SU853688A1 - Устройство дл коммутации сильно-ТОчНыХ цЕпЕй пОСТО ННОгО TOKA - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО дл  КОММУТАЦИИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ЦЕПЕЙ посто нного ТОКА

I

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.

Предлагаемое устройство может быть использовано в качестве выключателей на фидерах железных дорог 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 , возникаюшей на контактах аппарата после их размыкани  1. Действием магнитного пол  дуга загон етс  в специальную дугогасительную камеру, раст гиваетс  до критической величины и гаснет.

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

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству  вл етс  устройство дл  коммутации сильноточных

5 депей посто нного тока, в котором силовые контакты устройства снабжены небольшой камерой, оборудованной направл ющими рогами дл  движени  дуги, между которыми включен коммутирующий конденсатор последовательно с тиристорным 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,

5 затем касаетс  дополнительных рогов и на участке камеры между ними гаснет, а ток дуги переходит в диод 2.

Claims (2)

1. Последующим разр дом коммутирующего конденсатора привод т ток в цепи диода и, следовательно, камеры, к нулю, в результате чего восстанавливаетс  электрическа  прочность на участках камеры между направл ющими и дополнительными рогами и происходит окончательное гащение дуги. Недостаток известного устройства заключаетс  в сло йости схемы управлени  и необходимости использовани  управл емых вентилей (тиристоров), рассчитанных нц большие токи и напр жени . Целью изобретени   вл етс  повышение надежности устройства и улучшение его габаритно-стоимбстных показателей. Это достигаетс  тем, что устройство снабжено управл юш,им электродом, который установлен в камере слева и справа от дополнительных рогов, между управл юшим электродом и дальним от него дополнительным рогом включен коммутирующий конденсатор , причем длина управл ющего электрода выбрана такой чтобы врем  подъема дуги в камере от момента касани  ею двух дополнительных рогов и до момента касани  управл ющего электрода было больше времени перехода дуги в диод и депонизации промежутка между двум  дополнительными рогами. Введение в камеру короткого управл ющего электрода дает возможность автоматически , без помощи тиристорного ключа, ввести ток разр да конденсатора 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 суммарный ток на этом участке камеры привести к нулю и удерживать в этом состо нии до тех пор, пока не прочность восстановитс  электрическа  этого участка камеры, обеспечивающа  последующий разрыв цепи после перезар да коммутирующего конденсатора. Возможны варианты устройства с упрощенными Камерами, имеющими один дополнительный рог и управл ющий электрод. В этом случае диод включаетс  между дополнительным рогом и ближним к нему направл ющим рогом, а конденсатор с зар дным устройством - между этим же направл ющим рогом и управл ющим электродом. Дл  упрощени  схемы устройства и уменьшени  емкости коммутирующего конденсатора оно снабжено дополнительными резисторами, цепочкой из последовательно соединенных диода и варистора, индуктивным элементом и цепочкой из последовательно соединенных диода и резистора, причем обкладки коммутирующего конденсатора через дополнительные резисторы соединены с источником питани  коммутируемой цепи , цепочка из диода и варистора включена параллельно коммутирующему конденсатору а диод этой цепочки включен согласно с направлением коммутируемого тока, индуктивный элемент включен между коммутирую щим конденсатором и управл ющим электродом , а между минусом источника питани  и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединенных диоДа и резистора , при этом диод этой цепочки включен анодом к минусу источника питани  коммутируемой цепи. На фиг. 1 показана принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - кривые токов и напр жений при работе устройства; на фиг. 3 - варианты принципиальных схем устройства; на фиг. 4 - пример исполнени  схемы устройства. Устройство (фиг. 1) состоит из небольщой дугогасительной камеры 1, в нижней части которой размещены неподвижный 2 и подвижный 3 силовые контакты, соединенные соответственно с направл ющими рогами 4 и 5 дл  движени  дуги. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включен диод 8, и короткий управл ющий электрод 9, между которьш и дальним от него дополнительным рогом 6 включен конденсатор 10. Короткий управл ющий электрод 9 служит дл  автоматического введени  с помощью дуги тока разр да конденсатора 10 встречно току коммутируемой цепи на участке камеры между управл ющим электродом 9 и дальним от него дополнительным рогом 6. Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии конденсатор 10 с помощью зар дного устройства (на чертежах не показано) зар жен до некоторого напр жени  с пол рностью, указанной на фиг. 1 и 4 (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, под нимаетс  вверх, занима  последовательно положени  А, Б и В. При достижении дугой дополнительных рогов 6 и 7 часть дуги на участке а-б гаснет, а ток дуги переходит В ДИОД 8, поскольку падение напр жени  на участке дуги такой длины много больше, чем падение напр жени  на диоде 8. В момент, когда дуга занимает положение В в зоне а-б камеры восстанавливаетс  электрическа  прочность. В положение В дуга замыкает дополнительный рог 7 с электродом 9 и конденсатор 10 разр жаетс  по цепи: конденсатор 10 - электрод 9 - участок в - г - рог 7 диод 8 - рог 6 - конденсатор 10 встречно коммутируемому току. При этом благодар  наличию диода суммарный ток на участке камеры: электрод 9 - участок г - в - рог 7 ДИОД 8 - рог 6. становитс  равным нулю и это состо ние длитс  до тех пор, пока напр жение на конденсаторе сохран ет знак первоначального зар да. В это врем  происходит восстановление электрической прочности камеры на участке в-г, вследствие чего в дальнейшем на участке в-г камеры дуга уже не возникает. Поэтому, начина  с момента разр да конденсатора и до момента окончательного отключени  тока, ток проходит п.о внешней цепи, т.е. через конденсатор 10. Этот ток перезар жает конденсатор (пол рность напр жени  указана на фиг. 1 в скобках), а напр жение на конденсаторе ограничивает ток и приводит его к нулю. При этом восстанавливаетс  электрическа  прочность на участках камеры: рог 4 - рог 6 - электрод 9 - рог 5 и происходит окончательное отсоединение источника питани  и конденсатора от коммутируемой цепи . После перезар да конденсатора 10 до начального напр жени  с указанной на фиг. 1 пол рностью (без скобок) и замыкани  контактов 2 и 3 устройство вновь готово к действию. Описанный процесс отключени  цепи иллюстрируетс  кривыми изменени ми токов и напр жений на фиг. 2, где i, ia, ic - соответственно токрГ в коммутируемой цепи через диод 8 и конденсатор 10; -напр жение между рогом 6 и электродом 9 камеры; -начальное напр жение на конденс торе; -напр жение источника питани  коммутируемой цепи; -начало короткого замыкани ; -начало расхождени  контактов 2 и 3; -момент касани  дугой дополнительных рогов 6 и 7, переход тока дуги на участке а-б в диод 8; -момент касани  дугой управл ю щего электрода 9, прекращение тока через диод 8 и горени  дуги на участке в-г;. -момент изменени  знака напр жени  на конденсаторе 10; ( ) - врем , предоставл емое дл  восстановлени  электрической прочности на участке в-г камеры; tj-момент отключени  цепи. На фиг. 3 показаны варианты устройства отличающиес  тем, что его камеры имеют один дополнительный рог и управл ющий электрод. На фиг. За диод включен между дополнительным рогом 6 и ближайшим к нему направл ющим рогом 5, св занным с коммутируемой линией, а конденсатор - между этим же рогом 6 и управл ющим электродом 9. На фиг. 36 диод включен между дополнительным рогом 7 и ближайшим к нему направл ющим рогом 4, св занным с источником питани , а конденсатор - между этим же рогом 7 и управл ющим электродом 9. Устройство, изображенное на фиг. 4, отличаетс  от принципиальной схемы, показанной на фиг. 1, тем, что дл  упрощени  схемы и автоматизации зар да конденсатора 10 последний присоединен к клеммам «-ь и «- источника коммутируемой цепи через резисторы 11 и 12. Дл  уменьшени  габаритов и стоимости устройства в качестве элементов , рассеивающих энергию, накопленную в индуктивност х подстанции и коммутируемой цепи, использованы соответственно цепочка из варистора 13 и диода 14, включенна  параллельно конденсатору 10, причем диод включен согласно с направлением коммутируемого тока, и цепочка из резистора 15 и диода 16, включенна  между минусом 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 конденсатор 10 с управл ющим электродом 9, включен индуктивный элемент 17. Устройство работает следующим образом В исходном состо нии конденсатор 10 зар жен до напр жени  источника коммутируемой цепи с пол рностью, указанной на фиг. 4 (без скобок). Контакты 2 и 3 замкнуты . При отключении тока нагрузки или аварийном режиме, например при коротком замыкании в цепи (в точке К), размыкаютс  