PL217345B1 - Wyłącznik próżniowy prądu stałego i przemiennego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyłącznik próżniowy prądu stałego i przemiennego, przeznaczony szczególnie do pracy w dwusystemowych lokomotywach elektrycznej trakcji kolejowej zasilanej wysokim napięciem stałym lub przemiennym, przy dużych mocach zwarciowych i dużych początkowych stromościach wzrostu prądu zwarciowego.

Polski system trakcji kolejowej, zasilany prądem stałym DC, sąsiaduje z niemieckim systemem kolejowym zasilanym prądem przemiennym AC. Polskie pociągi operujące na liniach zagranicznych w ruchu pasażerskim i towarowym powinny być przystosowane do napięcia używanego w obydwóch systemach, tak więc pewna liczba trakcyjnych pojazdów silnikowych powinna być dwusystemowa.

Zadaniem wyłączników trakcyjnych przeznaczonych dla dwusystemowych pojazdów trakcji kolejowej jest skuteczne zabezpieczanie elektrycznych instalacji pokładowych oraz wyposażenia pojazdów trakcyjnych w ruchu na terenie każdego z systemów.

Pojazdowym wyłącznikom trakcyjnym stawiane są coraz większe wymagania w zakresie spodziewanej granicznej zdolności wyłączalnej, trwałości łączeniowej w warunkach roboczych i zwarciowych, zdolności do ograniczania prądu zwarciowego i całki Joule'a oraz przepięć łączeniowych, a także niezawodności i selektywności działania, neutralności środowiskowej i specjalnego wyposażenia umożliwiającego interoperacyjność transportu kolejowego.

W pojazdach trakcji elektrycznej DC stosuje się klasyczne wyłączniki magnetowydmuchowe. Wyłączniki te posiadają zbyt duże czasy działania, co powoduje zbyt małe ograniczanie prądów zwarciowych i występowanie podczas zwarć zbyt dużych wartości wydzielanej energii oraz całki Joule'a, a także ogranicza trwałość łączeniową. Dla wyeliminowania tych wad stosuje się nowoczesne ultraszybkie wyłączniki próżniowe działające na zasadzie wyłączania przeciwprądem.

W pojazdach trakcji elektrycznej AC stosuje się klasyczne wyłączniki próżniowe prądu przemiennego o znanych zasadach budowy, o relatywnie dużych czasach własnych i czasach wyłączania. Przy zwarciach wydziela się w nich duża energia łuku powodująca silne niszczenie komór próżniowych, zwłaszcza ich zestyków. Dlatego wyłączniki mają małą trwałość łączeniową i mogą zazwyczaj wyłączyć tylko do kilkudziesięciu zwarć. Dla wyeliminowania tych wad, z udziałem autorów niniejszego projektu wynalazczego zostały opracowane nowoczesne, ultraszybkie, próżniowe wyłączniki synchronizowane.

W dwusystemowych pojazdach silnikowych trakcji kolejowej stosowane są w obwodach DC albo AC dwa niezależne klasyczne wyłączniki główne o wyżej opisanych wadach. Jest to dodatkowo rozwiązanie relatywnie skomplikowane i drogie. Nadto takie wyłączniki pojazdowe zazwyczaj nie są zdolne do selektywnego współdziałania z podstacyjnymi, to znaczy zwarcie w pojeździe trakcyjnym jest wyłączane równocześnie przez wyłącznik pojazdowy i podstacyjny pracujące szeregowo. Powoduje to niepotrzebne wyłączanie całego odcinka trakcyjnego, wraz z innymi pociągami.

Dla skutecznego wyeliminowania tych wad, zamiast dwóch niezależnych wyłączników klasycznych prądu stałego albo przemiennego można zastosować w pojazdach dwusystemowych jeden uniwersalny ultraszybki wyłącznik próżniowy prądu stałego i przemiennego według wynalazku. W takim wyłączniku jeden ultraszybki próżniowy zespół łączeniowy wyłącza zarówno prądy stałe, jak i przemienne. Prądy stałe są wyłączane za pomocą przeciwprądu, a prądy przemienne synchronicznie.

