RU2020631C1

RU2020631C1 - Tel modular series vacuum circuit breaker

Info

Publication number: RU2020631C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Чалый; О.И. Червинский
Original assignee: Малое внедренческое предприятие "Таврида Электрик"
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: vacuum circuit breakers, operating mechanisms and their control circuits. SUBSTANCE: each module of circuit breaker has its own operating mechanism. Operation of circuit breaker assumes only axial travel of parts of electromagnetic operating mechanism furnished with magnetic latch, and transmitting links. Impact axial action at opening provides reliable breaking of baked contacts. Ferreed hermetically sealed interlocking contacts operate without mechanical transmitting members. One coil of operating mechanism provides closing and opening. Suppression of closing current at end of closing process is implemented by charge of capacitor whose energy is then used for opening. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям вакуумных выключателей, приводам и схемам управления для них. The invention relates to electrical engineering, namely to the design of vacuum circuit breakers, drives and control circuits for them.

Известен вакуумный выключатель с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК), электромагнитным приводом, отключающими пружинами и пружинами поджатия [1]. Known vacuum circuit breaker with vacuum interrupter chambers (VDK), an electromagnetic drive, breaking springs and preload springs [1].

Кинематическая схема его включает большое количество нагруженных узлов трения, что является причиной низкой надежности и ресурса аппарата. Its kinematic scheme includes a large number of loaded friction units, which is the reason for the low reliability and resource of the apparatus.

Наиболее близким по кинематической схеме привода является вакуумный выключатель [2] , в котором отсутствует превращения линейного перемещения якоря электромагнита в угловые перемещения передающих звеньев. Closest to the kinematic diagram of the drive is a vacuum circuit breaker [2], in which there is no conversion of the linear movement of the armature of the electromagnet into the angular movement of the transmission links.

Недостатком данной конструкции является расположение осей ВДК не в ряд, а треугольником, что вызывает проблемы подключения аппарата в КРУ. Кроме того, при более сильной сварке контактов одной из ВДК по сравнению с другими (что на практике обычно и происходит) отрыв контактов в ней при отключении будет проблематичен из-за перекосов в передающих звеньях. The disadvantage of this design is the location of the VDK axes not in a row, but in a triangle, which causes problems connecting the apparatus to the switchgear. In addition, with stronger welding of the contacts of one of the VDKs compared to others (which usually happens in practice), separation of the contacts in it during shutdown will be problematic due to distortions in the transmission links.

Изобретение решает задачу создания выключателя без нагруженных узлов трения в его кинематической схеме. The invention solves the problem of creating a switch without loaded friction units in its kinematic scheme.

Техническим результатом применения заявленного изобретения являются упрощение конструкции; повышение ресурса и надежности. The technical result of the application of the claimed invention is to simplify the design; increase in resource and reliability.

Предлагаемый выключатель отличается тем, что в нем каждая вакуумная камера снабжена отдельным приводом с обмоткой и магнитной защелкой, расположенным соосно с вакуумной камерой, все приводы соединены общим валом с закрепленным на нем указателем положения и постоянным магнитом, вблизи которого расположены магнитоуправляемые блок-контакты, а катушки приводов, соединенные параллельно, либо последовательно, подключены к минусу источника напряжения через стабилитрон, а к плюсу - через нормально-разомкнутые контакты реле, зашунтированные резистором и нормально-замкнутые блок-контакты, зашунтированные цепочкой из емкости и параллельно соединенных диода и резистора, причем нормально-замкнутый контакт указанного реле через кнопку отключения соединен с минусом источника, куда одним концом подключена обмотка указанного реле, а другой конец обмотки соединен с плюсом источника через кнопку включения и резистор, причем обмотка реле и кнопка включения зашунтированы емкостью, а к точке соединения обмотки реле и кнопки включения подсоединен катод диода, анод которого соединен с общей точкой катода упомянутого стабилитрона и обмоток приводов. The proposed switch is characterized in that in it each vacuum chamber is equipped with a separate drive with a winding and a magnetic latch located coaxially with the vacuum chamber, all drives are connected by a common shaft with a position indicator fixed to it and a permanent magnet, near which magnetically controlled block contacts are located, and drive coils connected in parallel or in series are connected to the minus of the voltage source through the zener diode, and to the plus - through the normally open relay contacts, bridged p with a resistor and normally closed block contacts, shunted by a chain of capacitance and a parallel connected diode and resistor, moreover, the normally closed contact of the specified relay is connected via the disconnect button to the minus of the source, where the winding of the specified relay is connected at one end and the other end is connected to the plus the source through the power button and resistor, and the relay coil and the power button are shunted by the capacitance, and the cathode of the diode is connected to the connection point of the relay coil and the power button, the anode of which is connected to common point of the cathode of the said zener diode and drive windings.

