SU849327A1 - Устройство дл коммутации сильноточныхцЕпЕй пОСТО ННОгО TOKA - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к устройствам дл  коммутации цепей посто нного тока, преимущественно сильноточных индуктивных цепей высокого напр жени , в частности к устройствам коммутации с использованием контактных и вентильных элементов и может быть использовано в качестве выкл ючателей на фидерах ж. д. посто нного тока 3,3 и 6,6 кВ, а также на фидерах промышленного и карьерного транспорта.

Известны устройства дл  коммутации цепей посто нного тока - электромагнитные выключатели посто нного тока, гашение тока в которых производитс  посредством дуги, возникающей на контактах аппарата после их размыкани . Действием магнитного пол  дуга загон етс  в специальную дугогасительную камеру, раст гиваетс  до критической величины и-гаснет 1.

Недостатки этих устройств при использовании их в сильноточных индуктивных цеп х высокого напр жени  заключаютс  вгромоздкости самих устройств, необходимости выделени  под их монтаж специальных  чеек большого объема и, в конечном итоге, в ненадежности отключени , обусловленной наличием внутри устройства мощной , длительное врем  гор щей дуги.

Дл  увеличени  надежности отключени  в последнее врем  на фидерах 3,3 кВ, электрических ж. Д. и карьерного транспорта соедин ют по два выключател  последовательно. Это еще более увеличивает размеры фидерных  чеек и приводит к по влению мощных длительных перенапр жений при отключении выключателей, в 3-4 раза превыщающих номинальное напр жение сети.

10

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл ютс  дугогасительные устройства, в которых гашение то .ка производитс  путем наложени  на ток в цепи встречного тока разр да коммутирующей емкости через тиристорный ключ. Дл  этого силовые контакты устройства снабжены небольшой камерой, оборудованной направл ющими рогами дл  движени  дуги, между которыми включена коммутирующа  емкость последовательно с тиристорным

