RU2755021C1

RU2755021C1 - Generator hybrid switch

Info

Publication number: RU2755021C1
Application number: RU2021104013A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Лавринович; Алексей Васильевич Шурупов; Михаил Алексеевич Шурупов
Original assignee: Акционерное общество Специальные энергетические технологии
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2021-09-09

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to high-voltage electrical equipment engineering and can be used in the development of high-voltage generator switches. The generator hybrid switch, high-voltage, built into the shielding current line, contains the main current line with disconnectors separating the generator switch from the generator on the one hand and from the network that the generator feeds, on the other hand, the main contacts, arc-extinguishing contacts, earthing devices, a control system with a starting unit and current sensors. A voltage sensor and two current lines are connected to the main current line in parallel to the main contacts. The first current line contains a vacuum arc-extinguishing chamber and a current sensor connected in series. The second current line according to the first version contains a vacuum controlled spark gap and a current sensor. According to the second version, the second current line contains a thyristor assembly and a current sensor. The outputs of all current sensors of the generator hybrid switch are connected to the inputs of the control system, providing control of the drives. On the main current line, a current-limiting fuse is connected in series with the main contacts, which includes an additional autonomous control system that operates at an instantaneous current value of the generator hybrid switch exceeding the pre-set value of the work current. An additional autonomous control system is connected to an additional current sensor installed on the main current line and located under its potential.

EFFECT: increase in the resource and reliability of the generator hybrid switch.

2 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к электротехнике, а именно, к высоковольтному электроаппаратостроению и может найти применение при разработке высоковольтных генераторных выключателей.The group of inventions relates to electrical engineering, namely, to high-voltage electrical apparatus and can be used in the development of high-voltage generator switches.

Активное развитие атомной энергетики обусловливает потребности в генераторах мощностью более 1,2 ГВт, для подключения которых в распределительную сеть необходимы генераторные выключатели, выдерживающие номинальное напряжение порядка 24 кВ, номинальные токи более 40 кА и номинальные токи отключения более 300 кА. Недостатки существующих генераторных гибридных выключателей обусловлены тем, что к их конструкции одновременно предъявляются требования по высокой пропускной способности при номинальном токе и по отключению токов короткого замыкания в случае возникновения аварийной ситуации за генераторным выключателем по отношению к генератору. Для того, чтобы соответствовать этим требованиям, генераторный гибридный выключатель в замкнутом состоянии должен иметь малое сопротивление, а его контакты должны выдерживать восстанавливающееся напряжение после отключения.The active development of nuclear power determines the need for generators with a capacity of more than 1.2 GW, for connection of which to the distribution network, generator switches are required that can withstand a rated voltage of about 24 kV, rated currents of more than 40 kA and rated breaking currents of more than 300 kA. The disadvantages of existing generator hybrid circuit breakers are due to the fact that their design is simultaneously required for high throughput at rated current and for breaking short-circuit currents in the event of an emergency situation behind the generator circuit breaker in relation to the generator. In order to meet these requirements, the generator hybrid circuit breaker must have a low resistance when closed, and its contacts must withstand the recovery voltage after disconnection.