Сущность изобретения заключается в том, что работа выключателя предполагает только осевое перемещение деталей привода, что обеспечивает высокий ресурс при отсутствии периодического обслуживания привода. Ударное осевое воздействие при отключении позволяет надежно разрывать cварившиеся контакты ВДК. Трение, возникающее при воздействии приводов на общий вал, незначительно, так как преодолевается лишь момент инерции самого вала с закрепленным на нем постоянным магнитом и стрелкой-указателем положения выключателя. Работа блок-контактов происходит лишь вследствие воздействия магнитного поля при полном отсутствии механических передающих элементов. Одна катушка привода используется как для включения, так и для отключения. Интенсивное подавление включающего тока в конце процесса включения реализуется зарядом емкости, энергия которой затем используется для отключения. The essence of the invention lies in the fact that the operation of the switch involves only the axial movement of the drive parts, which provides a high resource in the absence of periodic maintenance of the drive. Impact axial action during shutdown allows reliable breaking of the welded VDK contacts. The friction that occurs when the drives act on the common shaft is insignificant, since only the moment of inertia of the shaft itself is overcome with a permanent magnet fixed to it and an arrow indicating the position of the switch. The operation of the block contacts occurs only due to the influence of a magnetic field in the complete absence of mechanical transmitting elements. One drive coil is used for both on and off. Intensive suppression of the switching current at the end of the switching process is realized by the charge of the capacitance, the energy of which is then used to shut off.

На фиг.1 изображен разрез модуля одной из фаз; на фиг.2 - связь модуля с общим валом и механизм блок-контактов в отключенном положении выключателя; на фиг.3 - во включенном; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема выключателя; на фиг.5 - фотография его общего вида. Figure 1 shows a section of a module of one of the phases; figure 2 - communication module with a common shaft and the mechanism of the block contacts in the off position of the switch; figure 3 - in the included; figure 4 is a circuit diagram of a switch; figure 5 is a photograph of its General view.

Модуль выключателя состоит из ВДК 1 с неподвижным контактом 2, верхним токосъемом 3, подвижным контактом 4, токосъемом подвижного контакта 5, гибким токосъемом 6 и нижним токосъемом 7. Упомянутые детали установлены на опорном изоляторе 8, внутри которого расположен тяговый изолятор 9 с пружиной поджатия 10 и ударной группой, состоящей из болта 11 и гайки 12. Привод модуля состоит из магнитомягких деталей, магнитопровода 13, направляющей 14, якоря 15 с удерживающим пояском 16, магнитотвердого кольца 17, отключающей пружины 18 и обмотки привода 19. В опорах 20 расположен общий вал 21, в осевые прорези которого входят шляпки болтов 22. Модули установлены на основании 23. Между модулями на валу 21 закреплена оправка 24 с постоянным магнитом 25 внутри нее. Длина магнита 25 по оси вала 21 определяется необходимым количеством магнитоуправляемых герметизированных блок-контактов 26, расположенных на плате перпендикулярно валу 21 в зоне действия постоянного магнита 25. The circuit breaker module consists of VDK 1 with a fixed contact 2, an upper current collector 3, a movable contact 4, a current collector of a movable contact 5, a flexible current collector 6 and a lower current collector 7. These parts are mounted on a support insulator 8, inside of which there is a traction insulator 9 with a preload spring 10 and a shock group consisting of a bolt 11 and a nut 12. The drive of the module consists of soft magnetic parts, a magnetic circuit 13, a guide 14, an armature 15 with a holding belt 16, a hard magnetic ring 17, disconnecting springs 18 and windings of the drive 19. In the supports 2 0, there is a common shaft 21, in the axial slots of which are the caps of the bolts 22. The modules are mounted on the base 23. Between the modules on the shaft 21 is fixed mandrel 24 with a permanent magnet 25 inside it. The length of the magnet 25 along the axis of the shaft 21 is determined by the required number of magnetically controlled sealed block contacts 26 located on the board perpendicular to the shaft 21 in the area of the permanent magnet 25.

