RU2198458C2 - Current-limiting circuit breaker - Google Patents

Current-limiting circuit breaker Download PDF

Info

Publication number
RU2198458C2
RU2198458C2 RU2000117220/09A RU2000117220A RU2198458C2 RU 2198458 C2 RU2198458 C2 RU 2198458C2 RU 2000117220/09 A RU2000117220/09 A RU 2000117220/09A RU 2000117220 A RU2000117220 A RU 2000117220A RU 2198458 C2 RU2198458 C2 RU 2198458C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
circuit
electromagnet
limiter
contact group
Prior art date
Application number
RU2000117220/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000117220A (en
Inventor
В.Н. Игумнов
А.Р. Буев
Н.М. Скулкин
Н.А. Мамаев
Original Assignee
Марийский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Марийский государственный технический университет filed Critical Марийский государственный технический университет
Priority to RU2000117220/09A priority Critical patent/RU2198458C2/en
Publication of RU2000117220A publication Critical patent/RU2000117220A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2198458C2 publication Critical patent/RU2198458C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: automatic overcurrent protection of electric circuits. SUBSTANCE: current- limiting circuit breaker has series-connected contact group and control electromagnet coil; electromagnet functions to open contact group at preset current. Superconducting current limiter connected in parallel with electromagnet coil loses its superconducting properties as soon as circuit current rises to critical value and reduces this current. If circuit current keeps rising, electromagnet operates and opens the circuit. EFFECT: enhanced operating stability due to reducing critical circuit current in advance. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности, может быть использовано для автоматической защиты электрических цепей от токовых перегрузок. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, can be used for automatic protection of electrical circuits from current overloads.

Известны устройства для отключения электрических цепей, содержащие нормально-замкнутую контактную группу и управляющий электромагнит, который включают в аварийных ситуациях, разрывая цепь, электромагнитные реле, пускатели [1] . Недостатком указанных устройств является то, что они работают в ручном режиме, а также при отключении больших токов (более 1 кА) у них разрушаются электрические контакты под действием электрической дуги. Known devices for disconnecting electrical circuits containing a normally-closed contact group and a control electromagnet, which include in emergency situations, breaking the circuit, electromagnetic relays, starters [1]. The disadvantage of these devices is that they operate in manual mode, and also when disconnecting large currents (more than 1 kA), their electrical contacts are destroyed under the influence of an electric arc.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство - реле максимального тока, содержащее нормальнозамкнутую контактную группу и последовательно соединенную катушку электромагнита, управляющего контактной группой. Критический для цепи ток является током срабатывания электромагнита и отключения цепи [2]. The closest in technical essence to the claimed device is a device selected as a prototype — a maximum current relay containing a normally closed contact group and a series-connected coil of an electromagnet controlling the contact group. Critical current for the circuit is the actuation current of the electromagnet and disconnection of the circuit [2].

Недостатком известного устройства является то, что при отключении больших токов (более 1 кA), возникающая электрическая дуга разрушает контакты и их приходится периодически заменять, в случае частых срабатываний устройства. A disadvantage of the known device is that when disconnecting large currents (more than 1 kA), the resulting electric arc destroys the contacts and they must be replaced periodically, in case of frequent trips of the device.

Техническим решением изобретения является увеличение эксплуатационной стойкости устройства отключения за счет предварительного автоматического снижения размыкаемого тока и уменьшения числа срабатываний контактов. The technical solution of the invention is to increase the operational stability of the tripping device due to preliminary automatic reduction of the breaking current and reducing the number of contacts.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство автоматического отключения тока при достижении им критической величины, содержащее контактную группу и последовательно соединенную катушку управляющего электромагнита, снабжено дополнительным, соединенным с катушкой, пороговым ограничительным сверхпроводниковым элементом (СП ограничитель), критический ток которого равен критическому току электрической цепи. Ток срабатывания электромагнита больше номинального для цепи тока на некоторую величину, выбираемую с учетом жесткости условий эксплуатации устройства. The specified technical result is achieved in that the device for automatically turning off the current when it reaches a critical value, containing a contact group and a serially connected coil of the control electromagnet, is equipped with an additional threshold superconducting element connected to the coil (SP limiter), the critical current of which is equal to the critical current of the electric chains. The response current of the electromagnet is higher than the rated current for the current circuit by a certain amount, selected taking into account the severity of the operating conditions of the device.

Сопоставительный анализ признаков, изложенных в предложенном техническом решении, с признаками прототипа, показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием соединенного параллельно катушке электромагнита СП ограничителя, критический ток которого равен критическому току цепи, что в данной совокупности признаков в известном техническом решении отсутствует, обуславливая тем самым структурную новизну технического решения. Кроме того, применение СП ограничителя позволяет уменьшить размыкаемый ток в степени, определяемой конструкцией СП ограничителя, что обуславливает функциональную новизну предложенного технического решения. A comparative analysis of the features set forth in the proposed technical solution with the features of the prototype shows that the claimed device differs from the prototype by the presence of a limiter connected to the SP electromagnet parallel to the coil, the critical current of which is equal to the critical current of the circuit, which is absent in this set of features, causing thereby the structural novelty of the technical solution. In addition, the use of the SP limiter allows you to reduce the breaking current to the extent determined by the design of the SP limiter, which determines the functional novelty of the proposed technical solution.