Например, генераторный выключатель по патенту RU1786526 «Высоковольтный генераторный выключатель», МПК Н01Н 33/00, опубл. 07.01.1993 г., патентообладатель АООТ «НИПКИ высоковольтного аппаратостроения», содержит главные контакты для длительного пропускания номинального тока и дугогасительные контакты для отключения как номинального тока, протекающего через генераторный выключатель, так и тока короткого замыкания. Главные контакты и дугогасительные контакты расположены в одной воздушной среде. Основным недостатком этой конструкции является низкий ресурс работы дугогасительных контактов при отключении токов короткого замыкания, низкая надежность из-за подгорания дугогасительных контактов, высокая вероятность повторных пробоев при приложении к разогретым дугогасительным контактам восстанавливающегося напряжения.For example, the generator switch under the patent RU1786526 "High-voltage generator switch " , IPC N01N 33/00, publ. 01/07/1993, patent holder of NIPKI high-voltage apparatus construction OJSC, contains main contacts for long-term transmission of rated current and arcing contacts for disconnecting both the rated current flowing through the generator switch and the short-circuit current. The main contacts and the arcing contacts are located in the same air environment. The main disadvantage of this design is the low service life of the arcing contacts when short-circuit currents are disconnected, low reliability due to burning of the arcing contacts, and a high probability of repeated breakdowns when a recovering voltage is applied to the heated arcing contacts.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции генераторный гибридный выключатель является генераторный выключатель фирмы АВВ типа HEC 9, который работает в среде элегаза и имеет главные контакты и дугогасительные контакты. При размыкании главных контактов, возникающая дуга перебрасывается на дугогасительные контакты. Гашение дуги проходит несколько стадий: сначала - разогрев элегаза горящей дугой, что приводит к увеличению давления элегаза в области горения дуги, затем - сжатие элегаза в специальной камере и, наконец, при переходе отключаемого тока через ноль - интенсивное дутье сжатого элегаза через сопло в межконтактный промежуток дугогасительных контактов. Очевидно, что такая конструкция генераторного выключателя является очень сложной в технологическом аспекте, поскольку необходимо точное исполнение дутьевого сопла и точный расчет с последующей экспериментальной проверкой камеры сжатия. Конструкция генераторного гибридного выключателя HEC 9 имеет низкий коммутационный ресурс из-за эрозии сопла, низкую надежность из-за отказов в дугогашении, например, из-за небольших утечек элегаза и, как следствие, создании недостаточного давления сжатого элегаза в специальной камере. Помимо этого, отсутствие повторных пробоев и электрическая прочность данного генераторного выключателя не гарантируются, т.к. дугогасительные контакты находятся в зоне нагрева отключаемой дугой, и промежуток между ними имеет пониженную электрическую прочность после протекания через них дуги и отключения тока короткого замыкания.The closest in technical essence to the proposed design of the generator hybrid switch is the ABB generator switch of the HEC 9 type, which operates in an SF6 gas environment and has main contacts and arcing contacts. When the main contacts are opened, the arising arc is transferred to the arcing contacts. Arc extinguishing goes through several stages: first, the heating of the SF6 gas by a burning arc, which leads to an increase in the SF6 gas pressure in the area of arc burning, then - the compression of the SF6 gas in a special chamber, and, finally, when the current to be switched off passes through zero, the intense blowing of compressed SF6 gas through the nozzle into the intercontact the gap of the arcing contacts. It is obvious that such a design of the generator switch is very complicated in terms of technology, since it is necessary to accurately design the blowing nozzle and to accurately calculate with subsequent experimental verification of the compression chamber. The design of the HEC 9 hybrid generator circuit breaker has a low switching life due to nozzle erosion, low reliability due to failures in arc suppression, for example, due to small leaks of SF6 gas and, as a result, an insufficient pressure of compressed SF6 gas in a special chamber. In addition, the absence of repeated breakdowns and the dielectric strength of this generator circuit breaker are not guaranteed, since arc-extinguishing contacts are in the heating zone of the arc to be switched off, and the gap between them has a reduced dielectric strength after the arc flows through them and the short-circuit current is turned off.

Целью изобретения является повышение ресурса и надежности генераторного гибридного выключателя.The aim of the invention is to increase the resource and reliability of the generator hybrid switch.

Техническим результатом изобретения является разработка генераторного гибридного выключателя, позволяющего надежно отключать номинальные токи и токи короткого замыкания, повысить ресурс по отключению номинальных токов, надежно выдерживать восстанавливающееся напряжение.The technical result of the invention is the development of a generator hybrid circuit breaker, which allows to reliably disconnect rated currents and short-circuit currents, increase the resource for disconnecting rated currents, reliably withstand the recovery voltage.

По первому варианту исполнения поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет следующих конструктивных особенностей предлагаемого высоковольтного генераторного гибридного выключателя. Генераторный гибридный выключатель встраивается в экранирующий токопровод и содержит следующие элементы: главный токопровод с разъединителями, отделяющими генераторный выключатель от генератора с одной стороны и от сети, которую питает генератор, с другой стороны; главные контакты; дугогасительные контакты; заземлители; систему управления с блоком запуска и датчики тока. К главному токопроводу параллельно главным контактам подключены датчик напряжения и два токопровода, первый из которых содержит последовательно соединенные вакуумную дугогасительную камеру и датчик тока, а второй содержит вакуумный управляемый разрядник и датчик тока. Выходы всех датчиков тока генераторного гибридного выключателя подсоединены ко входам системы управления, обеспечивая управление приводом главных контактов, приводом вакуумной дугогасительной камеры и вакуумным управляемым разрядником. На главном токопроводе последовательно с главными контактами подключен токоограничивающий предохранитель, имеющий в своем составе дополнительную автономную систему управления, срабатывающую при мгновенном значении тока генераторного гибридного выключателя, превышающем заранее установленное значение тока срабатывания. Дополнительная автономная система управления подключена к дополнительному датчику тока, установленному на главном токопроводе и находящемуся под его потенциалом.According to the first embodiment, the set goal and the required technical result are achieved due to the following design features of the proposed high-voltage generator hybrid switch. The generator hybrid circuit breaker is built into the shielding current lead and contains the following elements: the main current lead with disconnectors separating the generator circuit breaker from the generator on one side and from the mains supplied by the generator on the other side; main contacts; arcing contacts; earthing switches; control system with a starting unit and current sensors. A voltage sensor and two current leads are connected to the main current lead in parallel to the main contacts, the first of which contains a series-connected vacuum arc-extinguishing chamber and a current sensor, and the second contains a controlled vacuum arrester and a current sensor. The outputs of all current sensors of the generator hybrid circuit breaker are connected to the inputs of the control system, providing control of the drive of the main contacts, the drive of the vacuum interrupter and the vacuum controlled arrester. On the main conductor, a current-limiting fuse is connected in series with the main contacts, which includes an additional autonomous control system that is triggered when the instantaneous current value of the generator hybrid circuit breaker exceeds the predetermined operating current value. An additional autonomous control system is connected to an additional current sensor installed on the main conductor and under its potential.