Wyłączanie przeciwprądem prądów stałych przez próżniowy zespół łączeniowy uzyskano za pomocą współpracy tego zespołu z zespołem próżniowych odłączników konfiguracyjnych oraz próżniowym zespołem pomocniczym złożonym z generatora przeciwprądu i próżniowego załącznika przeciwprądu. Zespół pomocniczy jest uaktywniany tylko w systemie prądu stałego, po samoczynnej identyfikacji napięcia sieci przez wyłącznik.

Przy wyłączaniu w próżni prądów stałych za pomocą przeciwprądu ograniczanie prądów zwarciowych oraz wydzielanej energii i całki Joule'a jest tym skuteczniejsze, im większa jest szybkość działania wyłącznika. Zarazem po sprowadzeniu prądu do zera konieczne jest uzyskanie dostatecznie dużej wytrzymałości powrotnej próżni, zależnej głównie od odległości styków. Dlatego wyłącznik musi działać ultraszybko, to jest z wielkim przyspieszeniem początkowym i możliwie dużą prędkością otwierania zestyku głównego.

Przy wyłączaniu prądów przemiennych, dla skutecznego ograniczenia energii wydzielanej z łuku, w tym w warunkach zwarciowych, procedura wyłączania jest synchronizowana z przebiegiem prądu przemiennego. Otwarcie zestyku i zapłon łuku następuje w możliwie krótkim czasie przed tym zerem prądu, w którym nastąpi zgaszenie łuku. Czas ten przy danym napięciu jest praktycznie stały w każdych warunkach prądowych. Przy wysokich napięciach taki sposób wyłączania jest możliwy tylko

PL 217 345 B1 przy ultraszybkim otwieraniu komory próżniowej. Przy krótkim czasie łukowym jest wówczas skutecznie ograniczana energia łuku niszcząca zestyk oraz jest uzyskiwana odległość styków o odpowiednio dużej wytrzymałości powrotnej.

Synchroniczne otwarcie zestyku komory próżniowej względem przebiegu prądu przemiennego uzyskano za pomocą synchronizowania chwili podania impulsu sterującego, uruchamiającego napęd komory.

Dla uzyskania ultraszybkiego otwierania komory próżniowej, w wyłączniku według wynalazku wykorzystane zostało znane rozwiązanie w postaci komory próżniowej otwieranej ultraszybkim napędem indukcyjno-dynamicznym złożonym ze spiralnej cewki współpracującej z metalowym dyskiem pracującym jako zwój zwarty. Szybkość działania takiego napędu jest ograniczona wytrzymałością mechaniczną współpracujących z nim elementów, w szczególności komór próżniowych, poddawanych wielkim przyspieszeniom udarowym. Takie napędy były dotychczas wykorzystywane przez autorów w ultraszybkich wyłącznikach trakcyjnych prądu stałego.

Wyłącznik według wynalazku ma jeden próżniowy biegun wyłączający wyposażony w bezprzechyłowy, zamkowy organ ruchomy z ultraszybkim napędem indukcyjno-dynamicznym. Wyłącznik jest wyposażony w komorę próżniową normalnie zamkniętą, otwieraną przy wyłączaniu prądu przemiennego lub stałego przez napęd główny, wyposażony w zamek blokujący komorę w stanie otwarcia po zadziałaniu napędu. Styk ruchomy komory próżniowej jest złączony mechanicznie, z zachowaniem izolacji elektrycznej, z dyskiem napędowym głównym, za pomocą dwuczęściowego sztywnego pręta regulacyjnego z izolatorem napędowym separującym elektrycznie obie części pręta, a nadto przegubów zapewniających w znany sposób samoustawność dysku w stanach dynamicznych i eliminację momentów obrotowych oraz bocznych naprężeń podczas działania wyłącznika. Styk ruchomy komory próżniowej jest połączony szeregowo z szyną pomiarową współpracującą z systemami pomiaru prądów, dołączoną do zacisku wyjściowego wyłącznika. Styk nieruchomy komory próżniowej jest dołączany do sieci zasilającej, do której jest również dołączany zespół identyfikacji napięcia systemu trakcyjnego.

W systemie prądu stałego zespół odłączników konfiguracyjnych dołącza do tego bieguna próżniowy zespół pomocniczy do generacji impulsu przeciwprądu. Zespół ten składa się z generatora przeciwprądu zasilanego z obcego źródła oraz próżniowego załącznika. Załącznik jest wyposażony w komorę próżniową normalnie otwartą, współpracującą z bezzamkowym, dwu-cewkowym napędem indukcyjno-dynamicznym. Dysk napędowy jest zawieszony w znany sposób samoustawnie. Przy załączaniu przeciwprądu komora jest zamykana przez dysk wskutek zasilenia cewki zamykającej napędu impulsem silnoprądowym. Po zamknięciu zestyku przeciwprąd płynący przez cewkę otwierającą napędu wymusza natychmiastowe otwarcie komory, zapobiegając sczepieniu styków.

