RU56713U1

RU56713U1 - FAST AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER

Info

Publication number: RU56713U1
Application number: RU2006119497/22U
Authority: RU
Inventors: Константин Сергеевич Волгин; Юрий Федорович Братанчук; Геннадий Иванович Лихоманенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины")
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для защиты от токов коротких замыканий и недопустимых перегрузок установок постоянного тока, преимущественно электрооборудования поездов постоянного тока.The utility model relates to electrical engineering and is intended to protect against short circuit currents and unacceptable overloads of direct current installations, mainly electrical equipment of direct current trains.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности защиты электрооборудования поездов постоянного тока от токов короткого замыкания за счет повышения коммутационной способности быстродействующих автоматических выключателей до 20 кА и более при индуктивности 5, 10 и 15 мГн при сохранении габаритно-установочных размеров выключателей, используемых для электрооборудования поездов постоянного тока, например, выключателей типа БВП-105А.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to increase the reliability of protection of electrical equipment for DC trains from short-circuit currents by increasing the switching ability of high-speed circuit breakers up to 20 kA and more with inductances of 5, 10 and 15 mH while maintaining overall installation dimensions circuit breakers used for electrical equipment of direct current trains, for example, BVP-105A circuit breakers.

Предложен быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока для электрооборудования поездов постоянного тока, в защитном кожухе которого расположены пневматический привод, контактная система, удерживающий электромагнит и дугогасительное устройство, состоящее из двух дугогасительных катушек с магнитопроводами и двух дугогасительных камер, в которых между наружными стенками установлены дугогасительные рога, деионные дугогасительные решётки, вдоль которых установлены деионные пламегасительные решётки, а в стенках дугогасительных камер в зонах расположения деионных дугогасительных решёток выполнены отверстия.A high-speed DC circuit breaker is proposed for the electrical equipment of DC trains, in the protective casing of which there is a pneumatic drive, a contact system holding an electromagnet and an arcing device, consisting of two arcing coils with magnetic circuits and two arcing chambers, in which arcing horns are installed between the outer walls, deionic arcing lattices along which deionic flame arrears are installed, and in the walls of the arc extinguishing chambers in the areas of the deionic arcing lattice are made holes.

Description

Известен быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока (а.с. СССР №702421, МПК Н 01 Н 33/08), содержащий быстродействующий привод, контактную систему, катушки магнитного дутья и дугогасительное устройство.Known high-speed DC circuit breaker (AS USSR No. 702421, IPC N 01 N 33/08) containing a high-speed drive, contact system, magnetic blast coils and an arcing device.

Указанный выключатель не обладает достаточной коммутационной способностью для электрооборудования поездов постоянного тока.The specified switch does not have sufficient switching ability for electrical DC trains.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) является быстродействующий автоматический выключатель типа БВП-105А. (Цукало П.В., Просвирин Б.К., Эксплуатация электропоезда., Справочник. М.: Транспорт, 1994, с.32-33). Такими выключателями в настоящее время комплектуется электрооборудование электропоездов постоянного тока.The closest in technical essence to the claimed utility model (prototype) is a high-speed circuit breaker type BVP-105A. (Tsukalo P.V., Prosvirin B.K., Operation of an electric train. Handbook. Moscow: Transport, 1994, p. 32-33). These switches are currently equipped with electrical equipment for direct current trains.

Быстродействующий автоматический выключатель типа БВП-105А имеет расположенные в защитном кожухе пневматический привод, контактную систему, удерживающий электромагнит и дугогасительное устройство, состоящее из двух дугогасительных камер, охваченных магнитопроводами с дугогасительными катушками. Дугогасительная камера состоит из наружных стенок, перегородки, делящей камеру на две продольные узкие щели постоянного сечения, дугогасительных рогов и расположенной в верхней части деионной пламегасительной решётки, The BVP-105A high-speed circuit breaker has a pneumatic drive located in the protective casing, a contact system holding an electromagnet and an arcing device consisting of two arcing chambers covered by magnetic circuits with arcing coils. The arcing chamber consists of the outer walls, a partition dividing the chamber into two longitudinal narrow slits of constant cross section, arcing horns and located in the upper part of the deionic flame arrester,

предназначенной для охлаждения и деионизации раскаленных газов и предотвращения выброса пламени из камеры.designed to cool and deionize hot gases and prevent the release of flame from the chamber.

В дугогасительной камере с узкой щелью гашение дуги происходит за счет её растягивания и охлаждения на стенках камеры.In an arcing chamber with a narrow slit, the extinction of the arc occurs due to its expansion and cooling on the chamber walls.