Схема управления выключателем состоит из резисторов 27, 28, 38, диодов 29, 30, конденсаторов 31, 32, стабилитрона 33, реле (преимущественно герконового) 34 с переключающей контактной группой 35, нормально-замкнутой (в отключенном положении выключателя) пары одного из блок-контактов 26, обмоток модулей 39 фаз, соединенных последовательно, либо параллельно и кнопок "Включение" 36 и "Отключение" 37. The circuit breaker control circuit consists of resistors 27, 28, 38, diodes 29, 30, capacitors 31, 32, a zener diode 33, a relay (mainly a reed switch) 34 with a switching contact group 35, a normally-closed (in the off position of the circuit breaker) pair of one of the blocks -contacts 26, windings of the modules of the 39 phases connected in series or in parallel and the buttons "On" 36 and "Disconnect" 37.

Выключатель работает следующим образом. При нажатии кнопки "Включение" 36 предварительно заряженный конденсатор 31 разряжается на обмотку реле 34, инициируя его срабатывание, т.е. переключение контактной группы 35, замыкающей цепь включения (+) - 35 - 26 - 39 - 33 - (-). Падение напряжения на стабилитроне 33, существующее до конца процесса включения, удерживает реле 34 и его контакты 35 во включенном положении. При достижении включающим током величины тока трогания якорь 15 начинает движение вверх, сжимая отключающую пружину 18, Вместе с якорем 15 движутся тяговый изолятор 9 и детали 4, 5, 6, 10, 11, 12. The switch operates as follows. When the "On" button 36 is pressed, the pre-charged capacitor 31 is discharged to the coil of the relay 34, initiating its operation, i.e. switching contact group 35, closing the inclusion circuit (+) - 35 - 26 - 39 - 33 - (-). The voltage drop across the zener diode 33, existing until the end of the switching process, keeps the relay 34 and its contacts 35 in the on position. When the starting current reaches the value of the starting current, the armature 15 starts moving upward, compressing the breaking spring 18, Together with the armature 15, the traction insulator 9 and parts 4, 5, 6, 10, 11, 12 move.

При ходе якоря 15, равном межконтактному зазоре в ВДК, детали 4, 5, 6, 11 останавливаются и дальнейшее движение деталей 9, 15, 12 осуществляет процесс поджатия контактов ВДК 1 сжатием пружины 10. При касании деталей 15 и 13 происходит постановка привода на магнитную защелку вследствие намагничивания кольца 16 током включения. Удержание якоря в верхнем (включенном) положении происходит за счет высокого значения индукции магнитного поля в удерживающем пояске 16, превышающем за счет меньшей площади значение остаточной индукции в кольце 17. When the armature 15 is equal to the contact gap in the VDK, the parts 4, 5, 6, 11 stop and the further movement of the parts 9, 15, 12 carries out the process of compressing the contacts of the VDK 1 by compressing the spring 10. When the parts 15 and 13 are touched, the drive is magnetic the latch due to the magnetization of the ring 16 by the switching current. The anchor is held in the upper (on) position due to the high magnetic field induction in the holding belt 16, which, due to the smaller area, exceeds the residual induction in the ring 17.