Źródłem energii uruchamiającej ultraszybkie napędy indukcyjno-dynamiczne są odrębne zespoły, w których znajdują się kondensatory napędów ładowane przez przetwornice z zasilacza napięcia pomocniczego, z którego zasilane są także pozostałe zespoły wyłącznika.

Nadto wyłącznik jest wyposażony w autonomiczny system ograniczania przepięć, złożony z warystorów tlenkowych oraz diod zwrotnych, przystosowany do pracy w dwóch systemach trakcyjnych o różnych napięciach.

Przy wyłączaniu prądów roboczych, przeciążeniowych i zwarciowych wyłącznik jest sterowany elektronicznie za pomocą specjalizowanego mikrokomputera, zdolnego do współpracy z pokładowymi lub systemowymi układami sterowania ruchem pojazdu. Transmisja danych jest światłowodowa, natomiast sterowanie wyłącznika może się odbywać za pomocą sygnałów świetlnych lub elektrycznych, a w warunkach serwisowych także manualnych.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, który przedstawia ideowo-blokowy schemat elektryczno-kinematyczny wyłącznika.

Wyłącznik według wynalazku jest wyposażony w wysokonapięciowy zespół łączeniowy 1 z zaciskami przyłączowymi 2 i 3, w którym komora próżniowa 4 ma styk nieruchomy dołączony do zacisku przyłączowego 2. Styk ruchomy komory 4 jest dołączony elektrycznie do zacisku 3 i sztywno mechanicznie do końca pręta napędowego 5, którego drugi koniec jest sztywno dołączony do izolatora napędowego 6. Drugi koniec izolatora 6 jest sztywno mechanicznie dołączony do końca pręta napędowego 7. Na drugim końcu pręta 7 osadzony jest w znany sposób samoustawnie główny dysk napędowy 8, współpracujący z cewką napędową 9 ultraszybkiego napędu indukcyjno-dynamicznego 10. Nadto dysk 8 współpracuje z amortyzatorem 11 osadzonym na sztywnej bazie konstrukcyjnej 12 oraz ze sprężyną 13 o sile zwrotnej F1. Swobodny koniec sprężyny 13 jest oparty o dysk 8, a drugi jej koniec jest umieszczony w gnieździe bazy 12. Cewka 9 jest osadzona na sztywnej bazie konstrukcyjnej 12,

PL 217 345 B1 przy czym przyłącza cewki 9 są dołączone do zacisków wyjściowych generatora silnoprądowego impulsu napędowego 14. Nadto na pręcie 7 są osadzone sztywno zaczepy 15 i 16 zamków głównego 17 i przechwytującego 18, współpracujące z przesuniętymi względem siebie ryglami 19 i 20 tych zamków. Nadto w korpusach zamków są osadzone optoelektroniczne czujniki położenia 21 i 22. Zamki są osadzone na sztywnej bazie konstrukcyjnej 23.

Zacisk 2 jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego (sieciowego) 24 wyłącznika, do którego jest również dołączony zacisk wejściowy 25 zespołu ograniczników przepięć zewnętrznych 26 systemu AC. Zacisk 3 jest dołączony do zacisku 27 dwuczęściowej szyny pomiarowej 28, której drugi zacisk 29 jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego odbiornikowego 30 wyłącznika. Na szynie pomiarowej 28 osadzona jest cewka Rogowskiego 31, współpracująca z modułem przetwarzania prądu 32 w systemie AC, a nadto czujnik progowy prądu 33 współpracujący z przetwornikiem 34 w systemie DC.

Zespół próżniowych odłączników konfiguracyjnych 35 stanowią trzy odłączniki: normalnie zamknięty 36 oraz normalnie otwarte 37 i 38, ze wspólnym napędem 39.