По второму варианту исполнения, поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет следующих конструктивных особенностей предлагаемого высоковольтного генераторного гибридного выключателя. Генераторный гибридный выключатель встраивается в экранирующий токопровод и содержит следующие элементы: главный токопровод с разъединителями, отделяющими генераторный выключатель от генератора с одной стороны и от сети, которую питает генератор, с другой стороны; главные контакты; дугогасительные контакты; заземлители; систему управления с блоком запуска и датчики тока. К главному токопроводу параллельно главным контактам подключены датчик напряжения и два токопровода, первый из которых содержит последовательно соединенные вакуумную дугогасительную камеру и датчик тока, а второй содержит тиристорную сборку и датчик тока. Выходы всех датчиков тока генераторного гибридного выключателя подсоединены ко входам системы управления, обеспечивая управление приводом главных контактов, приводом вакуумной дугогасительной камеры и тиристорной сборкой. На главном токопроводе последовательно с главными контактами подключен токоограничивающий предохранитель, имеющий в своем составе дополнительную автономную систему управления, срабатывающую при мгновенном значении тока генераторного гибридного выключателя, превышающем заранее установленное значение тока срабатывания. Дополнительная автономная система управления подключена к дополнительному датчику тока, установленному на главном токопроводе и находящемуся под его потенциалом.According to the second embodiment, the goal and the required technical result are achieved due to the following design features of the proposed high-voltage generator hybrid switch. The generator hybrid circuit breaker is built into the shielding current lead and contains the following elements: the main current lead with disconnectors separating the generator circuit breaker from the generator on one side and from the mains supplied by the generator on the other side; main contacts; arcing contacts; earthing switches; control system with a starting unit and current sensors. A voltage sensor and two current conductors are connected to the main current lead in parallel to the main contacts, the first of which contains a series-connected vacuum arc extinguishing chamber and a current sensor, and the second contains a thyristor assembly and a current sensor. The outputs of all current sensors of the generator hybrid circuit breaker are connected to the inputs of the control system, providing control of the main contact drive, the vacuum interrupter drive and the thyristor assembly. On the main conductor, a current-limiting fuse is connected in series with the main contacts, which includes an additional autonomous control system that is triggered when the instantaneous current value of the generator hybrid circuit breaker exceeds the predetermined operating current value. An additional autonomous control system is connected to an additional current sensor installed on the main conductor and under its potential.

Ниже принцип работы и преимущества предлагаемого изобретения описываются более детально.Below, the principle of operation and advantages of the invention are described in more detail.

На фиг.1 показано схемное решение генераторного гибридного выключателя по первому варианту исполнения. На фиг.2 показано схемное решение генераторного гибридного выключателя по второму варианту исполнения.Figure 1 shows a schematic solution of a generator hybrid circuit breaker according to the first embodiment. Figure 2 shows a schematic solution of a generator hybrid circuit breaker according to the second embodiment.

Генераторный гибридный выключатель, высоковольтный, содержит главный токопровод 1, встроенный в заземленный экранирующий токопровод 2 с разъединителями 3, 4, отделяющими генераторный выключатель от генератора (на чертежах не показан) с одной стороны и от сети, которую питает генератор, с другой стороны, главные контакты 6, предназначенные для длительного пропускания номинального тока генератора, дугогасительные контакты (на чертежах не обозначены) в вакуумной дугогасительной камере 7, заземлители 5, соединяющие главный токопровод 1 с экранирующим токопроводом 2 при разомкнутых контактах разъединителей 3 и 4, систему управления 14 с блоком запуска 13 и датчики тока 11, 12, 15.The generator hybrid circuit breaker, high-voltage, contains a main conductor 1 built into a grounded shielding conductor 2 with disconnectors 3, 4 separating the generator circuit breaker from the generator (not shown in the drawings) on one side and from the mains supplied by the generator, on the other hand, the main contacts 6, designed for long-term transmission of the rated current of the generator, arc-extinguishing contacts (not indicated in the drawings) in the vacuum interrupting chamber 7, earthing switches 5 connecting the main current lead 1 with the shielding current lead 2 with open contacts of disconnectors 3 and 4, control system 14 with a starting unit 13 and current sensors 11, 12, 15.

По первому варианту исполнения, к главному токопроводу 1 параллельно главным контактам 6 подключены датчик напряжения 18 и два токопровода 9 и 10, первый из которых содержит последовательно соединенные вакуумную дугогасительную камеру 7 и датчик тока 12, а второй содержит вакуумный управляемый разрядник 8 и датчик тока 15.According to the first embodiment, a voltage sensor 18 and two conductors 9 and 10 are connected to the main current lead 1 in parallel to the main contacts 6, the first of which contains a series-connected vacuum arc extinguishing chamber 7 and a current sensor 12, and the second contains a vacuum controlled spark gap 8 and a current sensor 15 ...

По второму варианту исполнения, к главному токопроводу 1 параллельно главным контактам 6 подключены датчик напряжения 18 и два токопровода 9 и 25, первый из которых содержит последовательно соединенные вакуумную дугогасительную камеру 7 и датчик тока 12, а второй содержит тиристорную сборку 26 и датчик тока 15.According to the second embodiment, a voltage sensor 18 and two current conductors 9 and 25 are connected to the main current lead 1 in parallel to the main contacts 6, the first of which contains a series-connected vacuum arc extinguishing chamber 7 and a current sensor 12, and the second contains a thyristor assembly 26 and a current sensor 15.

