SU748546A1 - Устройство дл коммутации электрических цепей посто нного тока - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение отноритс  к электротехнике, а именно к устройствам коммутации цепей посто нного тока, преимущественно сильноточных цепей высокого напр жени , в частности, к устройствам коммутации с использованием контактных и вентильных элементов , и может быть использовано в качестве выключателей на фидерах ж. д. посто нного тока (трамвай, метро, магистральные и пригородные ж. д. 3w3 и 6,6 кВ, карьерный транспорт), на фидерах подстанций электролизных цехов и прокатных станов. Ю

Известны устройства дл  коммутации цепей посто нного тока - электромагнитные выключатели посто нного тока, гашение тока в которых производитс  через посредство Дуги, возникающей на контактах аппарата после их размыканий. Действием маг- нитного пол  дуга загон етс  в специальную дугогасительную камеру, раст гиваетс  до критической величины и гаснет 1.

Недост атки этого типа устройств при использовании их в сильноточных цеп х 20 высокого напр жени  заключаютс  в громоздкости самих устр ойств, необходимости выделё ни  под их монтаж специальных  чеекг большого объема и, в конечном итоге, в

ненадежности отключени , св занной с наличием внутри устройства мощной длительное врем  горб щей дуги. Поэтому на фидерах электрических ж. д., а также на фидерах карьерного транспорта 3,3 кВ дл  увеличени  отключающей способности (увеличени  длины дуги) соедин ют по два выключател  последовательно.

Наиболее близким к нзобретениК техническим решением  вл етс  дугогасительное устройство, в котором последовательно с: силовым контактом включен диод, а вс  цепочка из контакта и шуйтйрбйаиа коммутирующей цепочкой, состо щей из емкости, индуктивности и ключа. При необходимости oтклю tить цепь замыкают ключ и разр жают предварительно зар женную емкость устройства на внешнюю цепь. На врем , пока конденсатор устройства сохран ет первоначальный знак зар да, ток в цепи диода и контактов отсутствует. Это и дает возможность буз дуги разомкнуть силовой контакт 2J.

Недостаток устройства заключаетс  в том, что дл  сильноточных цепей высокого напр жени  практическое выполнение устройства оказываетс  технически нецелесообразным . Это объ сн етс  тем, что дл  таких цепей диод схемы в действнтель ности вырождаетс  в р д параллельных цепочек с большим количеством диодов в каждой из них, что в целом приводит к большим габаритам, значительной стоимости устройства и большим потер м энергии в нем от рабочего тока. Кроме того, при таком исполнении устройство тер ет двустороннюю проводимость устройства.

Цель изобретени  - создание устройства дл  коммутации сильноточных цепей посто нного тока высокого напр жени , не требующего дл  гашени  дуги мощной дугогаснтельной кймеры, обладающего малыми габаритами, умеренной стоимостью, незначительными потер ми энергии от рабочего тока и двусторонней проводимостью.

Указанна  цель достигаетс  тем, что силовые контакты устройства снабжены небольшой камерой с двум  налравл ющими рогами дл  движени  дуги, и двум  дополнительными рогами в центральной части камеры, причем между направл ющими рогами встречно к напр жению цепи включен управл емый шунтнрующий вентиль, между дополнительными рогами - упом нутый диод.

В св зи с этим при нормальном рабочем режиме диод оказываетс  исключенным из схемы устройства и оно работает как обычный выклк)чатель, име  малые потери энергии и облада  двусторонней проводимостью. При отключении же тока между контактами устройства кратковременно возникает коротка  дуга, котора , вход  в , вводит в цепь тока диод, и далее, после включени  коммутирующей цепочки и щунтнрующёго вентил , гаснет.

При коротком времени протекани  тока через диод может быть использована его перегрузочна  способность (по величине тока 20-30 превосход ща  номинальный ток), поэтому количество параллельных цепочек реальных диодов устройства существённо сокращаетс , по этой же причине очень компактным получаетс  и шунтирующий управл емый вентиль. Устройство в целом получаетс  малых габаритов и умеренной стоимости.

Возможны варианты устройства с упрощенными камерами, имеющими один дополнительный рог в центральной части камеры. В этом случае диод включаетс  между дополнительным рогом и одним из направл ющих рогов.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема устройства; на фнг. 2а и 26 - кривые токов и Иапр женнй при работе устройства, соответсФвенио; на фиг. 3 - пример исполнени  схемы устройства; на фиг. 4 а и 4 б - два варианта исполнени  упрощенных камер устройства.

Устройство состоит из небольшой дугогасительной камеры 1, у нижиего кра  которой размещены неподвижный 2 и подвижный 3 силовые контакты, соедииеиные с наЬравл кшими рогами 4 и 5 дл  движени  дуги. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включен диод 8. К Иапраол ющим рогам присоединены коммутирующа  цепочка , состо ща  из последовательно включенных управл емого вентил  9, емкости 10 и индуктивности 11, и шунтирующий управл емый вентиль 12.