Do głównego zacisku przyłączowego 24 dołączony jest zacisk odłącznika 36, którego drugi zacisk jest dołączony do zacisku uzwojenia pierwotnego przekładnika napięciowego 40 zespołu pomiaru i identyfikacji napięcia 41, przy czym drugi zacisk tego uzwojenia jest uziemiony. Uzwojenie wtórne przekładnika 40 jest dołączone do modułu przetwarzania napięcia 42.

Nadto do głównego zacisku przyłączowego 24 dołączony jest zacisk odłącznika 37, którego drugi zacisk jest dołączony do zacisku wejściowego 43 zespołu ograniczników przepięć zewnętrznych 44 systemu DC oraz do zacisku przyłączowego 45 próżniowego załącznika przeciwprądu 46. Do zacisku 45 przyłączony jest styk nieruchomy komory próżniowej 47 załącznika 46. Styk ruchomy komory 47 jest dołączony elektrycznie do przyłącza cewki otwierającej 48 ultraszybkiego, dwucewkowego napędu indukcyjno-dynamicznego 49 i sztywno dołączony mechanicznie do końca pręta napędowego 50. Na drugim końcu pręta 50 osadzony jest w znany sposób samoustawnie dysk napędowy 51. Dysk 51 współpracuje w znany sposób z zamykającą cewką napędową 52, osadzoną na sztywnej bazie konstrukcyjnej 53, a nadto ze sprężyną 54 o sile zwrotnej F2, przy czym swobodny koniec sprężyny 54 jest dołączony do dysku 51, a drugi jej koniec jest umocowany w gnieździe bazy 53. Przyłącza cewki 52 są dołączone do zacisków wyjściowych generatora silnoprądowego impulsu napędowego 55.

Drugie przyłącze cewki otwierającej 48 załącznika 46 jest dołączone do jego zacisku przyłączowego 56, który jest połączony z zaciskiem przyłączowym 57 generatora przeciwprądu 58. Do zacisku 57 jest dołączony zacisk kondensatora komutacyjnego 59 zbocznikowanego warystorem 60. Drugi zacisk tego kondensatora jest dołączony do zacisków przyłączowych 61 i 62 generatora 58. Do obu zacisków kondensatora 59 dołączone są zaciski wyjściowe przetwornicy 63.

Zacisk przyłączowy 62 dołączony jest do zacisku przyłączowego odłącznika 38, którego drugi zacisk przyłączowy jest dołączony do zacisku przyłączowego 3 zespołu łączeniowego 1. Nadto do zacisku 62 dołączony jest zacisk przyłączowy 64 ogranicznika przepięć wewnętrznych 65, złożonego z diody zwrotnej 66 zbocznikowanej kondensatorem 67 i warystorem 68, przy czym katoda diody 66 jest dołączona do zacisku 64, a jej anoda do zacisku przyłączowego 69 połączonego z głównym zaciskiem uziomowym 70 wyłącznika.

Zacisk przyłączowy 61 dołączony jest do zacisku przyłączowego 71 uziemnika 72. Zestyk główny uziemnika 72 ma styk nieruchomy połączony z zaciskiem 71 oraz styk ruchomy dołączony elektrycznie do zacisku przyłączowego 73 i sztywno mechanicznie do końca pręta napędowego 74. Drugi koniec pręta 74 jest sztywno dołączony do końca izolatora napędowego 75. Drugi koniec izolatora 75 jest sztywno dołączony mechanicznie do końca pręta napędowego 76. Na drugim końcu pręta 76 jest osadzona sprężyna zamykająca 77 o sile zwrotnej F3, oparta o sztywną bazę 78. Nadto na pręcie 76 jest sztywno osadzony zaczep 79 zamka 80 osadzonego na sztywnej bazie konstrukcyjnej 78. Zaczep 79 współpracuje z ryglem 81 zamka 80. Nadto na pręcie 76 jest osadzony optoelektroniczny czujnik położenia 82. Zacisk przyłączowy 73 dołączony jest do głównego zacisku uziomowego 70 wyłącznika.

Właściwe wejścia i wyjścia modułów 14, 17, 18, 21, 22, 32, 34, 39, 42, 55, 63, 80 są światłowodowe dołączone do wejść lub wyjść sterownika 83 w taki sposób, że otrzymują one cyfrowe sygnały pomiarowe napięcia i prądu oraz sygnały sterujące za pomocą dwustronnych łączy światłowodowych 84 poprzez główną magistralę światłowodową 85. Zewnętrzne sygnały sterujące mogą być elektryczne 86, świetlne 87 lub manualne 88. Informacje o napięciu stałym sterownik 83 uzyskuje z analizatora napięcia 89 za pomocą dzielnika 90 i przetwornika 91.

