže na obou komutačních cestách vytvořit žádné přepětí a zároveň se v první komutační cestě může vytvářet rozpojovací úsek, pevný proti přepětí.

Vynález, jak je uveden v patentových nárocích, má za úkol vytvořit spínač omezující proud typu, uvedeného na začátku, který díky své speciální, místo šetřící konstrukci a kvůli

nepatrným	pohyb1ivým	hmotám umožňuje rychlé	vypínáni
a zapínání	v oblasti vysokého	a středně	vysokého napětí.
Podstata vynálezu
Úkol	vynálezu se	řeší	spínačem	omezuj ícím	proud, se
spínacím	místem jmenovitého	proudu,	obsahujícím	uspořádání
kontaktů,	odolné vůči	elektrickému	oblouku, a	se dvěma

komutačními cestami, zapojenými paralelně ke spínacímu místu jmenovitého proudu, z nichž první obsahuje, zapojené do série, uspořádání kontaktů rozpojovacího místa a výkonové elektronické spínací zařízení a druhá obsahuje, zapojené do série, odpojovači místo a člen, omezující proud, jehož podstatou je, že uspořádání kontaktů spínacího místa jmenovitého proudu a uspořádání kontaktů rozpojovacího místa jsou vytvořena a uspořádána symetricky vzhledem ke společné ose.

Spínač omezující proud podle vynálezu má tři paralelně vůči sobě uspořádané cesty, z nichž dvě obsahují mechanické spínací místo. Jedno z těchto mechanických spínacích míst je dimenzováno k vedeni a spínáni jmenovitého proudu, zatímco druhým protéká jenom v případě sepnutí krátce a na způsob impulsu komutační proud. Uspořádání kontaktů mechanických spínacích míst jsou vytvořena axiálně symetricky a jsou uspořádána koaxiálně. Díky krátkým, koaxiálním měděným spojkám —· ·3 ·** · ·· ·· • ♦ · · · • · · · · • · · · · · · » · · · ·· 0 · dostáváme velmi malé rozptylové indukčnosti, čímž se umožňuje velmi rychlá komutace proudů.

Pokud také třetí cesta spínače podle vynálezu obsahuje mechanické spínací místo s koaxiálně uspořádanými uspořádáními kontaktů, vyskytuje se sériový odpojovač, u běžných spínačů, omezujících proud, zapojený do série.

Pokud mají uspořádání kontaktů rozdílné průměry a jsou uspořádány ležící v sobě, zmenšuje se roztaženi spínače v axiálním směru. Tím se mohou redukovat rozměry krytu, ve kterém jsou uspořádání kontaktů uspořádána, aby například byla chráněna proti prachu nebo jiným rušivým vlivům. Zvláště přednostní přitom je uspořádání kontaktů v hermetickém krytu, který je například naplněn izolujícím plynem pod atmosférickým, nebo vyšším tlakem, což se příznivě projevuje na dielektrické vlastnosti kontaktů. Pokud kryt obsahuje dva elektricky vodivé, od sebe izolované členy, nechá se jmenovitý proud vést přímo přes tyto členy krytu na přívody spínacího místa jmenovitého proudu. Tím odpadají nákladné průchodky jmenovitého proudu skrz kryt.

Pokud spínací místa obsahují rychlý pohon k otvírání a zavírání uspořádání kontaktů, mohou se tím implementovat různé algoritmy k otvírání a/nebo zavírání spínače, odpovídající provozním požadavkům..

Přehled obrázků na výkresech

Provedeni vynálezu a další přednosti, které se jím dají dosáhnout, se v dalším vysvětlují blíže podle obrázků. Přitom zobrazuj í:

obr. 1: jednofázové základní uspořádání obvodů , tvořícího síť středně vysokého napětí, kontrolního zařízení • ·

s prvním provedením spínače omezujícího proud, podle vynálezu, obr. 2: pohled shora na řez vedený podél osy krytem se spínacími místy spínače podle obr. 1, obr. 3: jednoíázové základní uspořádání obvodů kontrolního zařízení, tvořícího síť středné vysokého napétí s druhým provedením spínače omezujícího proud, podle vynálezu, a obr. 4: pohled shora na řez vedený podél osy krytem se spínacími místy spínače podle obr. 3, a obr. 5: pohled shora na výřez, znázorněný zvětšeně, spínacího místa spínače podle obr. 4.

Příklady provedení vynálezu

Ve všech obrázcích se stejné vztahové značky vztahují ke stejně působícím členům.

Zapojení, znázorněné na obr. 1, je jednoíázové základní uspořádání obvodů kontrolního zařízení, tvořící síť středně vysokého napětí, s prvním provedením spínače S omezujícího proud, podle vynálezu. Kontrolní zařízení obsahuje generátor Q, vytvářející síťové napětí Um několik 10 kV, spínač S. a zátěž L, tořenou ohmickým odporem R. a indukčnosti Lt. . Mezi generátorem & a spínačem S. je zapojena jednotka £ rozpoznávání zkratového proudu, která obsahuje měřicí a vyhodnocovací člen k velmi rychlému rozpoznávání zkratových proudů až do několika 10 kA. Spínač S má spínací místo Si jmenovitého proudu, ležící v proudové cestě od generátoru Q k zátěži L· Paralelně ke spínacímu místu Si jmenovitého proudu jsou zapojeny dvě komutační cesty Pi a £2.