20 ключом, и двум  дополнительными рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод. В момент отключени  цепи между силовыми контактами возникает дуга,- котора  вначале переходит на направл ющие рога, затем касаетс  дополнительных рогов и на участке камеры между ними отмирает, а ToR дуги переходит в диод . Последующим разр дом коммутирующей емкости привод т ток в цепи диода, а еледовательно , камеры к нулю, в результате чего восстанавливаетс  электрическа  прочность на участках камеры между направл ющими и дополнительными рогами и происходит окончательное гашение тока 2. Недостатки известных устройств заключаютс  в сложности . схемы управлени , необходимости использовани  управл емых вентилей (тиристоров), рассчитанных на большие токи и напр жени . Цель изобретени  - создание устройства дл  коммутации электрических цепей посто нного тока, обладающего простейшей схемой управлени  и не требующего применени  управл емых вентилей. Указанна  цель достигаетс  тем, что в камере известного устройства между упом нутыми дополнительными рогами, последовательно с диодом включена вакуумна  камера, а слева или справа от дополнительных рогов помещен короткий управл ющий электрод, между которым и дальним от дополнительным рогом включена емкость , причем длина управл ющего электрода выбираетс  такой, чтобы врем  подъема дуги в камере от момента касани  ею дополнительных рогов и до момента касани  управл ющего электрода было больше времени перехода дуги в вакуумную камеру и диод, и деионизации промежутка между дополнительными рогами. Введение в камеру короткого управл ющего электрода дает возможность автоматнчески , без помощи тиристорного ключа добитьс  того же эффекта, что и в схеме известного устройства, а именно ввести ток разр да емкости в цепь отключаемого тока встречно ему (в данном случае это происходит на участке камеры между управл ющим электродом и дальним от него дополнительным рогом), а затем, благодар  диоду, привести суммарный ток на этом участке камеры к нулю и удерживать в этом состо нии до тех пор, пока не восстановитс  электрическа  прочность межконтактного промежутка вакуумной камеры, обеспечивающа  разрыв цепи тока через камеру. Дл  упрощени  и уменьщени  потребной емкости, устройство снабжено резисторами, через которые обкладки емкости со стороны анода диода соединены с минусом источника , параллельно емкости включена дополнительно введенна  цепочка из диода и варистора, причем диод включен согласно с направлением коммутируемого тока, между емкостью и управл ющим электродом включена дополнительно введенна  индуктивность , а между источником питани  и коммутируемой линией включены диод И резистор, причем диод включен анодом со стороны минуса источника питани . Катушка привода -вакуумной камеры включена одним концом между емкостью и резистором , присоединенным к минусу источника питани  коммутируемой цепи, а вторым концом - к емкости, друга  обкладка которой присоединена к плюсу источника питани . На фиг. 1 показана принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - кривые токов и напр жений при работе устройства; на фиг. 3 дан пример исполнени  схемы устройства . Устройство состоит из небольшой камеры 1, у нижнего кра  которой размещены неподвижный 2 и подвижный 3 силовые контакты, соединенные с направл ющими рогами дл  движени  дуги, соответственно 4 и 5. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включены вакуумна  камера 8 и диод 9, а также короткий управл ющий электрод 10, между которым и дальним от него дополнительным рогом 6 включена емкость 11. Короткий управл ющий электрод 10 служит дл  автоматического введени  с помощью дуги тока разр да емкости 11 встречно току коммутируемой цепи на участке камеры между управл ющим электродом 10 и дальним от него дополнительным рогом 6. Вакуумна  камера служит дл  быстрого восстановлени  электрической прочности на участке цепи камеры между дополнительными рогами 6 и 7. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии емкость 1I с помощью зар дного устройства (на фиг. 1 не показано) зар жена до некоторого напр жени  с пол рностью, указанной на фиг. 1 без скобок, контакты 2 и 3 замкнуты. При отключении тока нагрузки или аварийного режима силовые контакты 2 и 3 размыкаютс , между ними по вл етс  дуга (на фиг. 1 показана пунктиром), котора  под действием поперечного магнитного пол , создаваемого одним из известных способов, поднимаетс  вверх, занима  последовательно положени  I, II, и III. При достижении дугой положени  И часть дуги на участке а-б отмирает, а ток дуги переходит в вакуумную камеру 8 и диод 9, поскольку падение напр жени  на участке дуги такой длины много больще, чем падение напр жени  на диоде 9. За врем  перехода дуги из положени  И в положение III на участке а-б камеры восстанавливаетс  электрическа  прочность и размыкаютс  контакты вакуумной камеры 8. В положении III дуга замыкает дополнительный рог 7 с электродом 10 и емкость 11 разр жаетс  по цепи И -10 (г-в) -7-9- 8-6-11 встречно коммутируемому току. При этом, благодар  наличию диода, суммарный ток на участке камеры 10 (г-в)-7-9-8-6 становитс  равным нулю и это состо ние длитс  до тех пор, пока напр жение на емкости сохран ет знак первоначального зар да. В это врем  происходит восстановление электрической прочности межконтактного промежутка вакуумной камеры 8, вследствие чего в дальнейшем на участке 7-6-(в-г) -10 камеры дуга уже не возникает. Поэтому, начина  с момента разр да емкости 1К и до момента окончательного гашени  тока, он проходит п6 внешней цепи, т. е. через емкость 11. Этот ток перезар жает емкость (пол рность напр жени  указана на фиг. 1 в скобках), а напр жение на емкости, в свою очередь, ограничивает ток и приводит его к нулю.

Тотчас восстанавливаетс  Электрическа  прочность на участке камеры 4-6 и 10-5 и происходит окончательное отсоединение и источника питани , и емкости от коммутируемой цепи.

После перезар дки емкости 11 до начального напр жени  с указанной на ,фиг. 1 пол рностью (без скобок) и замыканий контактов 2 и 3, устройство вновь готово к действию.

