PL224590B1 - Wyłącznik hybrydowy prądu stałego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyłącznik hybrydowy prądu stałego. Jest to dobezpieczony w yłącznik zestykowo-tranzystorowy, przeznaczony szczególnie do pracy w niskonapięciowych obwodach głównych pojazdów trakcji miejskiej i do zastosowań pokrewnych.

Zasilane z sieci prądu stałego nowoczesne napędy trakcyjne z silnikami prądu przemiennego lub stałego są budowane przy wykorzystaniu układów półprzewodnikowych, umożliwiających rozruch impulsowy i hamowanie z odzyskiem energii do sieci lub jej akumulacją w zasobnikach energii. W ymagają one skutecznych, selektywnych i niezawodnych zabezpieczeń.

Zazwyczaj w takich obwodach stosowane są wyłączniki magnetowydmuchowe charakteryzujące się długimi czasami działania, co powoduje zbyt małe ograniczanie prądów zwarciowych i występowanie zbyt dużych wartości całki Joule'a podczas zwarć, a związana z tym mała zdolność do ograniczania prądów zwarciowych nie odpowiada współczesnym wymaganiom. Chociaż do obwodów trakcji elektrycznej wprowadza się wyłączniki o nowocześniejszych rozwiązaniach konstrukcyjnych, jak na przykład wyłączniki próżniowe działające na zasadzie wyłączania przeciwprądem w obwodach trakcji kolejowej, albo wyłączniki hybrydowe próżniowo - półprzewodnikowe lub półprzewodnikowe w trakcji tramwajowej, to mają one jednak znaczące niedogodności. W wyłącznikach hybrydowych szybkość działania i parametry łączeniowe, w tym trwałość łączeniowa, są ograniczone, między innymi, wym aganą odległością styków lub relatywnie małą wytrzymałością mechaniczną komór próżniowych, nat omiast wyłączniki półprzewodnikowe nie odcinają galwanicznie układów pojazdu od sieci trakcyjnej.

Niedogodności tych nie posiada wyłącznik hybrydowy według wynalazku.

Wyłącznik hybrydowy prądu stałego, według wynalazku, jest wyposażony w główny tor prądowy, który zawiera główny sieciowy zacisk przyłączowy wejściowy, cztery zespoły - zespół bezpiecznika, zespół łącznika zestykowego, zespół łącznika półprzewodnikowego i zespół przekaźnika nadprądowego, oraz główny zacisk przyłączowy wyjściowy, połączone szeregowo tak, iż wejściowy zacisk przyłączowy zespołu bezpiecznika jest dołączony do głównego sieciowego zacisku przyłączowego wyłącznika, zaś wyjściowy zacisk przyłączowy zespołu bezpiecznika jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego zespołu łącznika zestykowego, którego wyjściowy zacisk przyłączowy jest dołączony do jednego z zacisków przyłączowych zespołu łącznika półprzewodnikowego, którego drugi z zacisków przyłączowych jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego zespołu przekaźn ika nadprądowego, którego wyjściowy zacisk przyłączowy jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego wyłącznika. Wyłącznik jest nadto wyposażony w zespół trzech ograniczników przepięć, z których ogranicznik przepięć zewnętrznych jest warystorem tlenkowym MOV, jeden z ograniczników przepięć wewnętrznych jest ogranicznikiem diodowym, zaś drugi z ograniczników przepięć wewnętrznych jest warystorem tlenkowym MOV. W zespole ograniczników przyłącze ogranicznika przepięć zewnętrznych jest dołączone do jednego z trzech wejściowych zacisków przyłączowych tego zespołu, który to zacisk jest połączony z wejściowym zaciskiem przyłączowym zespołu bezpiecznika, jedno przyłącze warystorowego ogranicznika przepięć wewnętrznych jest dołączone do drugiego wejściowego zacisku przyłączowego tego zespołu, który to zacisk jest z kolei połączony z głównym odbiorn ikowym zaciskiem przyłączowym wyłącznika, jedna z elektrod diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych jest dołączona do trzeciego wejściowego zacisku przyłączowego tego zespołu, przy czym drugi i trzeci zacisk przyłączowy zespołu są ewentualnie połączone za pomocą zwory. Nadto drugie przyłącze warystorowego ogranicznika przepięć zewnętrznych i warystorowego ogranicznika przepięć wewnętrznych oraz druga elektroda ogranicznika diodowego są ze sobą połączone i dołączone do wyjściowego zacisku przyłączowego tego zespołu, który to zacisk jest dołączony do szyny uziomowej, połączonej z głównym uziomowym zaciskiem przyłączowym wyłącznika. Wyłącznik jest wyposażony w zespół sterowania złożony z zaprogramowanego sterownika mikroprocesowego, interfejsu wejście/wyjście oraz z zasilacza wytwarzającego niezbędne napięcie pomocnicze, dołączonego do zewnętrznego źródła napięcia. Za pomocą łączy światłowodowych lub przewodowych, zespół sterow ania jest połączony z odpowiednimi wejściami lub wyjściami zespołu bezpiecznika, zespołu łącznika zestykowego, zespołu łącznika półprzewodnikowego, zespołu przekaźnika nadprądowego wyłącznika i modułów sterujących, nadto wejścia sterownika są połączone, przewodami lub światłowodami, z punktami kontroli napięć wyprowadzonymi z głównego toru prądowego wyłącznika oraz z punktami kontroli temperatury wyprowadzonymi z zespołu łącznika półprzewodnikowego wyłącznika. Zespół bezpiecznika zawiera bezpiecznik z dobudowanym wskaźnikiem zadziałania. Zespół łącznika zestykowego jest złożony z ukształtowanego adynamicznie dwu- lub jednoprzerwowego zestyku głównego