•6.

První komutační cesta Pi obsahuje rozpojovací místo St a výkonové elektronické spínací zatíženi T s diodovými můstky Dl, D2, s odpojitelnými výkonovými polovodiči H, například GTO, jakož i s přepěťovou bleskojistkou M. Diodový můstek umožňuje spínání střídavých proudů jak při kladné, tak i při záporné polaritě bez antiparalelně zapojených výkonových polovodičů.

Druhá komutační cesta £2 obsahuje, sériově zapojené, odpojovači místo Sa a omezovač Rb proudu, který odpovídá na proud s časovým zpožděním a je vytvořen například jako PTC-odpor. Odpojovači místo může být vytvořeno jako polovodičový spínač Ha s antiparalelně zapojenými, odpojitelnými výkonovými polovodiči, například GTO, nebo zahrnují galvanicky oddělené, mechanické uspořádání Ka kontaktů, přednostně vakuový spínač.

Spínací místa S-i a St spínače podle obr. 1 mají po jednom velmi rychlém uspořádání K1 a Kt kontaktů, otevírajícím rychleji než 100 jas. Uspořádání Ki kontaktů spínacího místa Si jmenovitého proudu je vytvořeno odolné vůči elektrickému oblouku.

V přednostním provedení spínače podle vynálezu jsou obě uspořádání K1 a Kt kontaktů spínacích míst S1 a St uspořádána v krytu G. Ze strany generátoru jsou obě uspořádání Ki a Kt kontaktů spínacích míst £i a St připojena přes přívod £, první člen 10 krytu a primární přívodní vedení 11 a 12. Na straně zátěže je spínací místo Si jmenovitého proudu spojeno s přívodem 2 přes sekundární přívodní vedení 21 a druhý člen 20 krytu. Rozpojovací místo St první komutační cesty Pi je přes sekundární přívodní vedení 31 ke spínacímu místu, které je s průchodkou £ vedeno skrz kryt G, a přes přívod 3. spojeno s výkonovým elektronickým spínacím zařízením T.

7··$

Během provozu jsou uspořádání Ki a Et kontaktů obou spínacích míst £1 a St jakož i odpojovači místo S*. uzavřená popř, vodivá. Při vyskytnutí se zkratového proudu vyvolá jednotka E rozpoznávání na spínači £, omezujícím proud, během přibližně 100 με odpojovači proces. Přitom se polovodičové členy Jj, ležící v první komutační cestě £1 , učiní rychle vodivými. Zároveň se otevírá uspořádání Ei kontaktů spínacího místa Ei jmenovitého proudu. Podmíněný dvěma, přitom vytvořenými, do série zapojenými elektrickými oblouky, komutuje ještě rostoucí zkratový proud během přibližně 150 με do první komutační cesty £1 . Polovodičové členy H zůstávají tak dlouho vodivé, dokud se na uspořádání El kontaktů spínacího místa £i jmenovitého proudu nedosáhne dielektrické pevnosti, která je větší než dielektrická pevnost na polovodičových členech Ij. Potom se zkratový proud v první komutační cestě Pí odpojuje polovodičovými členy H a komutuje do druhé komutační cesty £2. Zároveň se otvírá uspořádání Et kontaktů rozpojovacího místa St · Při druhé komutaci vzniká nejenom přechodné přepětí na základě rozptylných indukčností, ale i ohmický pokles napětí na omezovači Rb proudu. Omezovač Rb proudu omezuje se spožděnim několika 100 us. Toto časové zpoždění stačí, aby se ukončil proces otevírání na uspořádání Ei kontaktů spínacího místa Si jmenovitého proudu a na uspořádání Et kontaktů rozpojovacího místa Et. Po otevření uspořádání Et kontaktů rozpojovacího místa St odpadá v první komutační cestě £1 prakticky všechno napětí, existující na na spínači £, na rozpojovacím místě St· Protože omezovač Rb proudu odpovídá se zpožděním, začíná vzestup napětí na spínači £ a tím na spínacím místě El jmenovitého proudu a na rozpojovacím místě Et teprve když uspořádání Ei kontaktů spínacího místa £1 jmenovitého proudu a uspořádání Et kontaktů oddělovacího místa St jsou otevřená. Omezený zkratový proud se může při následujícím průchodu proudu nulou, například po 5 až 5 ms, odpojovat odpojovacím místem £a s velmi malým přechodovým zotaveným napětím (Transient Recovery Voltage).