По обоим вариантам исполнения, для включения вакуумного управляемого разрядника 8 или тиристорной сборки 26, предусмотрен блок запуска 13, подключенный к системе управления 14. Выходы датчиков тока 11, 12, 15, и выход датчика напряжения 18 подсоединены ко входу системы управления 14. Посредством приводов 20, 21, 22, 23, 24 система управления 14 и блок запуска 13 посылают управляющие сигналы на входы, соответственно, главных контактов 6, дугогасительных контактов, разъединителей 3, 4, заземлителей 5, вакуумного управляемого разрядника 8 по первому варианту исполнения или тиристорной сборки 26 по второму варианту исполнения.For both versions, to turn on the vacuum controlled spark gap 8 or thyristor assembly 26, a trigger unit 13 is provided, connected to the control system 14. The outputs of the current sensors 11, 12, 15, and the output of the voltage sensor 18 are connected to the input of the control system 14. Through drives 20, 21, 22, 23, 24, the control system 14 and the trigger unit 13 send control signals to the inputs, respectively, of the main contacts 6, arcing contacts, disconnectors 3, 4, earthing switches 5, a vacuum controlled arrester 8 according to the first version or thyristor assembly 26 according to the second embodiment.

По обоим вариантам исполнения, последовательно с главными контактами 6 включен токоограничивающий предохранитель 16, имеющий в своем составе дополнительную автономную систему управления 19. Дополнительная автономная система управления 19 подключена к дополнительному датчику тока 17, установленному на главном токопроводе 1 и находящемуся под его потенциалом. Инициирование срабатывания токоограничивающего предохранителя 16 производится от дополнительной автономной системы управления 19, которая анализирует проходящий через главный токопровод 1 ток и, в случае возникновения тока короткого замыкания, превышающего в 2 раза и более максимальный номинальный ток выключателя, блокирует отключение главных контактов 6, но подает команду на инициирование срабатывания токоограничивающего предохранителя 16, который срабатывает с минимальной задержкой по времени, не допуская повышения тока короткого замыкания до максимального значения и полностью отключает ток короткого замыкания при срабатывании.For both versions, a current-limiting fuse 16 is connected in series with the main contacts 6, which includes an additional autonomous control system 19. An additional autonomous control system 19 is connected to an additional current sensor 17 installed on the main conductor 1 and located under its potential. The initiation of the operation of the current-limiting fuse 16 is carried out from an additional autonomous control system 19, which analyzes the current passing through the main conductor 1 and, in the event of a short-circuit current exceeding 2 times or more of the maximum rated current of the circuit breaker, blocks the disconnection of the main contacts 6, but gives a command to initiate the operation of the current-limiting fuse 16, which is triggered with a minimum time delay, preventing the short-circuit current from increasing to its maximum value and completely disconnecting the short-circuit current when triggered.

По обоим вариантам исполнения, генераторный гибридный выключатель работает следующим образом.In both versions, the generator hybrid circuit breaker operates as follows.

Отключение номинального тока.Disconnection of rated current.

В штатном рабочем режиме главный токопровод 1 соединяется с одной стороны с электрическим генератором (на чертежах не показан) через замкнутые контакты разъединителя 3, а с другой стороны - с сетью, которую питает генератор через замкнутые контакты разъединителя 4. Через главный токопровод 1 генераторного гибридного выключателя протекает номинальный ток. Контакты заземлителей 5 разомкнуты, а главные контакты 6 и контакты вакуумной дугогасительной камеры 7 замкнуты. По первому варианту исполнения, вакуумный управляемый разрядник 8 находится в режиме ожидания, т.е. управляющий сигнал по приводу 24 на него от блока запуска 13 не подается, и замыкания между его электродами нет.По второму варианту исполнения, тиристоры в тиристорной сборке 26 находятся в режиме ожидания, т.е. на них не подается сигнал управления по приводу 24 от блока запуска 13.In the normal operating mode, the main conductor 1 is connected on one side with an electric generator (not shown in the drawings) through the closed contacts of the disconnector 3, and on the other hand with the network supplied by the generator through the closed contacts of the disconnector 4. Through the main conductor 1 of the generator hybrid switch the rated current flows. The contacts of the earthing switches 5 are open, and the main contacts 6 and the contacts of the vacuum interrupting chamber 7 are closed. According to the first embodiment, the vacuum controlled spark gap 8 is in standby mode, i.e. the control signal on the drive 24 is not supplied to it from the trigger unit 13, and there is no short circuit between its electrodes. According to the second embodiment, the thyristors in the thyristor assembly 26 are in standby mode, i.e. they are not supplied with a control signal by the drive 24 from the start unit 13.

