RU2306574C1

RU2306574C1 - Device for testing switching capacity of high voltage switches

Info

Publication number: RU2306574C1
Application number: RU2006102608/28A
Authority: RU
Inventors: Леонид Гиршевич Каттель (RU); Леонид Гиршевич Каттель
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: device has terminals for connecting the switch unit under test, high pulsating voltage source, current circuit having a making current source having capacitor connected in parallel to it, and reactor. The current circuit is connected in parallel to the high pulsating voltage source and electrically connected on one end to the first connection terminal of the switch unit under test. Automatic test control unit is additionally introduced into device design having one output member connected to high pulsating voltage source starter input, and the second output is included into the device circuit so, that its signal is delivered to the switch under test with the second terminal for making connection to the switch under test, being connected to the second end of current circuit.

EFFECT: simplified design; high operation reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам испытания электрических аппаратов на коммутационную способность и предназначено для испытания выключателей высокого напряжения на включающую способность в синтетических схемах.The invention relates to means for testing electrical devices for switching ability and is intended for testing high voltage circuit breakers for switching capacity in synthetic circuits.

В соответствии с положениями МЭК при включении на короткое замыкание межконтактный промежуток выключателя подвергается воздействию приложенного напряжения, соответствующего действующему значению номинального напряжения, деленному на √3, что приводит к его пробою. После этого момента выключатель подвергается воздействию включаемого тока.In accordance with the provisions of the IEC, when a short circuit is turned on, the contact gap of the circuit breaker is exposed to an applied voltage corresponding to the effective value of the rated voltage divided by √3, which leads to its breakdown. After this moment, the circuit breaker is exposed to the current being switched on.

Современные выключатели на напряжение 100 кВ и выше испытываются в лабораториях больших мощностей на коммутационную способность только в так называемых синтетических схемах. В этих схемах воздействие на испытуемый объект нормируемыми током и напряжением производится от разных источников: источника тока включения/отключения и источника напряжения включения/отключения. При этом суммарная мощность источника тока и источника напряжения значительно меньше мощности, которая была бы необходима при прямых испытаниях, т.е. при испытаниях с одним источником мощности. Соблюдение адекватности синтетических испытаний прямым испытаниям должно обеспечиваться.Modern circuit breakers with a voltage of 100 kV and higher are tested in laboratories of high power for switching capacity only in the so-called synthetic circuits. In these schemes, the test object is subjected to normalized current and voltage from different sources: an on / off current source and an on / off voltage source. In this case, the total power of the current source and voltage source is much less than the power that would be necessary for direct tests, i.e. when tested with a single power source. The adequacy of synthetic tests to direct testing must be ensured.

При испытаниях выключателей на включающую способность в синтетических схемах испытуемый выключатель, как правило, подключается непосредственно к источнику напряжения и через вспомогательный коммутационный аппарат к источнику тока с пониженным напряжением (см. Стандарт Международной Электротехнической Комиссии - МЭК, Публикация 60427 - Синтетические испытания выключателей переменного тока высокого напряжения - IEC 60427, figure 6 - Synthetic make circuit and waveforms, p.59). Во время испытаний после подачи команды на включение контакты испытуемого выключателя (под действием привода) начинают сближаться и электрическая прочность межконтактного промежутка падает. При падении электрической прочности ниже мгновенного значения приложенного напряжения промежуток пробивается (как правило, до металлического касания контактов), после чего должно быть обеспечено подключение испытуемого выключателя к источнику тока. Ток от источника тока через выключатель будет протекать только после включения коммутационного аппарата. До включения коммутационного аппарата ток через испытуемый выключатель обеспечивается цепью начального переходного включаемого тока (НПВТ - ITMC Circuit, see figure 6, р.59 of IEC 60427). Время срабатывания коммутационного аппарата, т.е. время от момента пробоя межконтактного промежутка испытуемого выключателя до начала протекания тока от источника тока, не должно превышать 200 мкс (ГОСТ 687-78). Высоковольтный коммутационный аппарат с таким малым временем срабатывания может быть выполнен только в виде управляемого дугового разрядника. Известные синтетические схемы испытаний на включающую способность отличаются, в основном, способом управления и конструкцией разрядника. Эти устройства можно разделить на два типа: с плазменным поджигом и с созданием перенапряжения на искровых промежутках разрядника. Первые имеют времена запаздывания срабатывания (t_r, see figure 6, р.59 of IEC 60427) 70...250 мкс, вторые - менее 10 мкс. Адекватность результатов испытаний повышается с уменьшением времени запаздывания срабатывания коммутационного аппарата.When testing circuit breakers for breaking capacity in synthetic circuits, the circuit-breaker under test is usually connected directly to a voltage source and, through an auxiliary switching device, to a low-voltage current source (see International Electrotechnical Commission Standard - IEC Publication 60427 - Synthetic Testing of High-Voltage AC Circuit Breakers voltage - IEC 60427, figure 6 - Synthetic make circuit and waveforms, p.59). During the tests, after giving a command to turn on, the contacts of the tested circuit breaker (under the action of the drive) begin to approach and the electric strength of the contact gap decreases. If the electric strength falls below the instantaneous value of the applied voltage, the gap breaks through (as a rule, until the contacts touch metal), after which the test switch must be connected to the current source. The current from the current source through the switch will flow only after switching on the switching device. Prior to switching the switching apparatus on, the current through the test switch is provided by the initial transient switching current circuit (NTC - ITMC Circuit, see figure 6, p. 59 of IEC 60427). The response time of the switching device, i.e. the time from the moment of breakdown of the contact gap of the tested circuit breaker to the beginning of the flow of current from the current source should not exceed 200 μs (GOST 687-78). A high-voltage switching device with such a short response time can be made only in the form of a controlled arc arrester. Known synthetic test circuits for including capacity differ mainly in the control method and construction of the arrester. These devices can be divided into two types: with plasma ignition and with the creation of overvoltage on the spark gap of the spark gap. The former have response delays (t _r , see figure 6, p. 59 of IEC 60427) of 70 ... 250 μs, the latter of less than 10 μs. The adequacy of the test results increases with decreasing the response time of the switching device.