Анализ известных авторам технических решений в области защитных электрических устройств и сравнение их с предложенным техническим решением показало, что сверхпроводниковые ограничители тока известны. Однако при введении СП ограничителя в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство для увеличения его эксплуатационной стойкости, появляются новые свойства:
- в случае нарастания тока в цепи после переключения СП ограничителя мощность, выделенная на нем в составе заявляемого устройства, значительно меньше, чем на автономном СП ограничителе, поскольку в первом случае он нагружен до срабатывания электромагнита, а во втором - постоянно;
- размыкание контактов предлагаемого устройства происходит при условии дальнейшего после переключения СП ограничителя увеличения тока в цепи, в противном случае электромагнит не срабатывает и отключения цепи не происходит, устройство работает как ограничитель тока, контакты дугой не разрушаются;
- устройство имеет диапазон установки тока срабатывания от Iн до Iпр. Величина тока срабатывания определяет ток размыкания и, следовательно, жесткость режима эксплуатации устройства.
Analysis of the technical solutions known to the authors in the field of protective electrical devices and their comparison with the proposed technical solution showed that superconducting current limiters are known. However, with the introduction of the SP limiter in this connection with the rest of the circuit elements in the inventive device to increase its operational stability, new properties appear:
- in the case of an increase in current in the circuit after switching the SP of the limiter, the power allocated to it as part of the inventive device is much less than that of an autonomous SP limiter, since in the first case it is loaded before the electromagnet operates, and in the second it is constantly;
- the opening of the contacts of the proposed device occurs under the condition that after switching the SP the limiter increases the current in the circuit, otherwise the electromagnet does not work and the circuit does not turn off, the device works as a current limiter, the contacts are not destroyed by an arc;
- the device has a setting range of the operating current from I n to I pr The magnitude of the response current determines the breaking current and, therefore, the rigidity of the operating mode of the device.

Таким образом, иные, в отличие от известных технических решений, свойства, присущие предложенной конструкции токоограничителя-выключателя, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение поставленной цели изобретения. Thus, other, in contrast to the well-known technical solutions, properties inherent in the proposed design of the current limiter-switch, prove the presence of significant differences aimed at achieving the goal of the invention.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства токоограничителя-выключателя. На фиг. 2 представлены графики временной зависимости тока СП ограничителя (кривая а), катушка электромагнита (в) и полного тока в цепи (с). In FIG. 1 shows a block diagram of a current limiter-switch device. In FIG. Figure 2 shows graphs of the time dependence of the current of the SP limiter (curve a), the coil of the electromagnet (c) and the total current in the circuit (s).

Токоограничитель-выключатель (фиг. 1) содержит последовательно соединенные контактную группу 1 и катушку электромагнита 2. Параллельно катушке электромагнита включен сверхпроводниковый токоограничитель 3, представляющий собой высоко- или низкотемпературный сверхпроводник. Критический ток СП ограничителя (Iкр) и его сопротивление в нормальном состоянии (Rнс) задаются и определяются по известным формулам:
Iкр = jкр•S (1)

Figure 00000002

где jкр - плотность критического тока, зависит от материала;
S - площадь поперечного сечения сверхпроводника;
l - длина сверхпроводника;
ρнс - удельное сопротивление материала сверхпроводника.The current limiter-switch (Fig. 1) contains a series-connected contact group 1 and an electromagnet coil 2. A superconducting current limiter 3, which is a high or low temperature superconductor, is connected in parallel with the electromagnet coil. The critical current of the SP of the limiter (I cr ) and its resistance in the normal state (R ns ) are set and determined by known formulas:
I cr = j cr • S (1)
Figure 00000002

where j kr is the critical current density, depends on the material;
S is the cross-sectional area of the superconductor;
l is the length of the superconductor;
ρ ns is the specific resistance of the superconductor material.

Критический ток СП ограничителя подбирается равным критическому току защищаемой цепи. The critical current of the SP limiter is selected equal to the critical current of the protected circuit.

Величина сопротивления Rнc определяется из выражения

Figure 00000003

где U - напряжение на устройстве.The resistance value R nc is determined from the expression
Figure 00000003

where U is the voltage on the device.