PL 224 590 B1 otoczonego uziemionym ekranem metalowym dołączonym do szyny uziomowej, połączonej z głównym uziomowym zaciskiem przyłączowym wyłącznika, dołączanym w znany sposób do szyn jezdnych, oraz z napędu, korzystnie elektromagnesowego, wyposażonego w zestyki pomocnicze i czujnik położenia, przy czym w zespole tym do wejściowego zacisku przyłączowego jest dołączony styk nieruchomy jednego ze zestyków głównych, którego drugi styk jest dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego. Zespół łącznika półprzewodnikowego zawiera tranzystor, diodę wsteczną oraz filtr, przy czym połączone ze sobą kolektor tranzystora i katoda diody są dołączone do jednego z zacisków przyłączowych tego zespołu, zaś do emitera tranzystora połączonego z anodą diody jest dołączony drugi z zacisków przyłączowych tego zespołu, natomiast filtr jest dołączony do zacisków przyłączowych tego zespołu. Zespół przekaźnika nadprądowego zawiera szynę nośną z osadzonym na niej układem pomiaru prądu, a nadto wielofunkcyjny analizator prądu, przy czym w zespole tym jeden koniec szyny nośnej jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego, zaś drugi koniec tej szyny jest dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego tego zespołu.

Wyłącznik może być wykonany dla dowolnej biegunowości sieci trakcyjnej.

Jeśli wyłącznik jest przeznaczony do pracy w sieci o polaryzacji dodatniej, do zacisku wyjściowego zespołu łącznika zestykowego jest dołączony zacisk przyłączowy zespołu łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone kolektor tranzystora i katoda diody tego zespołu, zaś do zacisku przyłączowego zespołu łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone emiter tranzystora i anoda diody tego zespołu, jest dołączony zacisk wejściowy zespołu przekaźnika nadprądowego, nadto w zespole ograniczników przepięć do trzeciego wejściowego zacisku przyłączowego tego zespołu jest dołączona katoda diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych tego zespołu, zaś do wyjściowego zacisku przyłączowego tego zespołu jest dołączona anoda tego ogranicznika.

Jeśli wyłącznik jest przeznaczony do pracy w sieci o polaryzacji ujemnej, do zacisku wyjściowego zespołu łącznika zestykowego jest dołączony zacisk przyłączowy zespołu łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone emiter tranzystora i anoda diody tego zespołu, zaś do zacisku przyłączowego zespołu łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone kolektor tranzystora i k atoda diody tego zespołu, jest dołączony zacisk wejściowy zespołu przekaźnika nadprądowego, a na dto w zespole ograniczników przepięć do trzeciego wejściowego zacisku przyłączowego tego zespołu jest dołączona anoda diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych, zaś do wyjściowego zacisku przyłączowego tego zespołu jest dołączona katoda tego ogranicznika.