Датчики тока 11, 12, 15 подключены к системе управления 14. По сигналу внешнего управления, поступившего на вход системы управления 14, происходит формирование команды на отключение главных контактов 6 приводом 20, который вначале разводит главные контакты 6, в результате чего ток, протекавший через главные контакты 6 переходит в ветвь вакуумной дугогасительной камеры 7, протекая по токопроводу 9. После разведения главных контактов 6 на расстояние, необходимое для выдерживания восстанавливающегося переходного напряжения, которое возникнет после полного прерывания тока по цепи главного токопровода 1, начинают разводиться дугогасительные контакты в вакуумной дугогасительной камере 7. Данные об уровне напряжения, которое появляется на вакуумной дуге, поступают от датчика напряжения 18 на вход системы управления 14. Система управления 14 анализирует этот сигнал, и если уровень напряжения достаточен для срабатывания вакуумного управляемого разрядника 8 (по первому варианту исполнения) или тиристорной сборки 26 (по второму варианту исполнения), то на блок запуска 13 от системы управления 14 подается управляющий сигнал. Блок запуска 13 формирует пусковой сигнал по приводу 24 для запуска вакуумного управляемого разрядника 8 (по первому варианту исполнения) или тиристорной сборки 26 (по второму варианту исполнения).The current sensors 11, 12, 15 are connected to the control system 14. According to the external control signal received at the input of the control system 14, a command is generated to disconnect the main contacts 6 by the drive 20, which first divides the main contacts 6, as a result of which the current flowing through the main contacts 6 passes into the branch of the vacuum interrupter 7, flowing through the current lead 9. After the main contacts 6 are separated by the distance necessary to withstand the recovering transient voltage, which occurs after the complete interruption of the current along the circuit of the main current lead 1, the arcing contacts in the vacuum interrupter begin to open. chamber 7. Data on the voltage level that appears on the vacuum arc is received from the voltage sensor 18 to the input of the control system 14. The control system 14 analyzes this signal, and if the voltage level is sufficient to trigger the vacuum controlled spark gap 8 (according to the first version) or T iristor assembly 26 (according to the second embodiment), then a control signal is supplied to the trigger unit 13 from the control system 14. The trigger unit 13 generates a trigger signal on the drive 24 to trigger a vacuum controlled spark gap 8 (according to the first embodiment) or a thyristor assembly 26 (according to the second embodiment).

По первому варианту исполнения вакуумный управляемый разрядник 8 срабатывает и ток, протекавший по токопроводу 9 вакуумной дугогасительной камеры 7, переходит в токопровод 10 вакуумного управляемого разрядника 8. Дуга между контактами вакуумной дугогасительной камеры 7 гаснет, и между ее контактами восстанавливается электрическая прочность, достаточная для выдерживания переходного восстанавливающегося напряжения. При переходе тока через ноль в токопроводе 10 вакуумного управляемого разрядника 8 ток обрывается в силу свойств работы вакуумных управляемых разрядников типа РВУ. Возникающее при этом переходное восстанавливающее напряжение прикладывается к главным контактам 6, контактам вакуумной дугогасительной камеры 7 и контактам вакуумного управляемого разрядника 8. Все контактные системы к этому моменту способны выдержать это переходное восстанавливающее напряжение. Дополнительная автономная система управления 19 при этом не выдает команду на инициирование срабатывания токоограничивающего предохранителя 16.According to the first embodiment, the vacuum controlled arrester 8 is triggered and the current flowing through the current lead 9 of the vacuum interrupting chamber 7 passes into the current lead 10 of the vacuum controlled arrester 8. The arc between the contacts of the vacuum interrupting chamber 7 is extinguished, and the electric strength between its contacts is restored sufficient to withstand transient recovery voltage. When the current passes through zero in the current lead 10 of the vacuum controlled spark gap 8, the current is cut off due to the properties of the operation of the vacuum controlled spark gap type RVU. The resulting transient recovery voltage is applied to the main contacts 6, the contacts of the vacuum interrupting chamber 7 and the contacts of the vacuum controlled spark gap 8. All contact systems at this moment are able to withstand this transient recovery voltage. The additional autonomous control system 19 does not issue a command to initiate the operation of the current-limiting fuse 16.

По второму варианту исполнения процесс отключения номинального тока будет происходить аналогично, только блок запуска 13 формирует пусковой сигнал по приводу 24 для запуска тиристорной сборки 26, подключенной на токопроводе 25.According to the second embodiment, the process of disconnecting the rated current will proceed in the same way, only the start unit 13 generates a start signal on the drive 24 to start the thyristor assembly 26 connected to the current lead 25.

Далее, в случае необходимости, могут быть отключены разъединители 3 и 4 по сигналу от системы управления 14 на приводы 21, 22, соответственно, и включены заземлители 5, также по сигналу управления на их привод 23.Further, if necessary, disconnectors 3 and 4 can be disconnected by a signal from the control system 14 to drives 21, 22, respectively, and earthing switches 5 can be turned on, also by a control signal to their drive 23.

Включение при номинальном токе.Switching on at rated current.

