PL197384B1 - Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego - Google Patents

Abstract

1. Uk lad wspomagaj acy gaszenie luku elek- trycznego w lacznikach pr adu sta lego z uk la- dem rozpoznaj acym kierunek pr adu w obwo- dzie g lównym lacznika, z zasilan a zewn etrznie wydmuchow a cewk a elektromagnetyczn a do wywierania si ly elektromagnetycznej, gdy za- mkni ety jest obwód gasz acy zawieraj acy cewk e i urz adzeniem do prze laczania kierunku pr adu w obwodzie gasz acym na podstawie sygna lu doprowadzanego przez uk lad rozpoznaj acy, znamienny tym, ze uk lad rozpoznaj acy (7) ma dwa czujniki pomiarowe, i co najmniej jeden wzmacniacz operacyjny do odejmowania sy- gna lów wyj sciowych czujników pomiarowych. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego w łącznikach prądu stałego z układem rozpoznającym kierunek prądu w obwodzie głównym łącznika, z zasilaną zewnętrznie wydmuchową cewką elektromagnetyczną.

Łączniki prądu stałego, jak łączniki sprzęgające oraz łączniki odcinkowe i prostownikowe, stosuje się w sieciach prądu stałego kolei elektrycznych i tak dalej do różnych zadań, przy czym występuje zróżnicowane wymaganie odnośnie przewodzenia i przełączania prądu w dwóch kierunkach. Łączniki sprzęgające muszą przewodzić i przełączać prądy w obu kierunkach, a łączniki odcinkowe i prostownikowe w przypadku odzyskiwania energii przepuszczają prąd płynący w kierunku odwrotnym do normalnego i dlatego muszą być w stanie łączyć prądy o natężeniu do 5 kA płynące w obu kierunkach.

W przypadku dużych łączników prądu stałego podczas wyłączania krytycznych albo małych prądów w zakresie od 0 do 400 A mogą występować bardzo długie czasy wyłączenia. Takie długie czasy powstają podczas roboczych łączeń poprzez wyzwalacz pomocniczy i powodują długie trwanie łuku elektrycznego, co znacznie obciąża układ styków łącznika i może spowodować jego uszkodzenie.

Przyczyną długich czasów wyłączenia jest między innymi mała przy niskim prądzie siła elektromagnetyczna, która wypiera w górę i wydłuża łuk elektryczny będący skutkiem procesu wyłączania. Łuk elektryczny można rozpatrywać jako przewód prądowy, na który działa siła związana z polem magnetycznym. Przy małym polu własnym przewodu prądowego można przyłożyć zewnętrzne pole magnetyczne celem nasilenia zjawiska przemieszczania łuku elektrycznego. Takie pole można uzyskać na przykład za pomocą wydmuchowych cewek elektromagnetycznych włączonych szeregowo w obwód prądu głównego. Przez cewki te przepływa prąd główny stale lub też podczas procesu gaszenia, gdy na przykład sondy są połączone poprzez cewki z obwodem prądu głównego.

Jednak rozwiązania takie mają tę istotną wadę, że cewki włączone w obwód prądu głównego muszą mieć dużą wytrzymałość prądową i dynamiczną, gdyż przepływa przez nie prąd główny.

W alternatywnych rozwiązaniach, to znaczy z polem realizowanym przy użyciu magnesów trwałych albo za pomocą cewek zasilanych zewnętrznie, może być czynny tylko jeden ustalony uprzednio kierunek prądu. W razie przepływu prądu w kierunku przeciwnym łuk elektryczny byłby wtłaczany w łącznik, co doprowadziłoby do jego zniszczenia. Jak wspomniano wcześniej, istnieje potrzeba łączenia prądu w obu kierunkach, a więc takie alternatywy nie dają możliwości rozwiązania tego zadania.

Celem wynalazku jest rozwiązanie opisanych wyżej problemów oraz stworzenie uniwersalnego w zastosowaniu i niedrogiego układu wspomagającego gaszenie łuku elektrycznego z zasilaną, zewnętrznie wydmuchową cewką elektromagnetyczną do łączenia małych prądów.

Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego w łącznikach prądu stałego z układem rozpoznającym kierunek prądu w obwodzie głównym łącznika, z zasilaną zewnętrznie wydmuchową cewką elektromagnetyczną do wywierania siły elektromagnetycznej, gdy zamknięty jest obwód gaszący zawierający cewkę, i urządzeniem do przełączania kierunku prądu w obwodzie gaszącym na podstawie sygnału doprowadzanego przez układ rozpoznający, charakteryzuje się według wynalazku tym, że układ rozpoznający ma dwa czujniki pomiarowe i co najmniej jeden wzmacniacz operacyjny do odejmowania sygnałów wyjściowych czujników pomiarowych.