Как и в обычном выключателе контакты 2 и 3 служат дл  возбуждени  дуги, направл ющие рога 4 и 5 -- дл  направлени  движени  дуги вверх по камере, дополнительные рога б и 7- дл  перехвата дуги и введени  диода в цепь тока. По этой причине рассто ние между дополннтельными рогами выбрано таким, чтобы падеиие иапр жени  иа длине дуги, равной этому рассто нию , было больше падени  иапр жеии  иа диоде в провод щем направлении. Коммутирующа  цепочка (9, 10 и 11) и шунтирующий 1веитиль 12 служат дл  гашеии  дуги и тока цепи после введени  диода В цепь тока.

Устройство работает следующим образом.

Claims (2)

1. В момент размыкани  силовых контактов между ними возникает дуга (иа фиг. 1 показана пунктиром), котора  под действием поперечного магнитного пол , создаваемого одним из известиых способов, поднимаетс  bBepXi занима  последовательно положени  I, И и 1П. При переходе дугИ из положени  II в положение 111 часть ее на участке а-б отмирает, поскольку падение напр жени  на участке дуги такой длины больше, чем падеиие напр жени  на диоде 8, в зоиё камеры восстанавливаетс  электрическа  прочность и ток цепи протекает только через диод. В момент, когда Дуга занимает положение 111, открываетс  управл емый вентиль 9, происходит разр д емкостИ 10, тем Или иным способом предварительно зар женной до высокого иапр }кени  с пол рностью , указаиИой иа фиг. 1 (без скобок). Ток разр да проходит по участкам дуги III и через диод в иаправленИи, обратном направлению отключаемого тока, так что суммарный ток через камеру становитс  равным нулю. В этот момент или непосредственно перед ним открываетс  щунтирующий диод 12 и напр жение между контактами 2 и 3, равно как н между иаправл 19Щими рогами 4 и 5, становитс  равиым падению иапр жеин  на шуИтирующем вентиле. В св зи с этим начинает интенсивно развиватьс  процесс д(ириизации остатков плазмы на месте участков III и восстановление электрической прочности межкоитактного промежутка и камеры в целом. Хот  с указанного момбита контакты . устройства уже обесто чены, отключени  тока в цепи еще не произошло . Ои продолжает протекать по комs мутирующей цепи, сначала разр жа   о мул . а потом перезар жа  конденсатор (пол рность в ), и, в конце концов. под действием напр жени  на емкости y6t,iвает до нул . В момент, когда напр жение на емкости мен ет знак, закрываетс  шунтирующий веитиль 12.а в момент достижени  нул  тока в цепи - вентиль коммутирующей цепочки 9. На фиг. 2 а показаны кривые тока в цепи и через диод (заштриховано): на фиг. 26 - кривые напр жений на контактах устройства, В указанные на фиг. 2 моменты времени происходит: t, -размыкание контактов, дуга занимает положение I; tj -дуга занимает положение II, ток начинает проходить через диоД; tj-ta-дуга на участке а-б отмирает, в зоне а-б восстанавливаетс  электрическа  прочность и ток цепи протекает только через диод; tj -дуга занимает положение Hi, открываетс  коммутирующий вентиль 9; t - ток в цепи диода спадает до нул , открываетс  щунтирующий вентиль 12; tj -ток в отключаемой цепи достигает максимума, напр жение в межконтактном промежутке мен ет знак, закрываетс  шунтирующий вентиль 12; t, -ток в отключаемой цепи спадает до нул , на перезар женной емкости максимум напр жени , закрываетс  коммутирующий вентиль 9., Отрезок времени At t j - t есть врем , отводимое на деионизацию камеры. В течение этого отрезка времени ток через диод равен нулю, на камере поддерживаетс  незначительное напр жение, равное падению напр жени  на шунтирующем вентиле. Пример исполнени  устройства по фиг. 3 отличаетс .от принципиальной схемы (фиг. I) наличием разреза у рога 7, дел щего его .на две секции 7и 7 наличием шунтирующего управл емого вентил  12, включенного параллельно коммутирующе цепочке встречно напр жению сети, трансформатора 13 с обмотками смещени  Wj., первичной W i, включенной между секци ми вспомогательного рога 7 и 7, вторичными Wj. и Wj. подключенными между управл юЩ1 1ми электродами и катодами соответственно коммутирующего и шунтирующего вентилей через формирующие цепочки 14 соответственно из диода и стабилитрона, а также наличием варистора 15, включенного параллельно коммутирующей цепочке, и контакта 16 в цепи коммутирующей цепочки. Диод в этом случае подключен между э - омогательным рогом 6 и нижней секцией 7 рога 7. Трансформатор 13. предназначен дл  автоматического открывани  коммутирующего 9 и шунгирукмцесо 12 .1ей, паристор 15 поставлен дл  умеиыпгин  шлнмини потребной емкости 10 и {Мрг1ничени  nvpcнапр жений между контактами 2 и 3 в процессе отключени , а дополиитольмые