Включение генераторного гибридного выключателя начинается с отключения заземлителей 5 посредством сигнала отключения на привод 23 от системы управления 14. Затем от системы управления 14 подается сигнал на приводы 21 и 22 на включение разъединителей 3 и 4 соответственно. Далее, по первому варианту исполнения, система управления 14 формирует сигнал на блок запуска 13 на включение через привод 24 вакуумного управляемого разрядника 8. При успешном срабатывании вакуумного управляемого разрядника 8 начинает протекать ток от генератора по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - токопровод 10 - вакуумный управляемый разрядник 8 - разъединитель 4 - сеть. Затем, по сигналу от системы управления 14 на привод 20 вакуумной дугогасительной камеры 7 подается сигнал на ее включение. Происходит замыкание контактов вакуумной дугогасительной камеры 7, при этом номинальный ток перебрасывается из токопровода 10 в токопровод 9, поскольку переходное сопротивление вакуумной дугогасительной камеры 7 значительно меньше, чем сопротивление дуги вакуумного управляемого разрядника 8. После этого привод 20 замыкает главные контакты 6. Генераторный гибридный выключатель включен и номинальный ток от генератора протекает по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - главные контакты 6 - разъединитель 4 - сеть.Turning on the generator hybrid switch begins with disconnecting the earthing switches 5 by means of a trip signal to the drive 23 from the control system 14. Then, from the control system 14, a signal is sent to the drives 21 and 22 to turn on the disconnectors 3 and 4, respectively. Further, according to the first embodiment, the control system 14 generates a signal to the start unit 13 to turn on the vacuum controlled arrester 8 through the drive 24. When the vacuum controlled spark gap 8 is successfully triggered, current begins to flow from the generator along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - current lead 10 - vacuum controlled spark gap 8 - disconnector 4 - mains. Then, according to a signal from the control system 14, a signal is sent to the drive 20 of the vacuum interrupting chamber 7 to turn it on. The contacts of the vacuum interrupter 7 are closed, while the rated current is transferred from the current lead 10 to the current lead 9, since the contact resistance of the vacuum interrupter 7 is much less than the arc resistance of the vacuum controlled arrester 8. After that, the drive 20 closes the main contacts 6. Generator hybrid switch switched on and the rated current from the generator flows along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - main contacts 6 - disconnector 4 - mains.

По второму варианту исполнения, включение генераторного гибридного выключателя также начинается с отключения заземлителей 5 посредством сигнала отключения на привод 23 от системы управления 14. Затем от системы управления 14 подается сигнал на приводы 21 и 22 на включение разъединителей 3 и 4 соответственно. После этого, система управления 14 формирует сигнал на блок запуска 13 через привод 24 на включение тиристорной сборки 26. При успешном срабатывании тиристорной сборки 26 начинает протекать ток от генератора по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - токопровод 25 - тиристорная сборка 26 - разъединитель 4 - сеть. Затем, по сигналу от системы управления 14 на привод 20 вакуумной дугогасительной камеры 7 подается сигнал на ее включение. Происходит замыкание контактов вакуумной дугогасительной камеры 7, при этом номинальный ток перебрасывается из токопровода 25 в токопровод 9. После этого привод 20 замыкает главные контакты 6. Генераторный гибридный выключатель включен и номинальный ток от генератора протекает по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - главные контакты 6 - разъединитель 4 - сеть.According to the second embodiment, the switching on of the generator hybrid circuit breaker also begins with disconnecting the earthing switches 5 by means of a trip signal to the drive 23 from the control system 14. Then, from the control system 14, a signal is sent to the drives 21 and 22 to close the disconnectors 3 and 4, respectively. After that, the control system 14 generates a signal to the start unit 13 through the drive 24 to turn on the thyristor assembly 26. When the thyristor assembly 26 is successfully triggered, current from the generator begins to flow along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - conductor 25 - thyristor assembly 26 - disconnector 4 - network. Then, according to a signal from the control system 14, a signal is sent to the drive 20 of the vacuum interrupting chamber 7 to turn it on. The contacts of the vacuum interrupter 7 are closed, while the rated current is transferred from the conductor 25 to the conductor 9. After that, the drive 20 closes the main contacts 6. The generator hybrid switch is turned on and the rated current from the generator flows along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - main contacts 6 - disconnector 4 - mains.

Отключение токов короткого замыкания.Disconnection of short-circuit currents.