Korzystnie, w układzie rozpoznającym każdy czujnik pomiarowy połączony jest dodatkowo ze wzmacniaczem i kompensatorem, przy czym w układ rozpoznający włączony jest komparator do porównywania sygnału wyjściowego wzmacniacza operacyjnego z wartością progową oraz wzmacniacz do wzmacniania sygnału wyjściowego komparatora.

Korzystnie, czujnikami pomiarowymi są czujniki Halla, wpuszczone naprzeciwlegle w przewód obwodu prądu głównego łącznika prądu stałego a równolegle z obwodem zawierającym wydmuchową cewkę elektromagnetyczną układ ma połączony kompensator, i na którego ładowanie nie ma wpływu urządzenie przełączające, zwłaszcza w postaci przełącznika krzyżowego.

Według wynalazku przewiduje się zasilaną z sieci napięcia sterującego cewkę wytwarzającą pole magnetyczne, którego linie przenikają prostopadle przez łuk elektryczny i którego kierunek zmienia się pod wpływem wysterowania przez układ rozpoznający kierunek prądu. Pole magnetyczne współdziałając z prądem łuku elektrycznego powoduje wydłużenie łuku i wypieranie go od styków łącznika prądu stałego do komory gaszącej.

Zgodnie z wynalazkiem wielkość pola magnetycznego wytwarzanego przez zasilaną zewnętrznie wydmuchową cewkę elektromagnetyczną nie zależy od wielkości prądu w obwodzie głównym. Dlatego przy bardzo małych prądach, na przykład 1 A, jest do dyspozycji wystarczające do wydłużenia

PL 197 384 B1 pole magnetyczne. Nie są potrzebne kosztowne cewki, które posiadają wysoką chwilową wytrzymałość prądową, a poza tym nie ma strat termicznych na elementach włączonych w obwód prądu głównego.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony bliżej w oparciu o przykład wykonania uwidoczniony na rysunku, na którym kolejne figury pokazują: fig. 1 - schemat połączeń zgodnego z wynalazkiem układu wspomagającego gaszenie łuku elektrycznego, fig. 2 - łącznik prądu stałego, w którym zastosowano zgodny z wynalazkiem układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego, i fig. 3 - schemat blokowy pokazanego na fig. 1 układu rozpoznającego.

Przykład realizacji zgodnego z wynalazkiem układu wspomagającego gaszenie łuku elektrycznego do łączenia małych prądów objaśnia się niżej z odniesieniem do fig. 1 do 3.

Na fig. 1 pokazano przełącznik krzyżowy 2 wydmuchową cewkę elektromagnetyczną 3, łącznik 5, kondensator 6 pamięci i układ rozpoznający 7 do sterowania przełącznikiem krzyżowym 2.

Na fig. 2 uwidoczniono czujniki pomiarowe Halla 1, wydmuchową cewkę elektromagnetyczną 3 obwód rdzenia żelaznego 4, ruchomy styk 8 i nieruchomy styk 9 łącznika prądu stałego oraz górną szynę prądową 10 obwodu prądu głównego. Pokazano stałą stronę przewodu łukowego 11, izolację rdzenia żelaznego 12, izolację cewki 13, ściankę boczną 14 układu blach gaszących, ruchomą stronę przewodu łukowego 15, styk wstępny 16 i elastyczny przewód taśmowy 17 łącznika prądu stałego.

Czujniki Halla 1 do rozpoznawania kierunku prądu są przeznaczone do pomiaru prądu w obwodzie głównym łącznika prądu stałego. Celem zmniejszenia wpływów zakłócających, dobrze jest umieścić czujniki Halla 1 w małym odstępie od siebie. Dla podwyższenia poziomu nieczułości na zakłócenia ustawia się dwa czujniki Halla 1 w takiej pozycji, żeby pole główne obu tych czujników miało jednakową wielkość, ale przeciwny kierunek. Podczas odejmowania sygnałów z czujników Halla 1 w opisanym dalej układzie rozpoznającym 7 są odfiltrowywane sygnały zakłócające. Przewody w obwodzie prądu głównego ze względu na ich wytrzymałość prądową (kilka kA) mają zadany duży przekrój, a więc można wpuścić czujniki Halla 1 w górną szynę prądową 10, jak to ukazano na fig. 2, dzięki czemu minimalizuje się rozmiar układu.