Испытания выключателей на включающую способность в общем случае должны проводиться в трех режимах, а именно: при наибольшей выделяемой энергии в дуге (режим I), при наибольшем пике тока включения (режим II) и при наибольшей длительности дуги включения (режим III). В зависимости от типа и конструктивных особенностей испытуемого выключателя испытания должны проводиться в двух или трех режимах. Все три режима, с точки зрения методики испытаний, отличаются друг от друга только выбором момента пробоя межконтактного промежутка относительно фазы приложенного синусоидального напряжения источника тока. В частности, режим III осуществляется при пробое в максимум напряжения источника тока (t_pa, see figure 5, p.57 of IEC 60427).In general, circuit breaker testing of circuit breakers should be carried out in three modes, namely: at the highest released energy in the arc (mode I), at the highest peak of the switching current (mode II), and at the greatest duration of the switching arc (mode III). Depending on the type and design features of the tested circuit breaker, the tests should be carried out in two or three modes. All three modes, from the point of view of the test procedure, differ from each other only in the choice of the moment of breakdown of the contact gap relative to the phase of the applied sinusoidal voltage of the current source. In particular, mode III is carried out during a breakdown to the maximum voltage of the current source (t _pa , see figure 5, p.57 of IEC 60427).

Процесс коммутационных испытаний скоротечен. В частности, продолжительность опыта при испытании на включающую способность не превышает 0,3 секунды. При этом в эксперименте задействован большой комплекс аппаратов и приборов. Обеспечение подачи в требуемой последовательности серии импульсов заданной длительности на срабатывание аппаратов и приборов в испытательных, измерительных и вспомогательных цепях осуществляется электронным прибором автоматического управления опытом. Вырабатываемые прибором коммутационные импульсы синхронизированы с фазой напряжения источника тока.The process of switching tests is fleeting. In particular, the duration of the test when tested for the inclusion ability does not exceed 0.3 seconds. At the same time, a large complex of apparatuses and devices is involved in the experiment. Ensuring the supply in the required sequence of a series of pulses of a given duration for the operation of apparatuses and devices in test, measuring and auxiliary circuits is carried out by an electronic device for automatic control of experience. The switching pulses generated by the device are synchronized with the voltage phase of the current source.

Наиболее полно отвечают предъявляемым требованиям устройства по авторскому свидетельству СССР №1559902 (с разрядником по авт. свид. СССР №1628805, Удостоверение на промышленный образец №30691) и авторскому свидетельству СССР №1597806. В этих устройствах время срабатывания коммутационного аппарата не превышает 5 мкс и поэтому не требуется применение цепи начального переходного включаемого тока.The most fully meet the requirements of the device according to the USSR author's certificate No. 1559902 (with a spark gap according to the author's certificate. USSR No. 1628805, Industrial Design Certificate No. 30691) and the USSR copyright certificate No. 1597806. In these devices, the response time of the switching device does not exceed 5 μs and therefore, the use of an initial transient switching current circuit is not required.