PL 217 345 B1

Uniwersalny zasilacz 92, pobierający energię z sieci napięcia pomocniczego pojazdu o napięciu +UZ lub ~UZ, dostarcza w znany sposób napięcie pomocnicze UP do odpowiednich wejść poszczególnych podzespołów wyłącznika, a nadto inne napięcia US do sterownika 83.

W stanie początkowym wyłącznika według fig. 1, komora 4 jest otwarta, organ ruchomy członu łączeniowego jest utrzymywany w stanie maksymalnego otwarcia zestyku przez zamek główny 17; odłącznik 36 jest zamknięty, odłączniki 37 i 38 są otwarte; załącznik przeciwprądu 46 oraz uziemnik 72 są otwarte; ogranicznik przepięć zewnętrznych 26 systemu AC jest zawsze dołączony do zacisku 24. Jeżeli wszystkie napięcia pomocnicze i sterujące mają zadane wartości, sterownik mikroprocesorowy 83 oraz wszystkie moduły i zespoły wyłącznika zasilane tymi napięciami osiągają gotowość do pracy po kilku sekundach od załączenia tych napięć, po naładowaniu kondensatorów zasobników energii w modułach 14, 17, 18, 39, 55, 80 oraz kondensatora komutacyjnego 59.

Po pojawieniu się napięcia sieci AC lub DC na głównym sieciowym zacisku przyłączowym 24, zespół identyfikacji napięcia 41 wysyła do sterownika 83 dane na podstawie ciągłego pomiaru i analizy sygnału napięciowego z przekładnika napięciowego 40 przez moduł przetwarzania napięcia 42. Sterownik 83 identyfikuje system zasilania sieci trakcyjnej, to jest wartość i częstotliwość napięcia.

Jeżeli zespół 41 zidentyfikuje napięcie przemienne, zespół odłączników konfiguracyjnych 35 nie zmienia układu połączeń, a wyłącznik jest gotów do załączenia.

Jeżeli zespół 41 zidentyfikuje napięcie stałe, sterownik 83 wysyła sygnał uruchamiający napęd 39 zespołu odłączników konfiguracyjnych 35, wskutek czego odłączniki 37 i 38 zostają zamknięte, a odłącznik 36 otwarty.

Otwarcie odłącznika 36 jest niezbędne dla ochrony przekładnika 49. Zamknięcie odłączników 37 i 38 stwarza konfigurację wyłącznika potrzebną w systemie prądu stałego podczas wyłączania przeciwprądem. Do zespołu łączeniowego 1 zostaje wówczas dołączony generator przeciwprądu 58 wraz z załącznikiem przeciwprądu 46, a nadto uziemnik 72 oraz zespoły ograniczników przepięć zewnętrznych 44 i wewnętrznych 65 systemu DC. Ogranicznik 26 systemu AC nie wymaga wówczas odłączania, bo poziom ochrony systemu AC jest znacznie wyższy niż systemu DC.

Wjazd pociągu na odcinek separacji międzysystemowej i zanik napięcia sieci powoduje bezzwłoczny powrót wyłącznika do stanu początkowego.

Przy pracy w systemie AC zamykanie wyłącznika następuje bezpośrednio po podaniu torem sterowania zewnętrznego sygnału załączającego 86 albo 87. Wówczas sterownik 83 poprzez magistralę 85 wysyła światłowodami serię sygnałów powodujących kolejno: zadziałanie zamka głównego 17, zwolnienie rygla 19 i zatrzymanie organu ruchomego przez zamek przechwytujący 18 na czas potrzebny do powrotu przez zamek główny do stanu gotowości, a następnie zadziałanie zamka przechwytującego 18, zwolnienie rygla 20 i zamknięcie się zestyku komory 4.

Wówczas zostaje załączone napięcie sieci do zacisku 30 i dołączonych do niego obwodów lub odbiorników oraz może się rozpocząć przepływ prądu głównego. Taka sekwencja działania zamków 17 i 18 jest niezbędna ze względu na możliwość załączenia obwodu zwartego, gdyż wówczas ultraszybki cykl pracy wyłącznika może okazać się krótszy, niż zamka głównego 17. Na podstawie ciągłego pomiaru i analizy sygnału prądowego z cewki 31 przez moduł przetwarzania prądu 32, współpracujący ze sterownikiem 83, identyfikowany jest stan obwodu: roboczy, przeciążeniowy lub zwarcia.