· 9-9 9 • ·« 9 9 99 9 9 9 Z! 999 99 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 · · · ₉. 99 99 99 99 999

Obr. 2 ukazuje možné uspořádání prvního provedení spínače podle vynálezu. Obě spínací místa Si a £3t jsou většinou uspořádána koaxiálně symetricky ve válcovém krytu g. Kryt g se skládá ze dvou elektricky vodivých Členů 10 a 20 krytu na způsob desek, elektricky izolujícího členu 7 krytu, vytvořeného na způsob válce a dvou elektricky izolujících, plynotěsných průchodek 5. a 6.. Kryt g je vytvořen tlakotěsně a je naplněn plynným médiem, například vzduchem nebo SFs pod atmosférickým nebo vyšším tlakem.

Obě spínací místa Si a St se skládají každé z uspořádání Ki a Kz kontaktů se dvěma pevnými spínacími členy a s pohyblivými můstkovými spínacími členy jakož z nezávisle vybavovatelného pohonu k otvírání a/nebo zavíráni uspořádání kontaktů.

Obě uspořádání Ki a Et kontaktů jsou uspořádána v sobě, přičemž uspořádání Ki kontaktů spínacího místa S-ι jmenovitého proudu, protože podmiňuje k vedení jmenovitého proudu příslušný průřez, má větší průměr a je uspořádáno ležící vně. Uspořádání Kt kontaktů rozpojovacího místa £t, které je jenom v případě sepnutí krátkodobě a impulsním způsobem protékáno komutačním proudem, má příslušně menší průměr a je uspořádáno koaxiálně uvnitř uspořádání Ki kontaktů spínacího místa Si jmenovitého proudu. Přívodní vedení ke kontaktovým místům jsou podle obr. 2 vytvořena co možná nejkratší a axiálně symetrická. Přívody i a 2 jmenovitého proudu jsou u krytu g na způsob válce připojeny na vnějším okraji elektricky vodivých členů X a .2. krytu na způsob desky a mohou být vytvořeny například na způsob trubky. Ostatní přívodní vedení k uspořádání kontaktů, jakož i případná vedení pro ovládání spínacích míst, se s výhodou vedou středem, na způsob desky, částí X a 2. krytu ven z krytu. Další průchodky, zejména průchodky vysokého proudu a vysokého napětí pro jmenovitý

- ·β Ο·· ·· ·* *· • 9 0 · · · 9 ♦· proud, spadají díky jmenovitého proudu.

spojení členů 1 a 2. krytu do cesty

Obr. 3 ukazuje zapojení, znázorněné na obr. 1, s přednostním druhým provedením spínače §. podle vynálezu. Přitom odpojovači místo Sa otvírající, mechanické s oběma uspořádáními Ki zahrnuje, rovněž velmi rychle se uspořádání Ka kontaktů. Dohromady a Kt kontaktů spínacích míst Si a St je v krytu G uspořádáno uspořádání Ka kontaktů odpojovaciho místa Sa. Ze strany generátoru je odpojovači místo Sa rovněž připojeno přes přívod X a první člen 10 krytu jakož i primární přívodní vedení 13. Ze strany záteže je odpojovači místo Sa spojeno přes sekundární přívodní vedení 41, které je skrz kryt <3 vedeno průchodkou S, a přes přívod 4 s omezovačem Rn proudu.

Uspořádání znázorněné na obr. 4 druhého provedení spínače podle vynálezu odpovídá uspořádání podle obr. 2. Dodatečné k obéma spínacím místům Si a St je odpojovači místo Sa uspořádáno koaxiálně symetricky v krytu £.

S tímto provedením, s galvanickým oddělením v každé ze tří paralelních proudových cest, se můžeme zříci používáni dodatečného sériového rozpojovače.

Přednostní provedení pohonu spínače upravuje vedle pohyblivého můstkového spínacího členu, který je částí uspořádání kontaktů, v podstatě dvě cívky jakož i výkonovou elektronickou řídicí jednotku. Uspořádání kontaktů jakož i cívky jsou vytvořeny axiálně symetricky a uspořádány koaxiálně vůči sobě. Přesná konstrukce tří spínacích míst se přesněji vysvětluje podle výřezu uspořádáni podle obr. 2, znázorněném na obr. 5. Přitom jsou obě cívky 81 a 82 pohonu, které patří k pohonu spínacího místa, uspořádány právě oboustranně odsazené v axiálním směru k příslušnému můstkovému spínacímu členu, vytvořenému jako kontaktový prstenec 85. Kontaktový prstenec • 0 · • · ·

0 0 · ·«

se zatěžuje elektrodynámickou silou, přičemž se z výkonové elektronické řídicí jednotky dodává energie do příslušné cívky. Kontaktový prstenec 85 se může pohybovat v axiálním směru mezi oběma cívkami .81 a 82 tam a sem a přitom může otvírat a zase zavírat uspořádání kontaktů. v zavřeném stavu uspořádání kontaktů je kontaktový prstenec 85 umístěn mezi oběma pevně stojícími spínacími členy 84 a tyto zkratuje. V otevřené poloze uspořádání kontaktů se kontaktový prstenec 85 drží přidržovacím členem 83.