Указанная конструкция быстродействующего автоматического выключателя с дугогасительным устройством в виде двух дугогасительных камер с узкой щелью не в полной мере обеспечивает требования по предельной коммутационной способности. Предельная коммутационная способность выключателей с дугогасительными камерами с узкой щелью не превышает 16 кА при индуктивности 5 мГн.The indicated design of a high-speed circuit breaker with an arcing device in the form of two arcing chambers with a narrow slit does not fully meet the requirements for ultimate switching capacity. The maximum switching capacity of switches with arcing chambers with a narrow gap does not exceed 16 kA with an inductance of 5 mH.

В соответствии с ГОСТ 9219-88 и техническими требованиями к защитным аппаратам возникает задача обеспечить надежную защиту электрооборудования поездов постоянного тока от токов короткого замыкания величиной 20 кА и более при индуктивностях 5, 10 и 15 мГн, при общем времени отключения не более 40 мс и при обеспечении величины перенапряжения не более 9 кВ, то есть обеспечить более высокую коммутационную способность выключателя, чем у прототипа.In accordance with GOST 9219-88 and technical requirements for protective devices, the task arises to provide reliable protection of electrical equipment for DC trains from short-circuit currents of 20 kA and more with inductors of 5, 10 and 15 mH, with a total shutdown time of not more than 40 ms and at providing an overvoltage value of not more than 9 kV, that is, to provide a higher switching ability of the circuit breaker than that of the prototype.

Для достижения указанного технического результата предлагается быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока, преимущественно для электрооборудования поездов постоянного тока, содержащий расположенные в защитном кожухе пневматический привод, контактную систему, удерживающий электромагнит, две дугогасительные To achieve the specified technical result, a high-speed DC circuit breaker is proposed, mainly for electrical equipment of DC trains, containing a pneumatic drive located in the protective casing, a contact system holding an electromagnet, two arcing

катушки с магнитопроводами и две дугогасительные камеры, содержащие стенки, между которыми закреплены дугогасительные рога, деионные дугогасительные решётки, вдоль деионных дугогасительных решёток установлены деионные пламегасительные решётки, а в стенках камер выполнены отверстия в зонах расположения деионных дугогасительных решёток.coils with magnetic circuits and two arcing chambers containing walls, between which arcing horns are fixed, deionic arcing arrays, deion extinguishing arrays are installed along deion arcing arrays, and openings are made in the chamber walls in the areas where deion arcing arrays are located.

Новым в заявляемой полезной модели является то, что в быстродействующем автоматическом выключателе, предназначенном для электрооборудования электропоездов постоянного тока, для повышения коммутационной способности при сохранении габаритно-установочных размеров выключателей вместо дугогасительных камер с узкой щелью применяются дугогасительные камеры с деионными дугогасительными решётками, имеющие отличительную особенность, а именно: в стенках дугогасительных камер выполнены отверстия в зонах расположения деионных дугогасительных решёток.New in the claimed utility model is that in a high-speed circuit breaker designed for electric equipment of direct current trains, to increase the switching ability while maintaining the overall installation dimensions of the circuit breakers, instead of arcing chambers with a narrow slit, arcing chambers with deionic arcing gratings are used, which have a distinctive feature, namely: in the walls of the arcing chambers holes are made in the zones of the deionic arrester ny lattices.

Во время гашения электрической дуги давление разогретого ионизированного газа внутри дугогасительной камеры создает аэродинамическое сопротивление, препятствующее движению дуги в сторону деионной дугогасительной решетки. Благодаря наличию отверстий в стенках дугогасительной камеры в зоне расположения деионных дугогасительных решёток, происходит разделение потока разогретого ионизированного газа, значительная часть которого выходит за пределы дугогасительной камеры через отверстия в боковых стенках камеры. Это существенно снижает аэродинамическое сопротивление движению дуги и улучшает вхождение дуги в деионную дугогасительную решетку.During the extinction of the electric arc, the pressure of the heated ionized gas inside the arcing chamber creates aerodynamic drag, which prevents the arc from moving towards the deionic arcing chamber. Due to the presence of openings in the walls of the arcing chamber in the area where the deionic arcing gratings are located, the flow of heated ionized gas is separated, a significant part of which extends beyond the limits of the arcing chamber through openings in the side walls of the chamber. This significantly reduces the aerodynamic resistance to the movement of the arc and improves the entry of the arc into the deionic arcing lattice.

Оптимальные условия, позволяющие электрической дуге беспрепятственно входить в деионную дугогасительную решетку, определяются соотношением электромагнитных и аэродинамических факторов. Вхождение дуги в деионную дугогасительную решетку обеспечивается силами взаимодействия между током в дуге и стальными The optimal conditions allowing the electric arc to freely enter the deionic arcing grid are determined by the ratio of electromagnetic and aerodynamic factors. The entry of the arc into the deionic arcing lattice is provided by the forces of interaction between the current in the arc and steel

пластинами. Когда электродинамические силы, действующие на дугу, недостаточны для ее вхождения в решетку, необходимо воздействие на дугу внешнего магнитного поля, создаваемого дугогасительными катушками.plates. When the electrodynamic forces acting on an arc are insufficient to enter the lattice, an external magnetic field created by the arcing coils must be applied to the arc.