Наиболее близкой к изобретению является синтетическая схема по а.с. №1597806, выбранная в качестве прототипа, содержащая клеммы для подключения испытуемого выключателя высокого напряжения, к которым подключен источник напряжения, последовательную цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока включения, зашунтированного конденсатором, и реактора, источник высокого импульсного напряжения, включенный параллельно этой цепи, и разрядный коммутатор, включенный между одной из клемм для подключения испытуемого выключателя и соответствующим выводом источника высокого импульсного напряжения. В этой схеме подключение испытуемого выключателя к источнику тока после пробоя межконтактного промежутка от воздействия источника напряжения осуществляется с помощью источника высокого импульсного напряжения, осуществляющего включение разрядного коммутатора.Closest to the invention is a synthetic scheme according to A.S. No. 1597806, selected as a prototype, containing terminals for connecting the tested high voltage switch, to which a voltage source is connected, a serial circuit consisting of a series-connected switching current source, shunted by a capacitor, and a reactor, a high pulse voltage source connected in parallel with this circuit, and a bit switch connected between one of the terminals for connecting the test switch and the corresponding terminal of the high pulse voltage source. In this scheme, the test switch is connected to the current source after the breakdown of the contact gap from the action of the voltage source by using a high pulse voltage source, which enables the discharge switch to be switched on.

Недостатком прототипа, как и всех других известных синтетических схем испытаний на включающую способность, является необходимость применения быстродействующего коммутационного аппарата (дугового разрядника), рассчитанного на коммутацию высокого (сотни киловольт) напряжения и больших (десятки килоампер) токов, источника напряжения включения, а также сложность надежной реализации заданного режима испытаний.The disadvantage of the prototype, as well as all other known synthetic circuits for testing the inclusion capacity, is the need to use a high-speed switching device (arc arrester), designed to switch high (hundreds of kilovolts) voltage and large (tens of kiloamperes) currents, voltage source, and complexity reliable implementation of a given test mode.

Цель изобретения - упрощение устройства, повышение надежности его работы и увеличение испытательных возможностей при сокращении числа элементов устройства и обеспечении реализации различных режимов испытаний.The purpose of the invention is to simplify the device, increase the reliability of its operation and increase the test capabilities while reducing the number of elements of the device and ensuring the implementation of various test modes.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испытания выключателей высокого напряжения, содержащем клеммы для подключения испытуемого аппарата, источник высокого импульсного напряжения, последовательную цепь из последовательно соединенных источника тока, зашунтированного конденсатором, и реактора, включенную параллельно источнику высокого импульсного напряжения и подключенную одним концом к одной из клемм для подключения испытуемого аппарата, а также блок для автоматического управления опытом, вторая клемма для подключения испытуемого выключателя электрически соединена со вторым концом последовательной цепи. При этом вход запуска источника высокого импульсного напряжения подключен к соответствующему выходу блока автоматического управления опытом.This goal is achieved by the fact that in the device for testing high voltage switches containing terminals for connecting the test apparatus, a high pulse voltage source, a series circuit of series-connected current source shunted by a capacitor, and a reactor connected in parallel with a high pulse voltage source and connected at one end to one of the terminals for connecting the test apparatus, as well as a unit for automatically controlling the experiment, the second terminal for connecting The test switch is electrically connected to the second end of the series circuit. In this case, the start input of the high pulse voltage source is connected to the corresponding output of the automatic experience control unit.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для испытания выключателей высокого напряжения на включающую способность.The drawing shows a schematic diagram of a device for testing high-voltage circuit breakers for switching capacity.

Устройство содержит клеммы 1 и 2 для подключения испытуемого выключателя 3, включенный между ними источник 4 высокого импульсного напряжения, источник 5 тока включения, зашунтированный конденсатором 6 и подключенный к клемме 1 через реактор 7. С соответствующих выходов блока 9 для автоматического управления опытом подаются сигналы на включение источника 4 высокого импульсного напряжения и испытуемого выключателя 3.The device contains terminals 1 and 2 for connecting the test switch 3, a high pulse voltage source 4 connected between them, a switching current source 5, shunted by a capacitor 6 and connected to terminal 1 through a reactor 7. From the corresponding outputs of block 9, signals are sent to automatic control of the experiment turning on the source 4 of the high pulse voltage and the tested switch 3.