Podczas wyłączania zwarcia wyłączenie synchronizowane jest realizowane przy wykorzystaniu metody zmiennego opóźnienia względem maksimum prądu.

Po wystąpieniu zwarcia obwodu wzrasta prąd zwarciowy/płynący od zacisku przyłączowego 24 do zacisku przyłączowego 30 przez główny tor prądowy złożony z komory głównej 1 i szyny pomiarowej 28. Osiągnięcie przez prąd i nastawionej wartości prądu zadziałania wyłącznika powoduje uruchomienie procedury wyłączania synchronizowanego, w której wykorzystywane są dane pomiarowe napięcia i prądu, uzyskiwane przez sterownik 83 z modułu 32 w okresie od osiągnięcia prądu zadziałania do pierwszego maksimum prądu głównego, to jest gdy di/dt = 0. Na podstawie tych danych, przy założeniu stałego czasu palenia się łuku, ekstrapolowany jest przebieg prądu i prognozowany czas jego dojścia do zera oraz obliczany jest czas opóźnienia, liczony od chwili maksimum prądu do chwili wysłania przez sterownik 83 sygnału załączającego do generatora 14, wytwarzającego impuls silnoprądowy powodujący uruchomienie ultraszybkiego napędu 10, zadziałanie wyłącznika oraz wyłączenie zwarcia przy pierwszym dojściu prądu do zera. Gdy czas przepływu pierwszej półfali niesymetrycznego prądu zwarciowego jest tak krótki, że obliczony czas opóźnienia staje się mniejszy od zera, wyłączenie synchronizowane zwarcia podczas tej półfali nie jest możliwe i sterownik 83 podejmuje decyzję o jego wykonaniu podczas następnej półfali prądu. Wyłącznik pozostaje zamknięty, procedura

PL 217 345 B1 obliczania czasu opóźnienia jest ponawiana po zerze prądu, a czas łukowy pozostaje zawsze taki sam, niezależnie od amplitudy oraz czasu półfali prądu.

Synchronizowane wyłączanie prądu roboczego lub przeciążeniowego jest realizowane przy wykorzystaniu metody stałego opóźnienia względem zera lub maksimum prądu.

Prąd jest wówczas sinusoidalny. Wykorzystywane są dane pomiarowe napięcia i prądu, uzyskiwane przez sterownik 83 na podstawie ciągłego pomiaru i analizy sygnału prądowego z cewki 31 przez moduł 32 i sygnału napięciowego przez moduł 42, podczas pełnego okresu prądu poprzedzającego start procedury wyłączania synchronizowanego. Na podstawie danych napięciowych określana jest częstotliwość i czas półokresu. Przy założeniu stałego czasu palenia się łuku obliczane są dwie różne i stałe wartości czasu opóźnienia, względem zera oraz maksimum prądu. Chwile zera oraz maksimum są identyfikowane na podstawie pomiaru prądu i analizy jego pochodnej. Jeżeli zewnętrzny sygnał startu procedury pojawi się po maksimum, a przed zerem prądu, to od zera prądu jest odmierzany dłuższy z czasów, a jeżeli pojawi się po zerze, a przed maksimum prądu, to od maksimum prądu jest odmierzany krótszy z czasów. Wówczas wyłączenie następuje wskutek wysłania przez sterownik 83, poprzez magistralę 85, synchronizowanego sygnału załączającego do generatora 14, wytwarzającego impuls silnoprądowy powodujący uruchomienie ultraszybkiego napędu 10, zadziałanie wyłącznika oraz wyłączenie prądu przy najbliższym dojściu do zera.

Sygnałem startu procedury w warunkach roboczych może być zewnętrzny sygnał wyłączający podany torem sterowania 86, 87 lub 88.

W warunkach przeciążeniowych sterownik 83 działa jak znane wyzwalacze elektroniczne, obliczając skutek cieplny prądu na podstawie danych pomiarowych prądu uzyskiwanych od chwili wystąpienia przeciążenia, a następnie, po czasie zależnym od tego skutku cieplnego według zaprogramowanej charakterystyki czasowo-prądowej, uruchamiana jest samoczynnie procedura wyłączania synchronizowanego. W przypadku zaniku przeciążenia przed wyłączeniem, sterownik 83 zatrzymuje obliczenia skutku cieplnego, a następnie jeżeli przeciążenie nie pojawi się ponownie przez czas jego uprzedniego występowania, anuluje wyniki tych obliczeń.