силовые контакты и на них по вл етс  дуга. При достижении дугой положени  Б часть дуги на участке а-б гаснет, а ток дуги переходит в диод 8. За врем  перехода дуги из положени  Б в положение В на участке а-б восстанавливаетс  электрическа  прочность. В положении В дуга замыкает Дополнительный рог 7 с электродом 9 и конденсатор 10 разр жаетс  до цепи: конденсатор 10- электрод 9-участок г-в-рог 7-диод 8-рог 6-конденсатор 10 встречно коммутируемому току. Благодар  наличию диода суммарный ток на участке камеры: электрод 9-участок г-в-рог 7-диод S-рог б становитс  равным нулю и это состо ние длитс  до тех пор, пока напр жение на конденсаторе сохран ет знак первоначального зар да. В это врем  и происходит восстановление электрической прочности в камере на участке в-г, вследствие чего в дальнейшем на участке в-г камеры дуга уже не возникает и ток может проходить только по внешним участкам цепи. Вначале в момент разр да конденсатора ток коммутируемой цепи целиком проходит по конденсатору 10 и перезар жает его. После перезар да напр жение на конденсаторе приобретает пол рность, обратную напр жению источника питани  цепи (на фиг. 4 показана в скобках), ток коммутируемой цепи начинает уменьшатьс . На индуктивности коммутируемой цепи (на фиг. 4 показано пунктиром) по вл етс  напр жение , стрем щеес  поддержать уменьшающийс  ток IT (пол рность напр жени  на индуктивности показана в скобках), вследствие чего открываетс  диод 16 и ток коммутируемой цепи ip замыкаетс  по контуру: место к.з. - резистор 15- диод 16, а энерги  накопленна  в индуктивности коммутируемой цепи, рассеиваетс  в сопротивлени х цепи и резисторе 15. Ток i it, протекающий через конденсатор , продолжает перезар жать его. Однако как только напр жение на конденсаторе станет равно напр жению открыти  варистора 13, рост напр жени  на конденсаторе прекращаетс , ток из конденсатора переключаетс  в цепочку: варистор 13 - диод 14, ограничиваетс  ею, приводитс  к нулю и прерываетс . При этом в варистаторе 13 рассеиваетс  энерги , накопленна  в индуктивности подстанции (на фиг. 4 показана пунктиром). После погасани  тока i i,. восстанавливаетс  электрическа  прочность на участках камеры: рог 4-рог 6 и электрод 9- рог 5, а источник напр жени  коммутируемой цепи Udo и конденсатор 10 оказываютс  отсоединенными от коммутируемой цепи. Далее в течение некоторого времени через резисторы 11 и 12 происходит перезар ды конденсатора 10 до напр жени  Uj, с пол рностью , указанной на фиг. 4 (без скобок) после чего могут быть замкнуты контакты 2 и 3 и устройство вновь готово к действию. Формула изобретени  1. Устройство дл  коммутации сильноточных цепей посто нного тока, преимущественно цепей высокого напр жени , содержащее силовые контакты, коммутирующий конденсатор, камеру с двум  направл ющими рогами дл  движени  дуги и с двум  дополнительными рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод в направлении, совпадающем с направлением тока в коммутируемой цепи, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежR

   Ь )

   / rff/f fa7Vjry ewif yeffff ности устройства в работе и улучшени  его габаритно-стоимостных показателей, оно снабжено управл юшим электродом, который установлен слева или справа от дополнительных рогов, между управл ющим электродом и дальним от него дополнительным рогом включен коммутирующий конденсатор, причем длина управл ющего электрода выбрана 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 диод и деионизации промежутка между дополнительными рогами. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  схемы устройства и уменьшени  емкости коммутирующего конденсатора, оно снабжено дополнительными резисторами, цепочкой из последовательно соединенных диода и варистора, индуктивным элементом и цепочкой из последовательно соединенных диода и резистора, причем обкладки коммутирующего конденсатора через дополнительные резисторы соединены с источником питани  коммутируемой цепи, цепочка из диода и варистора включена параллельно коммутирующему конденсатору, а диод этой цепочки включен согласно с направлением коммутируемого тока, индуктивный элемент включен между коммутирующим конденсатором и управл ющим электродом, а между минусом источника питани  и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора, при этом диод этой цепочки включён анодом к минусу источника питани  коммутируемой цепи. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели. М.-Л. Энерги , с. 138, 1964.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2624892/24-07, кл. Н 01 Н 33/12, 1978. /

   /