Дугогасительная камера с деионными дугогасительными решетками имеет меньшие размеры по длине и высоте, чем дугогасительная камера с узкой щелью, что позволяет увеличить свободное пространство внутри защитного кожуха выключателя при сохранении общих габаритных размеров выключателя в целом. Увеличение свободного пространства внутри защитного кожуха выключателя повышает эффективность сброса избыточного давления газов в дугогасительной камере через отверстия в наружных стенках дугогасительной камеры.The arcing chamber with deionic arcing gratings is smaller in length and height than the arcing chamber with a narrow slit, which allows to increase the free space inside the protective casing of the circuit breaker while maintaining the overall overall dimensions of the circuit breaker as a whole. The increase in free space inside the protective casing of the switch increases the efficiency of the discharge of excess gas pressure in the arcing chamber through openings in the outer walls of the arcing chamber.

В результате применения в конструкции быстродействующих автоматических выключателей, предназначенных для электрооборудования поездов постоянного тока, дугогасительных камер с деионными дугогасительными решетками, в наружных стенках которых в зоне расположения деионных дугогасительных решёток выполнены отверстия, вместо дугогасительных камер с узкой щелью, достигается повышение коммутационной способности таких выключателей при сохранении их габаритно-установочных размеров.As a result of the use in the design of high-speed circuit breakers designed for the electrical equipment of DC trains, arcing chambers with deionic arcing gratings, in the outer walls of which holes are made in the area of the deionic arcing grating, instead of arcing chambers with a narrow gap, an increase in the switching capacity of such switches is achieved when maintaining their overall installation dimensions.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока, на фиг.2 - дугогасительная камера с деионными дугогасительными решётками.The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a high-speed DC circuit breaker, in Fig.2 - arcing chamber with deionic arcing lattices.

Быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока содержит пневматический привод 1; контактную систему, состоящую из неподвижного 2 и подвижного 3 контактов; удерживающий электромагнит, состоящий из магнитопровода 4, удерживающей катушки 5 и якоря 6; размагничивающие витки 7; отключающие пружины 8; дугогасительное устройство в виде двух дугогасительных катушек 9 с магнитопроводами, охватывающими две дугогасительные камеры 10; защитный кожух 11.High-speed DC circuit breaker contains pneumatic actuator 1; contact system consisting of fixed 2 and movable 3 contacts; a holding electromagnet consisting of a magnetic circuit 4, a holding coil 5 and an armature 6; demagnetizing turns 7; breaking springs 8; an arcing device in the form of two arcing coils 9 with magnetic circuits, covering two arcing chambers 10; protective cover 11.

Дугогасительная камера 10 содержит наружные стенки 12, выполненные из изоляционного материала. Между наружными стенками 12 закреплены дугогасительные рога 13, 14 и 15, под углом друг к другу установлены деионные дугогасительные решётки 16, и вдоль них на выходе из дугогасительной камеры 10 установлены деионные пламегасительные решётки 17.The interrupter chamber 10 comprises outer walls 12 made of insulating material. Arcing horns 13, 14 and 15 are fixed between the outer walls 12, deionic arcing lattices 16 are installed at an angle to each other, and deion flame arrears 17 are installed along the exit from the arcing chamber 10.

Деионные дугогасительные решётки 16 состоят из стальных пластин 18, между которыми имеются воздушные зазоры 19. Через воздушные зазоры 19 разогретый ионизированный газ выводится за пределы дугогасительной камеры 10.Deionic arcing lattices 16 consist of steel plates 18 between which there are air gaps 19. Through the air gaps 19, the heated ionized gas is discharged outside the arcing chamber 10.

В наружных стенках 12 дугогасительной камеры 10 в зонах расположения деионных дугогасительных решёток 16 имеются отверстия 20. В предлагаемом варианте отверстия 20 выполняют с размерами, соответствующими размерам деионных дугогасительных решёток 16 со стороны наружных стенок 12.In the outer walls 12 of the arcing chamber 10 in the areas where the deionic arcing gratings 16 are located, there are holes 20. In the proposed embodiment, the holes 20 are made with dimensions corresponding to the dimensions of the deionic arcing gratings 16 from the side of the outer walls 12.

Экспериментально установлено, что для предлагаемого варианта быстродействующего автоматического выключателя оптимальное число витков каждой дугогасительной катушки 9 должно составлять три витка.It was experimentally established that for the proposed version of the high-speed circuit breaker, the optimal number of turns of each arcing coil 9 should be three turns.