Привод (массы подвижных частей и усилия пружин) рассчитан таким образом, что при пропадании питания на схеме управления в момент касания контактов (зависимое питание) он производит довключение и постановку на магнитную защелку. The drive (masses of moving parts and spring forces) is designed in such a way that in the event of a power failure on the control circuit at the moment the contacts touch (dependent power supply), it makes a power-up and magnetic latching.

В схеме управления при включении происходят следующие процессы. На участке хода якоря 15, соответствующем поджатию контактов, размыкаются магнитоуправ- ляемые блок-контакты 26. Это происходит вследствие поворота вала 21 и удаления постоянного магнита 25 от блок-контактов 26. Размыкание блок-контактов 26 означает начало подавления включающего тока зарядом емкости 32 через диод 29. Размыкание блок-контактов безискровое, так как восстанавливающееся напряжение на них начинается с нулевого значения. Включающий ток уменьшается до нуля, исчезает напряжение на стабилитроне 33, реле 34 размыкает свои контакты 35 также без дуги, так как коммутируемый ток практически равен нулю. Емкость 32 заряжена до величины напряжения источника и поддерживается в таком состоянии, подзаряжаясь через резистор 38. In the control circuit, when turned on, the following processes occur. Magnetically controlled block contacts 26 open on the armature travel section 15 corresponding to the preload of contacts. This occurs due to rotation of the shaft 21 and removal of the permanent magnet 25 from the block contacts 26. Opening of the block contacts 26 means the beginning of the suppression of the switching current by the charge of the capacitance 32 through diode 29. The opening of the block contacts is sparkless, since the recovery voltage on them starts from zero. The switching current decreases to zero, the voltage on the zener diode 33 disappears, the relay 34 opens its contacts 35 also without an arc, since the switched current is almost zero. The capacity 32 is charged to the source voltage and is maintained in this state by recharging through the resistor 38.

Отключение, реализуется нажатием кнопки "Отключение" 37 и разрядом емкости 32 через 28, 37, 33 на обмотки приводов 39. Разрядный ток по направлению противоположен току включения. Индукция в магнитной системе привода уменьшается, вызывая сброс с магнитной "защелки". Якорь 15 вместе с деталями 9 и 11 под действием пружин 10 и 18 ускоренно движется вниз. Пройдя путь, равный ходу поджатия, упомянутые подвижные части наносят удар по подвижному контакту для разрыва сварки, образовавшейся при замыкании контактов. Ударное воздействие наносится гайкой ударной группы 12 по болту ударной группы 11, жестко связанному с подвижным контактом 4. Shutdown is realized by pressing the “Shutdown” button 37 and by discharging the capacitance 32 through 28, 37, 33 to the windings of the drives 39. The discharge current in the direction opposite to the turn-on current. Induction in the magnetic drive system decreases, causing a reset from the magnetic “latch”. Anchor 15 together with parts 9 and 11 under the action of the springs 10 and 18 accelerates downward. Having walked a path equal to the preload, the mentioned moving parts strike a movable contact to break the weld formed when the contacts are closed. The impact is applied by the nut of the shock group 12 along the bolt of the shock group 11, rigidly connected with the movable contact 4.