контакты И) -- дл  полного отс{к /11И1епи  источника питани  коидеис тора и Жммутнрующей цепочки 10 от отключенной части цепи. Устройство (фиг. 3) работает следующим образом. После размыкани  силовых контактов, по влени  дуги и перехода ее в положение II через диод 8 начинает протекать ток. К моменту перемещени  дуги в положение 111 дуга на участке а-б отмерла, в зоне а-б восстановилась электрическа  прочность и ток цепи протекает только через диод. При достижении дугой положени  III она перемыкает разрез рога 7 и часть тока дуги начинает проходить через насыщающийс  трансформатор 13 и он перемагничиваетс . На вторичных обмотках трансформатора Wj и Wj по вл етс  напр жение. Пол рность напр жени  на обмотке такова, что оно открывает управл емый вентиль 9. Происходит разр д предварительно зар женной емкости 10 через участки дуги III, трансформатор и диод в направлении, обратном направлению отключаемого тока. Когда суммарный ток черездиод становитс  равным нулю, трансформатор 13 перемагничиваетс  в обратном направлении, на вторичнь1х обмотках Wjj и Wj трансформатора вновь по вл етс  напр жение. Пол рность напр жени  Fia обмотки Wj теперь такова, что оно отрывает щунтирующий вентиль 12, вследствие чего падает до малой величины напр жение между направл ющими рогами 4 и 5 и начинает интенсивно развиватьс  процесс деионизации остатков плазмы на месте участков III и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка и камеры в целом. Таким образом, начина  с этого момента, контакты устройства уже обесточены. Однако в отключаемой цепи еще протекает ток, замыкающийс  через коммутирующую цепочку. Вынуждаемый индуктивностью цепи, этот ток перезар жает емкость 10, напр жение на ней растет и при достижении напр жени  открыти  варистора последний переключает ток цепи на себ . Управл емый вентиль 9 закрываетс . По мере рассе ни  энергии цепи в варисторе ток цепи уменьшаетс  и, наконец, становитс  равным нулю. В заключение дополнительные контакты 16, сблокированные с контактом 3 и имеющие по отношению к нему выдержку времени на срабатывание, отключают источник питани  и конденсатор коммутирующей цепочки от отключе1п«)й части цепи. На фиг. 4 показаны варианты упрощенных камер устройства, в которых в центральной части камеры размещен лишь один до полнительный рог, разрезанный на две секции 6 н причем диод включен между нижней секцией дополнительного рога и одним из направл ющих рогов. На фиг. 4 а диод 8 включен между нижней секцией дополнительного рога 6 и направл ющим рогом 5, соединенным с отрицательным полюсом источника напр жени . На фиг. 4 б диод включен между нижней секцией дополнительного рога D и направл ющим рогом 4, соединенным с положительным полюсом источника напр жени . Работа устройства с такими упрощенными Камерами принципиально не отличаетс  от работы устройства по фиг. 1, однако наличие гальванической св зи диода с истрчникбм напр жени  делает такие упрощенные камеры менее предпочтительными чем показанные на фиг. 1. Формула изобретени  1. Устройство, дл  коммутации электрических цепей посто нного трка, преимущественно высокого напр жени , содержащее силовые контакты, коммутирующую цепочку из последовательно соединенных емкости, индуктивности и управл емого коммутирующего вентил ,; а также диод в цепи гащени  тока, отличающеес  тем, что с целью сокращени  габаритов устройства, его стоимости и потерь энергии, силовые контакты снабжены камерой с направл ющими рогами дл  движени  дуги и двум  дополнительными рогами в центральной части камеры, между направл ющими- рогами встречно к напр жению цепи включен дополнительно введенный управл емый щунтирующий вентиль , а между дополнительными рогами - упом нутый диод, причем рассто ние между дополнительными рогами выбраио таким, чтобы падеиие напр жени  на длине дуги, равной этому рассто нию, было больще падени  напр жени  на диоде в провод щем направлении. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  процесса управлени  устройством, одии из дополнительных рогов камеры выполнеИ разрезанным на две секции, причём диод присоединен к нижней из них, а между секци ми включен дополнительно введенный насыщающийс  транс форматор с обмоткой смещени  и двум  разнопол рными вторичными обмотками, одна из которых присоединена к управл ющему электроду и катоду коммутирующего вентил , а друга  - к управл ющему электроду и катоду щунтирующего вентил . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели. сЭнерги , 1964.
2. 2.Авторское свидетельство СССР №384866, кл. Н 01 Н 33/59. 1965 (прототип). ,

   -h

   о)

   )

   Ui