Przy pracy w systemie DC zamykanie wyłącznika następuje w taki sam sposób, jak podczas pracy w systemie AC, wyłączanie natomiast przebiega odmiennie.

Po wystąpieniu zwarcia obwodu wzrasta w przybliżeniu wykładniczo prąd zwarciowy i płynący od zacisku przyłączowego 24 do zacisku przyłączowego 30 przez główny tor prądowy złożony z komory głównej 1 i szyny pomiarowej 28. Osiągnięcie przez prąd i nastawionej wartości prądu zadziałania progowego czujnika prądu 33 powoduje wysłanie przez przetwornik 34 sygnału do sterownika 83, który natychmiast uruchamia procedurę wyłączania przeciwprądem. Wówczas sterownik 83 wysyła światłowodami 85 i 84 sekwencję impulsów sterujących. Pierwszy impuls dociera do generatora 14, który uruchamia napęd indukcyjno-dynamiczny 10 otwierający komorę 4, w której zapala się łuk elektryczny. Drugi impuls dociera z zadanym opóźnieniem do zasilacza 55, który zasila impulsem silnoprądowym cewkę zamykającą 53, co powoduje wytworzenie impulsu siły zamykającej F2 uruchamiającej dysk 51 napędu indukcyjno-dynamicznego 49, przy czym impuls ten zanika przed załączeniem przeciwprądu. Ruch dysku jest przenoszony na styk ruchomy komory 47 aż do jego zderzenia ze stykiem nieruchomym, poprzedzonego przy bardzo małej odległości styków przeskokiem elektrycznym i zapłonem łuku załączeniowego gaszonego wskutek zetknięcia się styków. Powoduje to załączenie przeciwprądu ip sprowadzającego prąd i w komorze 4 do zera. Wówczas przy dostatecznie dużych wartościach przeciwprądu zestyk komory 47 może ulec sczepieniu. Przeciwprąd ip, płynąc przez cewkę otwierającą 48, generuje impuls siły odrzucający dysk 51 w kierunku przeciwnym, razem z prętem 50 i stykiem ruchomym komory 47, uniemożliwiając ewentualne sczepienie styków. Komora 47 wraca do położenia otwarcia, utrzymywanego trwale wskutek działania siły F2 sprężyny zwrotnej 54. Organ ruchomy zespołu łączeniowego 1, złożony z elementów 5, 6, 7, 8, 15, 16 sztywno dołączonych do styku ruchomego komory 4, uderza dyskiem 8 w amortyzator 11 i po wytraceniu energii kinetycznej rozpoczyna ruch powrotny pod działaniem siły zwrotnej F1 sprężyny 13. Zamek główny 17 samoczynnie blokuje komorę 4 w położeniu otwarcia. Prąd zwarciowy i płynący od zacisku 24 do 30 przez komorę 4 zostaje przejęty przez gałąź przeciwprądu złożoną z odłącznika konfiguracyjnego 37, komory 47, cewki 48, kondensatora 59 oraz odłącznika konfiguracyjnego 38. Następnie prąd dąży ze znaczną stromością do zera.

Po przejęciu całego prądu zwarciowego przez tę gałąź, na przeładowującym się kondensatorze 59 pojawia się przepięcie łączeniowe. Po osiągnięciu przez to przepięcie dostatecznie dużej wartości, cały prąd płynący od zacisku 24 do 30 zostaje przejęty przez ogranicznik przepięć 44 i płynie przezeń

PL 217 345 B1 do zacisku uziomowego 70, co powoduje wytracenie w tym ograniczniku odpowiedniej części energii magnetycznej obwodu od strony zasilania i ograniczenie przepięcia łączeniowego do wartości wynikającej z charakterystyki warystora.

Energia magnetyczna generująca przepięcia od strony odbiorników jest rozładowywana przez ogranicznik 65.

Wszystkie kondensatory zasobników energii w poszczególnych modułach są ładowane bezpośrednio po zakończeniu procesu wyłączania.