В случае возникновения короткого замыкания на шинах, идущих в сеть, дополнительный датчик 17 тока передает сигнал на вход дополнительной автономной системы управления 19. Дополнительная автономная система управления 19 анализирует значение этого сигнала и если ток превышает номинальный ток сети в два и более раз, то посылает команду на инициирование срабатывания токоограничивающего предохранителя 16 и одновременно отправляет сигнал в систему управления 14. За время около 0,5 мс происходит разрушение токовой шины токоограничивающего предохранителя 16, в результате чего происходит отключение главного токопровода 1. Это вызывает отключение тока короткого замыкания еще до достижения им амплитуды ударного тока, которая может быть вплоть до 10 раз больше амплитуды номинального тока генераторного гибридного выключателя. Датчик тока 11 передает в систему управления 14 сигнал, что ток в цепи главного токопровода 1 отключился. Система управления 14 подает сигнал на привод 20 для разведения главных контактов 6 и контактов вакуумной дугогасительной камеры 7. После их разведения система управления 14 не подает сигнал на срабатывание вакуумного управляемого разрядника 8 (по первому варианту исполнения) или на срабатывание тиристорной сборки 26 (по второму варианту исполнения), поскольку ток короткого замыкания уже отключен. Далее система управления 14 отключает разъединители 3 и 4 посредством подачи сигналов отключения на приводы 21 и 22. После их отключения система управления 14 включает заземлители 5 подачей сигналов включения на привод 23. Процесс отключения тока короткого замыкания завершен.In the event of a short circuit on the buses going to the network, an additional current sensor 17 transmits a signal to the input of an additional autonomous control system 19. An additional autonomous control system 19 analyzes the value of this signal and if the current exceeds the rated current of the network by two or more times, it sends the command to initiate the operation of the current-limiting fuse 16 and simultaneously sends a signal to the control system 14. In a time of about 0.5 ms, the current bus of the current-limiting fuse 16 is destroyed, as a result of which the main current conductor 1 is disconnected. the amplitude of the surge current, which can be up to 10 times the amplitude of the rated current of the generator hybrid circuit breaker. The current sensor 11 transmits to the control system 14 a signal that the current in the circuit of the main conductor 1 is cut off. The control system 14 sends a signal to the drive 20 to separate the main contacts 6 and the contacts of the vacuum interrupting chamber 7. After their separation, the control system 14 does not give a signal to trigger the vacuum controlled spark gap 8 (according to the first version) or to trigger the thyristor assembly 26 (according to the second version), since the short-circuit current has already been switched off. Further, the control system 14 disconnects the disconnectors 3 and 4 by supplying trip signals to the drives 21 and 22. After their disconnection, the control system 14 turns on the earthing switches 5 by giving the switching signals to the drive 23. The short-circuit current disconnection process is completed.

Включение генераторного гибридного выключателя на короткое замыкание.Short circuit on the generator hybrid circuit breaker.

В настоящее время нет технической возможности объективно оценить, будет короткое замыкание в сети при включении выключателя или нет. Поэтому при включении генераторного гибридного выключателя всегда есть вероятность включения на короткое замыкание. Начало включения происходит в той же последовательности, что и при включении при номинальном токе. Включение генераторного гибридного выключателя начинается с отключения заземлителей 5 посредством сигнала отключения на привод 23 от системы управления 14. Затем от системы управления 14 подается сигнал на приводы 21 и 22 на включение разъединителей 3 и 4, соответственно. После этого по первому варианту исполнения система управления 14 формирует сигнал блоку запуска 13 на включение через привод 24 вакуумного управляемого разрядника 8. При успешном срабатывании вакуумного управляемого разрядника 8 начинает протекать ток от генератора по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - токопровод 10 - вакуумный управляемый разрядник 8 - разъединитель 4 - сеть. По второму варианту исполнения система управления 14 формирует сигнал блоку запуска 13 на включение тиристорной сборки 26. При успешном срабатывании тиристорной сборки 26 начинает протекать ток от генератора по пути: разъединитель 3 - токоограничивающий предохранитель 16 - токопровод 25 - тиристорная сборка 26 - разъединитель 4 - сеть.Currently, there is no technical possibility to objectively assess whether there will be a short circuit in the network when the switch is turned on or not. Therefore, when the generator hybrid breaker is turned on, there is always the possibility of short-circuiting. The start of turning on occurs in the same sequence as when turning on at rated current. The switching on of the generator hybrid switch begins with the disconnection of the earthing switches 5 by means of a trip signal to the drive 23 from the control system 14. Then, from the control system 14, a signal is sent to the drives 21 and 22 to close the disconnectors 3 and 4, respectively. After that, according to the first embodiment, the control system 14 generates a signal to the starting unit 13 to turn on the vacuum controlled arrester 8 through the drive 24. When the vacuum controlled spark gap 8 is successfully triggered, current begins to flow from the generator along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - current lead 10 - vacuum controlled arrester 8 - disconnector 4 - mains. According to the second embodiment, the control system 14 generates a signal to the start unit 13 to turn on the thyristor assembly 26. When the thyristor assembly 26 is successfully triggered, current begins to flow from the generator along the path: disconnector 3 - current-limiting fuse 16 - conductor 25 - thyristor assembly 26 - disconnector 4 - mains ...