При заданном напряжении и заданных габаритных размерах дугогасительной камеры 10 для обеспечения погасания электрической дуги, возникающей в процессе коммутации в пределах деионных дугогасительных решёток 16, подбирают оптимальное количество стальных пластин 18 деионных дугогасительных решёток 16, их длину, ширину, а также расстояние между ними, которое определяет величину воздушного зазора 19, в соответствии с рекомендациями, изложенными в технической литературе (например, Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления, М. -Л., 1954, Гл. X).For a given voltage and specified overall dimensions of the arcing chamber 10, to ensure the extinction of the electric arc arising during the switching process within the deionic arcing gratings 16, the optimal number of steel plates 18 deionic arcing gratings 16, their length, width, and also the distance between them, which determines the size of the air gap 19, in accordance with the recommendations set out in the technical literature (for example, Bron OB Electric arc in the control apparatus, M.-L., 1954, Ch. X) .

Собранная дугогасительная камера 10 вставляется в направляющие пазы выключателя и крепится к раме выключателя болтами.The assembled arcing chamber 10 is inserted into the guide grooves of the switch and bolted to the switch frame.

Быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока при отключении работает следующим образом.A high-speed DC circuit breaker during shutdown works as follows.

При коротком замыкании происходит автоматическое отключение быстродействующего автоматического выключателя при помощи размагничивающих витков 7. Ток, протекающий через размагничивающие витки 7, создает магнитный поток, который направлен так, что происходит ослабление магнитного потока удерживающей катушки 5. Притяжение якоря 6 уменьшается настолько, что отключающие пружины 8 размыкают неподвижный 2 и подвижный 3 контакты выключателя.When a short circuit occurs, the high-speed circuit breaker automatically shuts off with the help of demagnetizing coils 7. The current flowing through the demagnetizing coils 7 creates a magnetic flux that is directed so that the magnetic flux of the holding coil 5 is weakened. The armature 6 is reduced so that the springs 8 open fixed 2 and movable 3 contacts of the switch.

Возникающая на неподвижном 2 и подвижном 3 контактах электрическая дуга под действием электромагнитного поля, создаваемого дугогасительными катушками 9, выдувается из пространства между неподвижным 2 и подвижным 3 контактами выключателя на дугогасительные рога 13, 14 и 15 дугогасительной камеры 10 и, растягиваясь вдоль деионных дугогасительных решеток 16, входит в эти решетки, разделившись на множество коротких дуг, и погасает в них.The electric arc arising at the fixed 2 and moving 3 contacts under the influence of the electromagnetic field created by the interrupter coils 9 is blown out of the space between the fixed 2 and the movable 3 contacts of the circuit breaker onto the arcing horns 13, 14 and 15 of the arcing chamber 10 and stretching along the deionic arcing gratings 16 , enters into these lattices, being divided into many short arcs, and goes out in them.

Возникающий в процессе гашения дуги разогретый ионизированный газ выводится за пределы дугогасительной камеры 10.The heated ionized gas arising in the process of extinguishing the arc is discharged outside the arcing chamber 10.

Часть разогретого ионизированного газа выводится за пределы камеры 10 через воздушные зазоры 19 между стальными пластинами в направлении движения дуги, а потом выходит за пределы камеры 10 через зазоры между пластинами деионных пламегасительных решёток 17.Part of the heated ionized gas is discharged outside the chamber 10 through the air gaps 19 between the steel plates in the direction of arc movement, and then goes beyond the chamber 10 through the gaps between the plates of deionic flame arresters 17.

Другая часть газа выводится за пределы камеры 10 через отверстия 20, выполненные в наружных стенках 12.Another part of the gas is discharged outside the chamber 10 through openings 20 made in the outer walls 12.

Движение ионизированного газа направлено в зоны выхлопа вверх, вниз и в боковые стороны, а не в зону неподвижного 2 и подвижного 3 контактов выключателя, что существенно облегчает вход дуги в деионные дугогасительные решетки 16 и её гашение.The movement of ionized gas is directed into the exhaust zones up, down and to the sides, and not into the zone of the fixed 2 and movable 3 contacts of the switch, which greatly facilitates the entry of the arc into the deionic arcing gratings 16 and its extinction.

Заявляемый выключатель достаточно прост в изготовлении и может быть изготовлен с помощью известных средств и методов, что позволяет The inventive switch is quite simple to manufacture and can be manufactured using known means and methods, which allows

сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «промышленная применимость».to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "industrial applicability".

Claims

High-speed DC circuit breaker, mainly for electrical equipment for DC trains, characterized in that it has a pneumatic drive located in the protective casing, a contact system holding an electromagnet, arcing coils with magnetic circuits and arcing chambers containing walls between which arcing horns, deionic arcing arcs are fixed gratings, deion flame arresting gratings are installed along deionic arcing gratings, and in the walls ah chambers are provided with holes in zones location deionnyh arc gratings.