Wyłącznik jest przeznaczony także do zabezpieczania układu wyposażonego w filtr wejściowy LC.

W wyłączniku według wynalazku wykorzystano zasadę bezłukowego wyłączania prądu stałego przez dobezpieczony układ wyłączający złożony z członu zestykowego o zestyku pracującym w powietrzu oraz członu półprzewodnikowego, współpracujących szeregowo z bezpiecznikiem, wyposażony w system dwustronnego ograniczania przepięć. Wyłączanie prądu przy bardzo krótkim czasie w yłączania, rzędu dziesiątek mikrosekund, umożliwia przy wyłączaniu zwarć, uzyskanie prądu ograniczonego, niewiele większego od prądu nastawczego wyzwalacza. Jest to równoznaczne ze zwiększeniem skuteczności ograniczania prądów zwarciowych do granic teoretycznych możliwości, co w szczególności umożliwia skuteczne zabezpieczanie elementów półprzewodnikowych w układach napędowych o rozruchu i hamowaniu impulsowym z rekuperacją energii. Wyłącznik według wynalazku, oprócz podstawowych funkcji zabezpieczeniowych, może wykonywać także różnorodne funkcje specjalne, nieosiągalne dla wyłączników klasycznych. W szczególności wyłącznik może wykonywać łączenia manewrowe bez galwanicznego odcinania obwodu, w zależności od potrzeb wynikających z uwarunkowań ruchowych, w tym w pojazdach wyposażonych w napędy z klasycznym rozruchem rezystancyjnym. Wyłącznik może realizować funkcję wstępnego ładowania kondensatora filtru wejściowego, instalowanego w obwodach głównych w przypadkach wykorzystywania energoelektronicznych układów napędowych AC (falownikowych) lub DC (przekształtnikowych). Nadto wyłącznik realizuje działanie nadmiarowo-prądowe dla obwodów zasilanych z sieci trakcyjnej, nie ingerując w przepływ prądu przy pracy prądnicowej silników napędowych podczas hamowania rekuperacyjnego. Zespół sterowania wyłącznika umożliwia blokowanie pracy wyłącznika w stanie otwarcia, kontrolę stanu wyłącznika na podstawie akwizycji informacji wewnętrznych, udostępnianie użytkownikowi informacji o stanie wyłącznika, rejestrację danych pomiarowych charakteryzujących warunki układowe i wybrane parametry pracy wyłącznika, pełną archiwizację tych danych (z zegarem czasu rzeczywistego) i po dgląd historii zdarzeń, odczytywanie zarchiwizowanych danych oraz regulację nastaw wartości progów zadziałania zabezpieczeń nadprądowych, napięciowych i termicznych za pomocą przenośnego kom4

PL 224 590 B1 putera, a nadto współpracę z zewnętrznymi przekaźnikami zabezpieczeniowymi, w tym różnicowo-prądowym.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ideowo-blokowy schemat elektryczno-kinematyczny wyłącznika przystosowanego do pracy w sieci o polaryzacji dodatniej, z adynamicznym zestykiem dwuprzerwowym, fig. 2 - schemat ideowo-blokowy zespołu łącznika półprzewodnikowego wyłącznika przystosowanego do pracy w sieci o polaryzacji ujemnej, fig. 3 - schemat ideowo-blokowy zespołu ograniczników przepięć wyłącznika przystosowanego do pracy w sieci o polaryzacji ujemnej, natomiast fig. 4 - schemat ideowo-blokowy zespołu łącznika zestykowego wyłącznika przystosowanego do pracy w sieci o polaryzacji dodatniej, z jednoprzerwowym zestykiem w wykonaniu zwykłym.