Предлагаемый процесс отключени  цепи иллюстрируетс  кривыми изменени  токов и напр жений фиг. 2, где i, in, ic-соответственно токи в коммутируемой цепи, через диод 8 и через емкость 10; Ug-io -напр жение между электродами 6 и 10, камеры; Uco - начальное напр жение на емкости 11; напр жение источника питани  коммутируемой цепи; О - начало короткого замыкани ; tn - начало расхождени  контактов 2 и 3; 1г - момент касани  дугой дополнительных рогов 6 и 7; переход тока дуги на участке а-б ч вакуумную камеру 8 и диод 9; t,3 - лзмент размыкани  контактов вакуумно камеры 8; 14 - момент касани  дугой лравл ющего электрода 10; прекращение протекани  пр мого тока через вакуумиую камеру 8 и диод 9; tj-14 - врем  протекани  обратного тока диода 9 через вакуумную камеру 8; tg - момент изменени  знака напр жени  на емкости 11; (it-ts) -врем , предоставл емое вакуумной камере 8 дл  восстановлени  электрической прочности межконтактного промежутка; if - момент отключени  цепи.

Пример выполнени  устройства по схеме фиг. 3 отличаетс  от принципиальной схемы фиг. 1 прежде всего тем, что с целью упрощени  схемы и автоматизации зар да емкости 11,пос.г1едн   присоединена к «плюс и «минус источника коммутируемой цепи через резисторы 12 и 13.

С той же целью катушка привода вакуумной камеры 8 присоединена одним концом к проводу, соедин ющему резистор 13 с емкостью И, а другим к емкости 14, другой конец которой присоединен к направл ющему рогу 4.

Дл  уменьшени  габаритов и стоимости устройства в качестве элементов, рассеивающих энергию запасенную в индук тивност х подстанции и коммутируемой цепи , использованы соответственно цепочка и; варистора 15 и диода 16, включенна  па раллельно емкости 11 схемы 13, причем диод включен согласно с направлением ки-и мутируемого тока, и цепочка из pe3ncTOp;j 7 и диода 18, включенна  между «мину.ом/ источника питани  и коммутируемой линией , причем к линии диод подключен катодом . Кроме того, дл  улучшени  переходного режима Диода по обратному току в провод, соедин ющий емкость 11 схемы с управл ющим электродом 10, включена индуктивность 19.

Устройство по фиг. 3 работает следующим образом.

В исходном состо нии емкости схемы 11 и 14 зар жены до напр жени  источника коммутируемой цепи с пол рностью, указанной на фиг. 3 (без скобок). Контакты 2 и 3 замкнуты. При отключении тока нагрузки или аварийного режима, например, при коротком замыкании в цепи в точке К, размыкаютс  силовые контакты 2 и 3 и на них по вл етс  дуга.

При достижении дугой положени  II часть дуги на участке а-б отмирает, а ток дуги переходит в вакуумную камеру 8 и диод 9. Одновременно с этим при достижении дугой положени  II емкости 14 разр жаетс  по цепи 14-4-а-6-8-14, где 8 - катущка привода вакуумной камеры, и приводит камеру 8 в действие.

За врем  перехода дуги из положени  II в положение III на участке а-б камеры восстанавливаетс  электрическа  прочность и размыкаютс  контакты вакуумной камеры (момент tj на фиг. 2.).

В положении III дуга замыкает дополнительный рог 7 с электродом 10 и емкость 11

разр жаетс  по цепи 11 -12-10-(в-г)-7

8-8-6-11 встречно коммутируемому току.

Благодар  наличию диода суммарный ток на участке камеры 10-(г-в)-7-9-8-6

становитс  равным нулю и это состо ние длитс  до тех пор, пока напр жение на емкости сохран ет знак первоначального зар да . Б это врем  и происходит восстановление электрической прочности межконтактного промежутка вакуумной камеры 8, вследствие чего в дальнейшем на участке 6-10 камеры дуга уже не возникает и ток проходит только по внешним участкам цепи.