В качестве источника 4 высокого импульсного напряжения может быть использован генератор импульсных напряжений (ГИН), выполненный по схеме умножения, по каскадной схеме или по схеме Фитча. В качестве источника 5 тока могут быть использованы ударный генератор, мощная сеть или колебательный контур, подключаемые непосредственно или через трансформатор. Источник 5 тока зашунтирован конденсатором 6, емкость которого значительно больше емкости ГИНа в ударе. Конденсатор 6 совместно с реактором 7 служат для защиты источника тока от воздействия высокого импульсного напряжения при срабатывании ГИНа. При этом реактор 7 обеспечивает требуемую длительность импульса, необходимую для пробоя испытуемого выключателя и подключения его к источнику тока. Для снижения влияния реактора 7 на величину тока включения и уменьшения мощности ГИНа реактор может быть выполнен с нелинейной индуктивностью (например на феррите), входящей в насыщение после начала протекания тока включения.As the source 4 of high pulse voltage can be used a pulse voltage generator (GIN), made according to the multiplication scheme, a cascade scheme, or according to the Fitch scheme. As a source of current 5 can be used a shock generator, a powerful network or an oscillating circuit connected directly or through a transformer. The current source 5 is shunted by a capacitor 6, the capacity of which is significantly greater than the capacity of the GIN in shock. The capacitor 6 together with the reactor 7 serve to protect the current source from the effects of high pulse voltage when triggered GIN. In this case, the reactor 7 provides the required pulse duration necessary for the breakdown of the tested circuit breaker and its connection to a current source. To reduce the influence of the reactor 7 on the value of the switching current and decreasing the GIN power, the reactor can be made with non-linear inductance (for example, ferrite), which enters into saturation after the start of the switching current.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Конденсаторы ГИНа 4 заряжаются от маломощного зарядного устройства по цепи 8 до напряжения, обеспечивающего пробой межконтактного промежутка испытуемого выключателя в заданном режиме. Включается источник тока 5, напряжение которого значительно меньше номинального напряжения испытуемого выключателя 3. По снятой предварительно характеристике электрической прочности межконтактного промежутка выключателя 3 (see figure 5, р.57 of IEC 60427), в соответствии с выбранным режимом испытаний, определяются момент подачи команды на включение выключателя 3 и момент подачи команды на запуск ГИНа 4 относительно фазы синусоидального напряжения источника тока 5. Блоком 9 автоматического управления опытом подается команда на включение выключателя 3 и в заданный или определяемый в процессе операции "включение" момент времени подается команда на запуск ГИНа 4. В результате импульс высокого напряжения, вырабатываемый ГИНом, пробивает межконтактный промежуток сближающихся контактов выключателя 3, и через него начинает протекать ток от источника тока 5.GIN 4 capacitors are charged from a low-power charger through circuit 8 to a voltage that provides a breakdown of the contact gap of the tested switch in a given mode. The current source 5 is turned on, the voltage of which is much lower than the rated voltage of the tested switch 3. Based on the previously taken characteristic of the electric strength of the contact gap of the switch 3 (see figure 5, p. 57 of IEC 60427), in accordance with the selected test mode, the moment of command turning on the switch 3 and the moment of issuing the command to start GIN 4 relative to the phase of the sinusoidal voltage of the current source 5. Block 9 automatic control experience gives a command to turn on the switch 3 and at a given or determined during the “on” operation moment, a command is issued to start the GIN 4. As a result, a high voltage pulse generated by the GIN breaks through the contact gap of the close contacts of the switch 3, and the current from the current source 5 begins to flow through it.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что в нем отсутствует управляемый разрядник на большие токи, как правило, шунтируемый в процессе коммутации выключателем (для снижения эрозии электродов и продления срока службы), отсутствуют источник напряжения включения и цепь начального переходного тока включения, что существенно повышает надежность работы устройства, упрощает конструктивное выполнение и снижает стоимость устройства и проведения испытаний.The advantage of the proposed device is that it does not have a controllable spark gap for high currents, as a rule, it is shunted during switching by a switch (to reduce erosion of the electrodes and extend the service life), there is no source of switching voltage and a circuit of the initial transient switching current, which significantly increases the reliability the operation of the device, simplifies the design and reduces the cost of the device and testing.

В предлагаемом устройстве в принципе отсутствует время задержки подключения источника тока после пробоя межконтактного промежутка испытуемого выключателя, что обеспечивает адекватность испытаний, а возможность выбора момента пробоя испытуемого выключателя в процессе операции «включение» позволяет реализовать заданный режим испытания.In the proposed device, in principle, there is no delay time for connecting the current source after the breakdown of the intercontact gap of the tested circuit breaker, which ensures the adequacy of the tests, and the ability to select the breakdown time of the tested circuit breaker during the “on” operation allows you to implement the specified test mode.

Предлагаемое устройство позволяет проводить испытания трехполюсных выключателей, предназначенных для работы в сетях с изолированной нейтралью или с глухо заземленной нейтралью. В этих случаях, в зависимости от требуемого режима, используются два или три источника высокого импульсного напряжения.The proposed device allows testing of three-pole switches designed to operate in networks with isolated neutral or with a solidly grounded neutral. In these cases, depending on the required mode, two or three sources of high pulse voltage are used.

Claims

Device for testing high voltage circuit breakers for switching capacity, containing terminals for connecting a test switch, a high pulse voltage source, a series circuit consisting of a switching current source, in parallel with which a capacitor is connected, and a reactor connected in parallel with a high pulse voltage source and electrically connected at one end with the first terminal for connecting the switch under test, characterized in that the unit additionally includes For automatic control of the experiment, one output of which is connected to the start input of the high pulse voltage source, and the second output is included in the device circuit so that the signal from it is supplied to the test switch, while the second terminal for connecting the test switch is connected to the second end of the serial circuit.