Główny tor prądowy wyłącznika uwidocznionego na fig. 1 jest złożony z głównego sieciowego zacisku przyłączowego 1, do którego jest dołączony wejściowy zacisk przyłączowy 2 zespołu 3 bezpiecznika, złożonego z bezpiecznika 4 z dobudowanym wskaźnikiem zadziałania 5. Do wyjściowego zacisku przyłączowego 6 zespołu 3 jest dołączony wejściowy zacisk przyłączowy 7 zespołu 8 łącznika zestykowego. W zespole 8 do zacisku 7 jest dołączony adynamiczny, dwuprzerwowy zestyk główny 9 tak, że ma jeden styk nieruchomy 10 dołączony do zacisku 7, a drugi styk nieruchomy 11 dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego 12 zespołu 8. Styki nieruchome 10, 11 są elektrycznie łączone lub rozłączane mostkiem stykowym 13, napędzanym w znany sposób przez elektromagnes 14 za pomocą mechanizmu prostowodowego, który składa się z, połączonego ze zworą, elektromagnesu 14 pręta napędowego 15 współpracującego ze sprężynami zwrotnymi 16 o sile zwrotnej F oraz z zespołem zestyków pomocniczych 17, przy czym styk 13 jest w znany sposób osadzony samoustawnie na pręcie 15, na którym jest nadto sztywno osadzona przesłona światłowodowego czujnika położenia 18 identyfikującego położenie styku 13. Zestyk 9 zespołu 8 jest otoczony metalowym ekranem 19, dołączonym do szyny uziomowej 20, której koniec jest dołączony do głównego uziomowego zacisku przyłączowego 21 wyłącznika, dołączanego w znany sposób do szyn jezdnych. Do zacisku 12 zespołu 8 jest dołączony wejściowy zacisk przyłączowy 22 zespołu 23 łącznika półprzewodnikowego, złożonego z tranzystora mocy 24 połączonego z diodą 25 w taki sposób, że kolektor tranzystora 24 oraz katoda diody 25 są dołączone do zacisku 22, a do emitera tranzystora 24, połączonego z anodą diody 25, jest dołączony wyjściowy zacisk przyłączowy 26 zespołu 23. Nadto do zacisków 22, 26 zespołu 23 jest dołączony w znany sposób filtr 27 typu RCD z warystorem tlenkowym. Do zacisku 26 zespołu 23 jest dołączony wejściowy zacisk przyłączowy 28 zespołu 29 przekaźnika nadprądowego. Do zacisku 28 jest dołączony jeden koniec szyny nośnej 30 zespołu 29, której drugi koniec jest dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego 31 tego zespołu. Zacisk 31 zespołu 29 jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego 32 wyłącznika. W zespole 29, na szynie nośnej 30, jest osadzony układ pomiaru prądu 33 współpracujący z analizatorem prądu 34. Nadto z głównego toru prądowego wyłącznika są wyprowadzone trzy punkty kontroli napięć 35, 36, 37, a z zespołu 23 dwa punkty kontroli temp eratury 38, 39. Do zacisku 2 zespołu 3 jest dołączony wejściowy zacisk przyłączowy 40 zespołu 41 ograniczników przepięć. Zespół 41 zawiera warystorowy ogranicznik przepięć zewnętrznych 42, warystorowy ogranicznik przepięć wewnętrznych 47 oraz diodowy ogranicznik przepięć wewnętrznych 48. Do zacisku 40 jest dołączone jedno przyłącze ogranicznika przepięć zewnętrznych 42, którego drugie przyłącze jest dołączone do wyjściowego zacisku przyłączowego 43 zespołu 41. Drugi lub trzeci wejściowy zacisk przyłączowy 44 lub 45 zespołu 41 jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego 32 wyłącznika, przy czym zaciski 44, 45 są ewentualnie połączone za pomocą zwory 46. Do zacisku 44 jest dołączone jedno przyłącze ogranicznika przepięć wewnętrznych 47, którego drugie przyłącze jest dołączone do zacisku 43 tego zespołu. Do zacisku 45 jest dołączona katoda diodowego ogranicznika 48, którego anoda jest dołączona do zacisku 43. Nadto zacisk 43 zespołu 41 jest dołączony do szyny uziomowej 20.

Elektromagnes 14 zespołu 8 łącznika zestykowego jest sterowany elektrycznie za pomocą sygnału wyjściowego modułu 49. Tranzystor 24 zespołu 23 łącznika półprzewodnikowego jest sterowany elektrycznie za pomocą sygnału wyjściowego modułu 50. Właściwe wejścia i wyjścia modułów 49, 50, a nadto wskaźnika 5 zadziałania bezpiecznika oraz analizatora prądu 34 są, za pomocą dwustronnych łączy światłowodowych 51, dołączone do wejść lub wyjść zespołu sterowania 52 wyłącznika, złożonego z mikroprocesorowego sterownika 53, interfejsu wejście/wyjście 54 oraz zasilacza 55 wytwarzającego właściwe napięcia pomocnicze +UP, zasilanego w znany sposób napięciem głównym +U albo innym o typowych wartościach 24 V lub 40 V. Zasilacz 55 dostarcza w znany sposób napięcie pomo cnicze +UP do wejść poszczególnych podzespołów wyłącznika. Informacje z punktów 35-39 o napięPL 224 590 B1 ciach +U_35/36/37 oraz o temperaturach z punktów 38, 39 +Θ₃₈/₃₉, sterownik 53 uzyskuje w znany sposób drogą przewodową lub światłowodową. Zewnętrzne sygnały sterujące wejściowe lub wyjściowe mogą być świetlne 56, elektryczne 57 lub do celów testowych manualne 58.