Дальнейшее движение подвижных частей вместе с контактом 4 продолжается и завершается за счет количества движения, которое система имеет после удара и под действием отключающей пружины 18. Поворот вала 21 вызывает срабатывание магнитоуправляемых блок-контактов 26 и окончательный разряд емкости 32 через резистор 28. Схема готова к операции "Включение", если после предыдущего включения была отпущена кнопка 36 и зарядилась емкость 31. В противном случае, что бывает при аварийном отключении, нового включения не произойдет (блокировка от повторных включений). Отключение может быть произведено вручную поворотом вала 21, который, воздействуя на головки болтов 22, преодолевает усилие магнитных защелок и производит отключение. При включении на зависимое питание конденсатор 32 заряжается до напряжения меньшего, чем напряжение сети, но вполне достаточного, чтобы произвести отключение. The further movement of the moving parts together with contact 4 continues and ends due to the amount of movement that the system has after impact and under the action of the breaking spring 18. The rotation of the shaft 21 causes the magnetically controlled block contacts 26 to operate and the final discharge of the capacitance 32 through the resistor 28. The circuit is ready for operation "Switching on", if after the previous switch-on the button 36 was released and the capacity 31 was charged. Otherwise, what happens during an emergency shutdown, a new switch-on will not occur (blocking from repeated switching lucii). Shutdown can be done manually by turning the shaft 21, which, acting on the heads of the bolts 22, overcomes the force of the magnetic latches and performs a shutdown. When turned on for dependent power, the capacitor 32 is charged to a voltage lower than the mains voltage, but quite enough to shut off.

Для выключателя с номинальным током 10 кА время включения (затекания тока в катушки приводов и движение контактов) составляет 70 мс при напряжении 220 В. Время отключения 8-15 мс в зависимости от фазы отключаемого тока. В режиме включения и аварийного отключения (включение на к.з.) контакты выключателя находятся в замкнутом состоянии 30 мс. For a circuit breaker with a rated current of 10 kA, the on-time (current flowing into the drive coils and the movement of the contacts) is 70 ms at a voltage of 220 V. The tripping time is 8-15 ms, depending on the phase of the current to be switched off. In the on and off mode (switching on short-circuit), the switch contacts are in the closed state for 30 ms.

Заявленный аппарат является быстродействующим защитным выключателем, хотя в нем отсутствует механизм свободного расцепления. Указанное быстродействие достигается за счет интенсивного подавления включающего тока в обмотках привода, которое завершается через 15 мс после размыкания блок-контактов 26. Ток включения аппарата 2,5 А, амплитуда тока отключения 1 А, т. е. мощность, потребляемая приводом в 6-10 раз меньше, чем у аппаратов аналогичного класса. Отсутствие нагруженных узлов трения обеспечивает выключателю высокий ресурс. Следов износа на деталях привода не отмечено. Как показала опытная эксплуатация заявленных аппаратов в установках с частыми коммутациями (дуговые сталеплавильные печи), их обслуживание сводится лишь к периодической протирке наружных поверхностей опорных изоляторов. The claimed device is a high-speed protective switch, although it does not have a free trip mechanism. The indicated speed is achieved due to the intense suppression of the switching current in the drive windings, which ends 15 ms after the opening of the block contacts 26. The switching current of the device is 2.5 A, the amplitude of the switching current is 1 A, that is, the power consumed by the drive in 6 10 times less than devices of a similar class. The absence of loaded friction units provides the circuit breaker a high resource. No signs of wear on the drive parts. As shown by the pilot operation of the claimed devices in installations with frequent switching (arc steelmaking furnaces), their maintenance is reduced only to periodic wiping of the outer surfaces of the supporting insulators.

Claims

TEL SERIES MODULAR VACUUM CIRCUIT BREAKER with an electromagnetic drive, containing vacuum chambers, disconnecting springs and preload springs, a shaft, contact blocks, characterized in that each vacuum chamber is equipped with a separate winding drive and a magnetic latch located coaxially with the vacuum chamber, all the drives are connected by a common shaft with a position indicator fixed on it and a permanent magnet, near which magnetically controlled block contacts are located, and the drive coils connected in parallel are connected in series They are connected to the minus of the voltage source through the zener diode, and to the plus - through the normally open relay contacts, bridged by a chain from the capacitor and the diode and resistor connected in parallel, and the normally closed contact of the specified relay through the disconnect button is connected to the minus of the source, where the winding of the specified relay is connected at one end and the other end of the winding is connected to the source pole through the power button and resistors, and the relay coil and the power button are shunted by the capacitance, and to the connection point of the relay winding and the button switching diode is connected a cathode, an anode of which is connected to the common point of the cathode of said zener diode and drive coil.