В момент разр да 11 ток коммутируемой

цепи целиком проходит по ней и перезар жает ее. После перезар да напр жение на емкости приобретает пол рность, обратную напр жению источника питание цеli .i (па фиг. 3 показана в скобках), ток коммутируемой начинает уменьшатьс . На индуктивности коммутируемой цепи (на фиг. 3 показана пунктиром) по вл етс  напр жение, стрем щеес  поддержать уменьшающийс  ток i (пол рность напр жени  на индуктивности показана в скобках), вследствие чего открываетс  диод 18 и ток коммутируемой цепи if замыкаетс  по контуру LJ-R-J.-К (место к.з)18-17 . а энерги , накопленна  в индуктивпости L-J-, рассеиваетс  в сопротивлени х RT и резисторе 17.

Ток , протекающий по емкости схемы , фож)лжает перезар жать ее. Однако как только напр жение на емкости станет равно напр жению открыти  варистора 16, рост напр жени  на емкости прекращаетс , ток из емкости переключаетс  в цепочку 15-16 (); ограничиваетс  ею, приводитс  к нулю п прерываетс . При этом в варисторе 15 рассеиваетс  энерги , накопленна  в индуктивности подстанции Ln на фиг. 3 показана пунктиоом).

После погасани  тока восстанавливаетс  электрическа  прочность на участках , камеры 4-6 и 10-5, а источник напр жени  коммутируемой цепи Vdo кость 1 оказываютс  отсоединенными от коммутируемой цени. Далее в течение некоторого времени через резисторы 12 и 13 происходит перезар д емкостей схемы 11 и 14 до напр жени  Vc((, с пол рностью, указанной на фиг. 3 (без скобок), после чего .могут быть замкнугы контакты 2 и 3 и устройство вновь готово к действию.

Введение в камеру управл ющего электрода и подключение между дополнительными рогами пос.Ндовательно с диодом вакуумной камеры выгодно отличает предлагаемое устройство от известного.

Этим достигаетс  полный автоматизм действи  устроксгва, исключаетс  необходимость использовани  в нем управл е.мых вентилей (тиристоров) со сложной схемой управлени  и, тем самым, существенно повышаетс  надежность действи  устройства и улучшаютс  его габаритностоимостные показатели.

Формула, изобретени 

Claims (3)

1. I. Устройство дл  коммутации сильноточных цепей посто пного тока, преимущественно цепей высокого напр жени , содержащее силовые контакты, камеру с двум  направл ющими рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод в направлении, совпадающем с направлением тока в коммутируемой цепи, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  надежности действи  устройства и улучшени  его габаритостоимостных показателей, оно снабжено вакуумной камерой, котора  включена между упом нутыми дополнительными рогами последовательно с диодом , а слева или справа от упом нутых дополнительных рогов введен короткий управл ющий электрод, между которым и дальним от него дополнительным рогом включена емкость, причем длина управл ющего электрода выбираетс  такой, чтобы

   5 врем  подъема дуги в камере от момента касани  ею дополнительных рогов и до момента касани  управл ющего электрода было больще времени перехода дуги в диод и деионизации промежутка между дополнительными рогами.
2. 2.Устройство по п. 1 отличающеес  тем, что, с целью упрощени  и уменьшени  потребной емкости, оно снабжено резистора.ми, через которые обкладки емкости соединены с источником питани  коммутируемой цепи,

   5 причем обкладки емкости со стороны анода диода соединены с минусом источника, параллельно емкости включена дополнительно введенна  цепочка из диода и варистора , причем диод включен согласно с направлением . коммутируемого тока, между емкостью и управл ющим электродом включена дополнительно введенна  индуктивность, а между минусом источника питани  и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора, причем диод включен анодом со стороны минуса источника питани  коммутируемой цепи.
3. 3.Устройство по п. 1 и п. 2, отличающеес  тем, что катушка привода вакуумной

   камеры включена одним концом между емкостью и резистором, присоединенным к минусу источника питани  коммутируемой цепи, а вторым концом к дополнительно введенной емкости, друга  обкладка кото . рой присоединена к плюсу источника пита ни .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели М-Л.,

   «Энерги , 1964, г. 238.

   2.Авторское свидетельство по за вке № 2624891/07, кл. Н 01 Н 33/04,09.01.79.

   R

   / f /tOHffy/ 7l/ y емоа tfgnu

   Ul.i -