W celu przystosowania wyłącznika przedstawionego na fig. 1 do pracy w sieci o polaryzacji ujemnej, zespół 23 należy dołączyć odwrotnie do głównego toru prądowego czyli zamienić miejscami zaciski 22, 26 zespołu 23, bez zmiany układu połączeń tego zespołu (fig. 2) oraz ogranicznik 48 zespołu 41 dołączyć tak do zespołu 41, aby jego anoda była dołączona do zacisku 45, a katoda do zac isku 43, bez zmian układu połączeń tego ogranicznika. Przystosowanie zasilacza 55, wykorzystującego napięcie główne, do ujemnej polaryzacji sieci dokonuje się w znany sposób, przy czym przystosowanie nie jest potrzebne jeśli wykorzystuje się do tego celu inne źródło zewnętrzne.

Na fig. 4 uwidoczniona została zmiana konfiguracji zespołu 8 wyłącznika, w którym zamiast zestyku 9 został wykorzystany jednoprzerwowy zestyk 59 w wykonaniu zwykłym, złożony ze styku nier uchomego 60 dołączonego do zacisku 7 zespołu 8, a nadto ze styku ruchomego 61 dołączonego do zacisku 12 zespołu 8, przy czym styk 61 jest napędzany w znany sposób przez elektromagnes 14.

Działanie wyłącznika i główne funkcje jego zespołów zostaną opisane dla przykładowego cyklu łączeniowego odwzorowującego najtrudniejszy przypadek załączenia obwodu częściowo zwartego, na przykład dla przypadku pojawienia się łuku okrężnego na komutatorze jednego z silników. Wyłącznik jest przygotowany do pracy, wszystkie napięcia mają prawidłowe wartości. Cykl łączeniowy rozpocz yna się w chwili podania zewnętrznego sygnału załączającego 56 lub 57 do zespołu 52. Możliwe są wówczas dwa sposoby łączenia obwodu. W pierwszym przypadku, który stanowi wariant podstawowy, podejmuje działanie sterownik 53, uruchamiając za pomocą modułu 49 napęd 14 zamykający zestyk 9. Po otrzymaniu z czujnika 18 sygnału o zamknięciu zestyku 9, sterownik 53 z zadanym opóźnieniem załącza, za pomocą modułu 50, tranzystor 24, wprowadzając go w stan ciągłego przewodzenia. Powstanie zwarcia bezpośrednio za wyłącznikiem powoduje w obwodzie głównym wzrost prądu zwarciowego i o dużej stromości początkowej, mierzonego przez układ 33 i analizowanego przez analizator 34. Po osiągnięciu przez prąd i zadanej wartości prądu nastawczego, analizator 34 wysyła sygnał powodujący natychmiastowe zadziałanie sterownika 53 i modułu 50 oraz wyłączenie prądu zwarciowego i przez tranzystor 24. W chwili przerwania przepływu tego prądu, w indukcyjnościach sieci jest gromadzona określona energia magnetyczna. Jest ona rozładowywana w taki sposób, że raptownie przerwany przez tranzystor prąd zwarciowy jest w pierwszej kolejności przejmowany przez kondensator K filtru 27, ładowany do coraz wyższego napięcia, powodującego w efekcie końcowym przejm owanie prądu przez warystor W filtru 27 oraz przez ogranicznik 42. Następnie sterownik 53 z zadanym opóźnieniem uruchamia moduł 49 powodujący wyłączenie napędu 14, otwarcie zestyku 9 i galwanic zne odcięcie odbiorników od sieci trakcyjnej, co kończy cykl łączeniowy. Energia magnetyczna silników i ewentualnie innych odbiorników jest rozładowywana przez ogranicznik 48, podobnie jak przy wyłączeniu prądów roboczych i przeciążeniowych.