Na fig. 3 przedstawiono schemat blokowy układu rozpoznającego 7. Układ ten składa się z czujników Halla 1 i do każdego z nich jest dołączony wzmacniacz oraz kompensator. Sygnały wyjściowe kompensatorów są doprowadzane do wzmacniacza operacyjnego, który odejmuje sygnały i doprowadza do komparatora. Ten ostatni sprawdza na podstawie wartości progowej, czy doprowadzany do niego sygnał jest, albo nie jest większy od zera i wysyła sygnał odpowiadający wynikowi kontroli na dołączony wzmacniacz.

Tak więc wzmacniacz generuje sygnał, który jest proporcjonalny do rozpoznanego kierunku prądu. Sygnał ten wysterowuje przełącznik krzyżowy 2, który zmienia biegunowość lub też kierunek przepływu prądu w wydmuchowej cewce elektromagnetycznej 3, dokonując przełączenia między stykami a i b na fig. 1.

Układ rozpoznający 7 przed uruchomieniem wyzwalacza pomocniczego łącznika prądu stałego musi więc być czynny dla wyłączenia. Układ rozpoznający 7 mógłby być też czynny po poleceniu wyłączenia, gdy otwarcie łącznika prądu stałego następuje z małym opóźnieniem czasowym celem rozpoznania kierunku prądu.

Po zadziałaniu wyzwalacza pomocniczego łącznika prądu stałego, co jest ukazane na fig. 1 w bloku „Polecenie wyłączenia, następuje równolegle z tym zamknięcie łącznika 5, a więc rozpoczyna się rozładowanie kondensatora 6 przez wydmuchową cewkę elektromagnetyczną 3. Powstające w cewce pole magnetyczne jest doprowadzane celowo poprzez obwód rdzenia żelaznego 4 do strefy łuku elektrycznego przy styku ruchomym 8 i styku nieruchomym 9 łącznika prądu stałego, w szczególności do strefy podstawy łuku elektrycznego. Z różnych badań wynika, że wydmuchowe pole magnetyczne w tej strefie powoduje nadzwyczaj skutecznie przemieszczenie łuku elektrycznego.

Kondensator 6 służy poza tym, jako bufor ładowany, który ładuje się przy otwartym łączniku 5, tak że opisany wyżej system działa nawet po zaniku napięcia pomocniczego lub zasilania zewnętrznego.

Zalety wynalazku polegają między innymi na tym, że wielkość pola magnetycznego wytwarzanego przez wydmuchową cewkę elektromagnetyczną 3 nie zależy od wielkości prądu w obwodzie głównym i dlatego przy bardzo małych prądach na przykład 1 A jest do dyspozycji wystarczające do wydłużenia pole magnetyczne. Ponadto nie są potrzebne kosztowne cewki, które muszą mieć wysoką chwilową wytrzymałość prądową (100 000 A), a więc nie powstają straty termiczne na elementach włączonych w obwód prądu głównego.

PL 197 384 B1

Zgodnie z ujawnionym wynalazkiem w układzie wspomagającym gaszenie łuku elektrycznego z zasilaną zewnętrznie wydmuchową cewką elektromagnetyczną do łączenia małych prądów, kierunek prądu w tej zasilanej zewnętrznie cewce jest przełączany na podstawie rozpoznania kierunku prądu w obwodzie głównym łącznika prądu stałego.

Claims (5)

1. Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego w łącznikach prądu stałego z układem rozpoznającym kierunek prądu w obwodzie głównym łącznika, z zasilaną zewnętrznie wydmuchową cewką elektromagnetyczną do wywierania siły elektromagnetycznej, gdy zamknięty jest obwód gaszący zawierający cewkę i urządzeniem do przełączania kierunku prądu w obwodzie gaszącym na podstawie sygnału doprowadzanego przez układ rozpoznający, znamienny tym, że układ rozpoznający (7) ma dwa czujniki pomiarowe, i co najmniej jeden wzmacniacz operacyjny do odejmowania sygnałów wyjściowych czujników pomiarowych.

2. Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że w układzie rozpoznającym (7) każdy czujnik pomiarowy połączony jest dodatkowo ze wzmacniaczem i kompensatorem.

3. Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że w układ rozpoznający włączony jest komparator do porównywania sygnału wyjściowego wzmacniacza operacyjnego z wartością progową oraz wzmacniacz do wzmacniania sygnału wyjściowego komparatora.

4. Układ wspomagający gaszenie łuku elektrycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnikami pomiarowymi są czujniki Halla (1), wpuszczone naprzeciwlegle w przewód obwodu prądu głównego łącznika prądu stałego.

5. Układ wspomagającygaszenie łuku elektrycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle z obwodem zawierającym wydmuchową cewkę elektromagnetyczną (3) ma połączony kompensator (6), i na którego ładowanie nie ma wpływu urządzenie przełączające, zwłaszcza w postaci przełącznika krzyżowego (2).