Если при этом по обоим вариантам исполнения в сети есть или возникло короткое замыкание, то дополнительный датчик 17 подает соответствующий сигнал на вход дополнительной автономной системы управления 19. Так как ток короткого замыкания больше номинального тока, то в этом случае дополнительная автономная система управления 19 выдает команду на инициирование срабатывания токоограничивающего предохранителя 16 и одновременно в систему управления 14. За время около 0,5 мс происходит разрушение токовой шины токоограничивающего предохранителя 16, в результате чего происходит отключение главного токопровода 1. Это вызывает отключение тока короткого замыкания еще до достижения им амплитуды ударного тока. После разрушения шины главного токопровода 1 датчик тока 11 передает системе управления 14 сигнал, что ток в цепи главного токопровода 1 отключился. Система управления 14 отключает разъединители 3 и 4 посредством подачи сигналов отключения на приводы 21 и 22. После отключения разъединителей 3 и 4 система управления 14 включает заземлители 5 посредством привода 23. Процесс отключения тока короткого замыкания завершен.If, in this case, for both versions, there is or has a short circuit in the network, then the additional sensor 17 sends a corresponding signal to the input of the additional autonomous control system 19. Since the short-circuit current is higher than the rated current, then in this case the additional autonomous control system 19 issues the command to initiate the operation of the current-limiting fuse 16 and at the same time to the control system 14. In a time of about 0.5 ms, the current bus of the current-limiting fuse 16 is destroyed, as a result of which the main current conductor 1 is disconnected. ... After the destruction of the bus of the main conductor 1, the current sensor 11 transmits to the control system 14 a signal that the current in the circuit of the main conductor 1 is cut off. The control system 14 disconnects the disconnectors 3 and 4 by sending trip signals to the drives 21 and 22. After disconnecting the disconnectors 3 and 4, the control system 14 turns on the earthing switches 5 by means of the drive 23. The process of breaking the short-circuit current is completed.

Такое конструктивное исполнение генераторного гибридного выключателя с разделением функций отключения номинальных токов и токов короткого замыкания между разными элементами генераторного гибридного выключателя не просто обеспечивает высокую надежность отключения токов короткого замыкания и номинальных токов, но дает суммарный синергетический эффект, который выражается в значительном увеличении ресурса всего генераторного гибридного выключателя за счет увеличения ресурса его главных контактов 6. Износ главных контактов 6, а также износ контактов вакуумной дугогасительной камеры 7 определяется только их эрозией при отключении номинальных токов, что в несколько раз увеличивает коммутационный ресурс генераторного гибридного выключателя по номинальному току. При этом, замена токоограничивающего предохранителя 16 обеспечивается за относительно короткий промежуток времени (менее 10 ÷ 15 мин), что не оказывает существенного отрицательного воздействия на производительность работы генераторного гибридного выключателя в соответствии с требованиями международного стандарта к генераторным выключателям МЭК (IEC/IEEE 62271-37-013) и требованиями ГОСТ Р 52565-2006.Such a design of the generator hybrid circuit breaker with the separation of functions for breaking rated currents and short-circuit currents between different elements of the generator hybrid circuit breaker not only provides high reliability of breaking short-circuit currents and rated currents, but gives a total synergistic effect, which is expressed in a significant increase in the resource of the entire generator hybrid circuit breaker by increasing the resource of its main contacts 6. The wear of the main contacts 6, as well as the wear of the contacts of the vacuum interrupter 7 is determined only by their erosion when the rated currents are disconnected, which several times increases the switching life of the generator hybrid circuit breaker at rated current. At the same time, the replacement of the current-limiting fuse 16 is provided in a relatively short period of time (less than 10 ÷ 15 minutes), which does not have a significant negative impact on the performance of the generator hybrid circuit breaker in accordance with the requirements of the international standard for IEC generator circuit breakers (IEC / IEEE 62271-37 -013) and the requirements of GOST R 52565-2006.

Claims

1. Generator hybrid high-voltage circuit breaker, built into the shielding current lead, and containing the main current lead with disconnectors separating the generator circuit breaker from the generator on one side and from the mains that powers the generator, on the other hand, the main contacts, arcing contacts, earthing switches, control system with a starting unit and current sensors, characterized in that a voltage sensor and two current lines are connected to the main current lead in parallel to the main contacts, the first of which contains a series-connected vacuum arc extinguishing chamber and a current sensor, and the second contains a vacuum controlled spark gap and a current sensor, while the outputs of all current sensors of the generator hybrid circuit breaker are connected to the inputs of the control system, providing control of the drive of the main contacts, the drive of the vacuum arc extinguishing chamber and the vacuum controlled arrester, in addition, the current is connected in series with the main contacts on the main current lead Limiting fuse, which includes an additional autonomous control system that is triggered when the instantaneous value of the current of the generator hybrid circuit breaker exceeds the preset value of the trip current, while the additional autonomous control system is connected to an additional current sensor installed on the main conductor and located under its potential.

2. Generator hybrid switch, high-voltage, built into the shielding conductor, and containing the main conductor with disconnectors separating the generator circuit breaker from the generator on one side and from the mains supplied by the generator, on the other hand, the main contacts, arcing contacts, earthing switches, control system with a starting unit and current sensors, characterized in that a voltage sensor and two current lines are connected to the main current lead in parallel to the main contacts, the first of which contains a series-connected vacuum arc extinguishing chamber and a current sensor, and the second contains a thyristor assembly and a current sensor, while the outputs of all current sensors of the generator hybrid circuit breaker are connected to the inputs of the control system, providing control of the drive of the main contacts, the drive of the vacuum interrupter and the thyristor assembly, in addition, a current-limiting fuse is connected in series with the main contacts on the main current lead b, which includes an additional autonomous control system, which is triggered when the instantaneous value of the current of the generator hybrid circuit breaker exceeds the preset value of the tripping current, while the additional autonomous control system is connected to an additional current sensor installed on the main conductor and located under its potential.