W drugim przypadku, gdy wyłącznik ma zaprogramowaną funkcję wstępnego ładowania kondensatora filtru wejściowego obwodu głównego, stosowanego w przypadku energoelektronicznych układów sterowania silników napędowych, po podaniu do zespołu 52 zewnętrznego sygnału załączającego 56 lub 57 podejmuje działanie sterownik 53. Uruchamia on najpierw, za pomocą modułu 49, napęd 14 zamykający zestyk 9, a następnie realizuje wyżej wspomnianą funkcję wstępnego ładowania kondensatora filtru wejściowego obwodu głównego albo za pomocą odpowiedniego sterowania tranzystora 24 albo w drodze uruchomienia odpowiedniego obwodu zewnętrznego ładowania tego kondensatora. W obu przypadkach zapewnione jest założone ograniczenie i tłumienie prądu ładowania ww kondensatora filtru wejściowego, bowiem prąd szczytowy ładowania kondensatora musi być zawsze mniejszy od prądu nastawczego zabezpieczenia nadprądowego.

Jeśli obwód główny jest w prawidłowym stanie, po osiągnięciu w zadanym czasie odpowiedniego poziomu napięcia +U₃₇ za wyłącznikiem, następuje wprowadzenie tranzystora 24 w stan ciągłego przewodzenia.

Jeśli obwód jest zwarty, napięcie w zadanym czasie nie osiąga wymaganej wartości, co powoduje zatrzymanie przez sterownik 53 procesu załączania oraz, z zadanym opóźnieniem, uruchomienie modułu 49, wyłączenie napędu 14, otwarcie zestyku 9 i galwaniczne odcięcie odbiorników od sieci trakcyjnej, co kończy cykl łączeniowy. Zespół 41 działa autonomicznie w zależności od warunków napięciowych, podobnie jak w pierwszym przypadku, rozładowując energię magnetyczną, jeśli gen erowane są przepięcia łączeniowe.

PL 224 590 B1

Dodatkowe funkcje zabezpieczeniowe są realizowane przez wyłącznik tylko w określonych stanach awaryjnych.

Jeżeli z jakichkolwiek powodów tranzystor 24 nie wyłączy prądu zwarciowego, zwarcie zostanie wyłączone przez bezpiecznik 4, a jego wskaźnik zadziałania 5 spowoduje zablokowanie wyłącznika w stanie otwarcia zestyku 9 i zasygnalizuje konieczność wymiany bezpiecznika.

Adynamiczna budowa zestyku 9 powoduje wzrost docisku zestykowego przy zwarciach, co w przypadku awarii tranzystora 24 eliminuje możliwość wystąpienia elektrodynamicznych odskoków styków i zmniejsza rezystancję zestykową, skutecznie redukując prawdopodobieństwo sczepienia zestyku zamkniętego. Jest to możliwe tylko w mało prawdopodobnym przypadku niewyłączenia prądu zwarciowego zarówno przez tranzystor 24, jak i bezpiecznik 4 oraz wyłączania wówczas tego prądu przez podstacyjny wyłącznik magnetowydmuchowy, mający nadto małą skuteczność ograniczania prądu zwarciowego.

W zakresie relatywnie małych wartości spodziewanego prądu zwarciowego może być wykorz ystany zwykły zestyk jednoprzerwowy 59.

Jeżeli z jakichkolwiek powodów tranzystor 24 nie wyłączy prądu przeciążeniowego lub roboczego, a w cyklu łączeniowym lub awaryjnie nastąpi otwarcie zestyku 9, powstały łuk elektryczny jest lokalizowany wewnątrz osłony i przerzucany do ekranu 19, powodując zwarcie doziemne i bezzwłoc zne zadziałanie bezpiecznika, co eliminuje zagrożenie pożarowe.