Wyłączanie prądów roboczych lub przeciążeniowych przebiega analogicznie. Dodatkowym zabezpieczeniem w szczególnych stanach awaryjnych jest uziemnik 72. Jeśli nie nastąpi wyłączenie prądu, to sterownik 83 w sposób wyżej opisany powoduje otwarcie zamków 17 i 18, zamknięcie komory 4 i otwarcie zamka 80. Powoduje to zamknięcie uziemnika 72 i skuteczne uziemienie zacisku 24. Powstałe wówczas zwarcie bezpośrednie musi być wyłączone przez wyłącznik podstacyjny. Wskutek zaniku napięcia w sieci następuje opuszczenie pantografu pojazdu, a uziemnik 72 pozostaje trwale zamknięty. Po zaniku napięcia sieci sterownik 83 uruchamia napęd 10 i ponownie otwiera komorę 4, blokując wszelkie możliwości jej powtórnego zamknięcia, nawet po wyłączeniu i powtórnym podaniu napięcia pokładowego. Likwidacja tego stanu wymaga interwencji obsługi.

Claims (4)

1. Wyłącznik próżniowy prądu stałego i przemiennego, znamienny tym, że jest wyposażony w wysokonapięciowy, ultraszybki, próżniowy zespół łączeniowy (1) z komorą próżniową (4), połączony z generatorem przeciwprądu (58) oraz załącznikiem przeciwprądu (46) za pomocą zespołu (35) wspólnie przestawianych napędem (39) odłączników konfiguracyjnych (36), (37) i (38) w taki sposób, że dołączony do głównego sieciowego zacisku przyłączowego (24) styk nieruchomy komory próżniowej (4) jest połączony ze stykiem nieruchomym odłącznika (37), którego styk ruchomy jest połączony ze stykiem nieruchomym komory próżniowej (47) mającej styk ruchomy dołączony do zacisku cewki (48), której drugi zacisk jest dołączony do zacisku kondensatora komutacyjnego (59) mającego drugi zacisk dołączony do styku ruchomego odłącznika (38), którego styk nieruchomy dołączony jest do styku ruchomego komory (4) połączonego z zaciskiem (27) dwuczęściowej szyny pomiarowej (28), której zacisk (29) jest dołączony do głównego odbiornikowego zacisku przyłączowego (30), wskutek czego przy zamkniętych odłącznikach konfiguracyjnych (37) i (38) między zaciskami (2) i (3) zespołu (1), przeznaczonymi do przyłączania zewnętrznego obwodu przeciwprądu, występuje szeregowe połączenie kondensatora komutacyjnego (59) oraz dwóch elementów załącznika przeciwprądu (46): zestyku komory próżniowej (47) i cewki otwierającej (48), a nadto styki główne odłącznika (36) są dołączone odpowiednio do zacisku (24) oraz do wejścia napięciowego uzwojenia pierwotnego przekładnika (40) zespołu pomiaru i identyfikacji napięcia (41), wskutek czego przy otwartym odłączniku (36) zespół (41) jest galwanicznie oddzielony od sieci.

2. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że wspólny napęd (39) zespołu odłączników konfiguracyjnych (35) przy zmianie położenia odłączników steruje nimi w taki sposób, że dwa odłączniki (37) i (38) mają zawsze położenia zgodne, natomiast odłącznik (36) ma zawsze położenie do nich przeciwne.

3. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w dwuczęściową szynę pomiarową (28) przeznaczoną do równoczesnego wzbudzania przekaźnika nadprądowego oraz układu pomiaru prądu, mającą zacisk wejściowy (27) połączony ze stykiem ruchomym komory próżniowej (4) i zacisk wyjściowy (29) dołączony do głównego odbiornikowego zacisku przyłączowego (30), przy czym na jednej części szyny jest osadzony czujnik progowy prądu (33) współpracujący z przetwornikiem (34), a na drugiej cewka Rogowskiego (31) współpracująca z modułem przetwarzania prądu (34).

4. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w uziemnik (72) mający zestyk główny o styku nieruchomym połączonym ze stykiem ruchomym komory (4) oraz o styku ruchomym połączonym z zaciskiem uziomowym (80) w taki sposób, że przy zamkniętym odłączniku (38) załączenie uziemnika powoduje skuteczne uziemienie styku ruchomego komory próżniowej (4) w szczególnych stanach awaryjnych.