Сопротивление СП ограничителя также определяет скорость измерения тока

Figure 00000004

где Iн - номинальный ток в цепи:
t - время фазового перехода сверхпроводника.The resistance of the SP limiter also determines the speed of current measurement
Figure 00000004

where I n - rated current in the circuit:
t is the phase transition time of the superconductor.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Пока ток в цепи не превышает Iкр (фиг.2) сопротивление СП ограничителя 3 равно нулю и весь ток протекает через него. При достижении током величины, равной критическому току (например, в случае короткого замыкания), сверхпроводимость начинает разрушаться и ток через ограничитель 3 падает до Iнс. В этот момент (t3) ток через соленоид 2 возрастает до Iнм. Таким образом в цепи протекает ток
Iн = Iнс + Iнм (5)
Если ток в цепи остается постоянным, устройство работает как ограничитель тока и размыкания контактов не происходит (фиг.2, график 1). Если мощность источника не исчерпана и ток в цепи продолжает возрастать, то при достижении тока через катушку электромагнита 2 Iср он срабатывает и контактная группа 1 отключает цепь (фиг.2, граф.2).
While the current in the circuit does not exceed I cr (Fig. 2), the resistance of the SP of the limiter 3 is zero and all the current flows through it. When the current reaches a value equal to the critical current (for example, in the case of a short circuit), superconductivity begins to collapse and the current through the limiter 3 drops to I ns . At this moment (t3), the current through solenoid 2 increases to I nm . Thus, current flows in the circuit
I n = I ns + I nm (5)
If the current in the circuit remains constant, the device acts as a current limiter and the opening of the contacts does not occur (figure 2, graph 1). If the source power is not exhausted and the current in the circuit continues to increase, then when the current through the coil of the electromagnet 2 I cf is reached, it is triggered and contact group 1 disconnects the circuit (Fig. 2, graph 2).

Использование предложенного технического решения позволит снизить размыкаемый ток в несколько раз (определяется параметрами СП ограничителя) при том же критическом токе, а так же сократить число срабатываний контактной группы и следовательно увеличить эксплуатационную стойкость устройства. Using the proposed technical solution will reduce the breaking current by several times (determined by the parameters of the SP limiter) at the same critical current, as well as reduce the number of contacts of the contact group and therefore increase the operational stability of the device.

Литература
1. И.С. Таев. Электрические аппараты управления. М.: Высшая школа, 1969. - 444 с.
Literature
1. I.S. Taev. Electrical control devices. M .: Higher School, 1969. - 444 p.

2. А. С. Жданов, В.В. Овчинников. Электромагнитные реле тока и напряжения. - М.: Энергоиздат, 1981. 2. A. S. Zhdanov, V.V. Ovchinnikov. Electromagnetic current and voltage relays. - M.: Energoizdat, 1981.

Claims (1)

Токоограничитель-выключатель, содержащий нормально замкнутую контактную группу, последовательно соединенную с катушкой управляющего электромагнита, отличающийся тем, что он снабжен соединенным параллельно с катушкой управляющего электромагнита сверхпроводящим токоограничителем, имеющим ток переключения, при котором сверхпроводимость начинает разрушаться, равный критическому току цепи, а катушка управляющего электромагнита имеет ток срабатывания, больший критического тока цепи. A current limiter-switch containing a normally closed contact group connected in series with a control electromagnet coil, characterized in that it is equipped with a superconducting current limiter connected in parallel with a control electromagnet coil having a switching current at which superconductivity begins to collapse equal to the critical current of the circuit, and the control coil the electromagnet has a trip current greater than the critical current of the circuit.
RU2000117220/09A 2000-06-27 2000-06-27 Current-limiting circuit breaker RU2198458C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000117220/09A RU2198458C2 (en) 2000-06-27 2000-06-27 Current-limiting circuit breaker

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000117220/09A RU2198458C2 (en) 2000-06-27 2000-06-27 Current-limiting circuit breaker

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000117220A RU2000117220A (en) 2002-08-20
RU2198458C2 true RU2198458C2 (en) 2003-02-10

Family

ID=20237113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000117220/09A RU2198458C2 (en) 2000-06-27 2000-06-27 Current-limiting circuit breaker

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2198458C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4816958A (en) Fault current interrupter including a metal oxide varistor
US5629658A (en) Methods of arc suppression and circuit breakers with electronic alarmers
US4647825A (en) Up-to-speed enable for jam under load and phase loss
CN1080476C (en) Overcurrent protection circuit
EP1186084B1 (en) Electrical circuit breaker for protecting against overcurrents
US4459629A (en) Electric circuit breaker utilizing semiconductor diodes for facilitating interruption
CN1201561A (en) Overcurrent protection circuit
TR201901419T4 (en) High voltage DC current breaking device.
EP0986852B1 (en) Overcurrent protection circuit
US5247419A (en) Low voltage switchgear
JPS62503141A (en) Electrostatic switching circuits or devices for providing protective power to loads and circuits
US20030052756A1 (en) Switching method for an electromagnetic switching device and an electromagnetic switching device corresponding thereto
US3600635A (en) Protection circuit including a thyristor and a three terminal device
RU2198458C2 (en) Current-limiting circuit breaker
US3454832A (en) Electric circuit interrupter
GB1576877A (en) Apparatus for the rapid interruption of currents
US3240996A (en) Switch of the circuit breaker type
EP0147509B1 (en) High-speed current limiting circuit breaker
SU1309149A1 (en) Device for current protection of three-phase electrical installation against short-circuit
SU854217A1 (en) Superconductive switch
US3454831A (en) Quick-opening,low cost,current limiting circuit breaker
JPH05260649A (en) Superconducting current limiter
SU760230A1 (en) Automatic switch
SU943912A1 (en) Current-limiting selective switch
SU936180A1 (en) Device for protecting three-phase electric motor from overload and phase break