Zarówno podczas normalnego działania wyłącznika, jak i podczas wyżej wspomnianych stanów awaryjnych zapewniona jest pełna selektywność działania wyłącznika w stosunku do wyłącznika podstacyjnego, tj. zwarcie w pojeździe jest zawsze wyłączane przez wyłącznik pojazdowy, bez uruchamiania wyłącznika podstacyjnego i wyłączania odcinka trakcyjnego. Przy zwarciach odległych w sieci trakcyjnej, powodujących spadek napięcia poniżej zadanej wartości, lub też w przypadkach zaniku napięcia sieci albo jego długotrwałego nadmiernego wzrostu, po wyłączeniu prądu roboczego lub przeciążeniowego wyłącznik jest blokowany w stanie otwarcia aż do powrotu monitorowanego napięcia do przedziału dopuszczalnych wartości.

Przy prawidłowym napięciu łączeniowym, w przypadku przeciążeń eksploatacyjnych, analizator 34 oblicza całkę Joule'a, pracując jak typowy wyzwalacz elektroniczny o zadanej charakterystyce czasowo-prądowej t - I, przesyłając we właściwej chwili do sterownika 53 sygnał uruchamiający procedurę wyłączenia. Nadto układ 33 jest wyposażony w detektor progowy prądu głównego, reagujący na jego pole magnetyczne, o regulowanym progu zadziałania.

Jeśli wyłącznik jest przeznaczony do zabezpieczania układu wyposażonego w filtr wejściowy LC, po zamknięciu się zestyku głównego 9, 59, sterownik 53 poprzez interfejs wejście/wyjście 54 połączony światłowodem 51 z wejściem modułu 50, którego wyjście jest elektrycznie połączone odpowiednio z bramką i emiterem tranzystora 24, wysyła kontrolowany ciąg impulsów świetlnych, wprowadzających tranzystor 24 w stan pracy przerywanej, umożliwiającej impulsowe ładowanie kondensatora ww filtru LC do zadanej wartości napięcia na głównym odbiornikowym zacisku przyłączowym wyjściowym 32, mierzonego w punkcie kontroli napięcia 37 połączonym elektrycznie z wejściem +U₃₇ sterownika 53, który po osiągnięciu przez napięcie +U₃₇ wartości zbliżonej do napięcia zasilania +U zastępuje ww ciąg impulsów świetlnych sygnałem świetlnym ciągłym wprowadzającym tranzystor 24 w stan ciągłego przewodzenia.

Claims (5)

1. Wyłącznik hybrydowy prądu stałego, znamienny tym, że jest wyposażony w główny tor prądowy, który zawiera główny sieciowy zacisk przyłączowy wejściowy (1), cztery zespoły, zespół (3) bezpiecznika, zespół (8) łącznika zestykowego, zespół (23) łącznika półprzewodnikowego i zespół (29) przekaźnika nadprądowego, oraz główny zacisk przyłączowy wyjściowy (32), połączone szeregowo tak, iż wejściowy zacisk przyłączowy (2) zespołu (3) bezpiecznika jest dołączony do głównego sieci owego zacisku przyłączowego (1) wyłącznika, zaś wyjściowy zacisk przyłączowy (6) zespołu (3) bezpiecznika jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego (7) zespołu (8) łącznika zestykowego, którego wyjściowy zacisk przyłączowy (12) jest dołączony do jednego z zacisków przyłączowych (22, 26) zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, którego drugi z zacisków przyłączowych (22, 26) jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego (28) zespołu (29) przekaźnika nadprądowego, którego wyjściowy zacisk przyłączowy (31) jest dołączony do głównego zacisku przyłączowego (32)

PL 224 590 B1 wyłącznika, nadto wyłącznik jest wyposażony w zespół (41) trzech ograniczników przepięć (42, 47, 48), z których ogranicznik przepięć zewnętrznych (42) jest warystorem tlenkowym MOV, jeden z ograniczników przepięć wewnętrznych (48) jest ogranicznikiem diodowym, zaś drugi z ograniczników przepięć wewnętrznych (47) jest warystorem tlenkowym MOV, w którym to zespole przyłącze ogranicznika przepięć zewnętrznych (42) jest dołączone do jednego z wejściowych zacisków przyłączowych (40) tego zespołu, który to zacisk jest połączony z wejściowym zaciskiem przyłączowym (2) zespołu (3) bezpiecznika, jedno przyłącze warystorowego ogranicznika przepięć wewnętrznych (47) jest dołączone do drugiego wejściowego zacisku przyłączowego (44) tego zespołu, który to zacisk jest z kolei połączony z głównym odbiornikowym zaciskiem przyłączowym (32) wyłącznika, jedna z elektrod diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych (48) jest dołączona do trzeciego wejściowego zacisku przyłączowego (45) tego zespołu, przy czym drugi (44) i trzeci (45) zacisk przyłączowy zespołu są ewentualnie połączone za pomocą zwory (46), nadto drugie przyłącze warystorowego ogranic znika przepięć zewnętrznych (42) i warystorowego ogranicznika przepięć wewnętrznych (47) oraz druga elektroda ogranicznika diodowego (48) są połączone ze sobą i dołączone do wyjściowego zacisku przyłączowego (43) tego zespołu, który to zacisk jest dołączony do szyny uziomowej (20) połączonej z głównym uziomowym zaciskiem przyłączowym (21) wyłącznika, nadto wyłącznik jest wyposażony w zespół sterowania (52) złożony z zaprogramowanego mikroprocesorowego sterownika (53), interfejsu wejście/wyjście (54) i z zasilanego ze źródła zewnętrznego zasilacza (55) wytwarzającego ni ezbędne napięcie pomocnicze (+UP), połączonego z wejściami zespołu (3) bezpiecznika, zespołu (8) łącznika zestykowego, zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, zespołu (29) przekaźnika nadprądowego i modułów sterujących (49, 50), nadto wejścia sterownika (52) są połączone przewodami lub światłowodami z punktami kontroli napięć (35, 36, 37) wyprowadzonymi z głównego toru prądowego wyłącznika oraz z punktami kontroli temperatury (38, 39) wyprowadzonymi z zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego wyłącznika.

2. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół (8) łącznika zestykowego jest złożony z ukształtowanego adynamicznie dwu- lub jednoprzerwowego zestyku głównego (9, 59) otoczonego uziemionym ekranem metalowym (19) dołączonym do szyny uziomowej (20) połączonej z głównym uziomowym zaciskiem przyłączowym (21) wyłącznika, dołączanym w znany sposób do szyn jezdnych, oraz z napędu (14), korzystnie elektromagnesowego, wyposażonego w zestyki pomocnicze (17) i czujnik położenia (18), przy czym w zespole tym do wejściowego zacisku przyłączowego (7) jest dołączony jeden styk jednego ze zestyków głównych (9, 59), którego drugi styk jest dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego (12).

3. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół (29) przekaźnika nadprądowego zawiera szynę nośną (30) z osadzonym na niej układem pomiaru prądu (33), a nadto wielofunkcyjny analizator prądu (34), przy czym w zespole tym jeden koniec szyny nośnej (30) jest dołączony do wejściowego zacisku przyłączowego (28), zaś drugi koniec tej szyny jest dołączony do wyjściowego zacisku przyłączowego (31).

4. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że jeśli jest przeznaczony do sieci o polaryzacji dodatniej, do zacisku wyjściowego (12) zespołu (8) łącznika zestykowego jest dołączony zacisk przyłączowy (22) zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone kolektor tranzystora (24) i katoda diody (25) tego zespołu, zaś do zacisku (26) zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone emiter tranzystora (24) i anoda diody (25) tego zespołu jest dołączony zacisk wejściowy (28) zespołu (29) przekaźnika nadprądowego, nadto w zespole (41) ograniczników do wejściowego zacisku przyłączowego (45) tego zespołu jest dołączona katoda diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych (48) tego zespołu, zaś do wyjściowego zacisku przyłączowego (43) tego zespołu jest dołączona anoda tego ogranicznika.

5. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że jeśli jest przeznaczony do sieci o polaryzacji ujemnej, do zacisku wyjściowego (12) zespołu (8) łącznika zestykowego jest dołączony zacisk przyłączowy (26) zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone emiter tranzystora (24) i anoda diody (25) tego zespołu, zaś do zacisku (22) zespołu (23) łącznika półprzewodnikowego, do którego są dołączone kolektor tranzystora (24) i katoda diody (25) tego zespołu, jest dołączony zacisk wejściowy (28) zespołu (29) przekaźnika nadprądowego, nadto w zespole (41) ograniczników do wejściowego zacisku przyłączowego (45) tego zespołu jest dołączona anoda diodowego ogranicznika przepięć wewnętrznych (48) tego zespołu, zaś do wyjściowego zacisku przyłączowego (43) tego zespołu jest dołączona katoda tego ogranicznika.