Устройство для коммутации сильноточныхцепей постоянного toka

Устройство для коммутации сильноточныхцепей постоянного toka

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккк

Соцкалкстическкк

Респубпмк

„„849327 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.10.79 (21) 2822954/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 01 Н 33/04

Н 01 Н 9/30

Гоеударстееннык комитет

СССР

IIo делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.07.81. Бюллетень №27

Дата опубликования описания 28.07.81 (53) УДК 621.316..54 (088.8) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИЛЬНОТОЧНЫХ

ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации цепей постоянного тока, преимущественно сильноточных индуктивных цепей высокого напряжения, в частности к устройствам коммутации с использованием контактных и вентильных элементов и может быть использовано в качестве выключателей на фидерах ж.д. постоянного тока 3,3 и 6,6кВ, а также на фидерах промышленного и карьерного транспорта.

Известны устройства для коммутации цепей постоянного тока — электромагнитные выключатели постоянного тока, гашение тока в которых производится посредством дуги, возникающей на контактах аппарата после их размыкания. Действием магнитного поля дуга загоняется в специальную дугогасительную камеру, растягивается до критической величины и -гаснет (1).

Недостатки этих устройств при использовании их в сильноточных индуктивных це пях высокого напряжения заключаются в громоздкости самих устройств, необходимости выделения под их монтаж специальных ячеек большого объема и, в конечном итоге, в ненадежности отключения, обусловленной наличием внутри устройства мощной, длительное время горящей дуги.

Для увеличения надежности отключения в последнее время на фидерах 3,3 кВ, электрических ж. д. и карьерного транспорта соединяют по два выключателя последовательно. Это еще более увеличивает размеры фидерных ячеек и приводит к появлению мощных длительных перенапряжений при отключении выключателей, в 3 — 4 раза превышающих номинальное напряжение тО сети

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являются дугогасительные устройства, в которых гашение то.ка производится путем наложения на ток в цепи встречного тока разряда коммутирую1 щей емкости через тиристорный ключ. Для этого силовые контакты устройства снабжены небольшой камерой, оборудованной на.правляющими рогами для движения дуги, между которыми включена коммутирующая емкость последовательно с .тиристорным ключом, и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод. В момент отключения цепи между силовыми контактами возника849327 состоянии до тех пор, пока не восстановится электрическая прочность межконтактного промежутка вакуумной камеры, обеспечивающая разрыв цепи тока через камеру.

Для упрощения и уменьшения потребной емкости. устройство снабжено резисторами, через которые обкладки емкости со стороны анода диода соединены с минусом источника, параллельно емкости включена дополнительно введенная цепочка из диода и варистора, причем диод включен согласно с направлением коммутируемого тока, ме кду емкостью и управляющим электродом включена дополнительно введенная индуктивность, а между источником питания и коммутируемой линией включены диод

55 ет дуга, которая вначале переходит на направляющие рога, затем касается дополнительных рогов и на участке камеры между ними отмирает, а ток дуги переходит в диод. Последующим разрядом коммутирующей емкости приводят ток в цепи диода, а сле5 довательно, камеры к нулю, в результате чего восстанавливается электрическая прочность на участках камеры между направляющими и дополнительными рогами и происходит окончательное гашение тока (2).

Недостатки известных устройств заключаются в сложности схемы управления, необходимости использования управляемых вентилей (тиристоров), рассчитанных на большие токи и напряжения.

Цель изобретения — создание устройства для коммутации электрических цепей постоянного тока, обладающего простейшей схемой управления и не требующего применения управляемых вентилей.

Указанная цель достигается тем, что в камере известного устройства между упомянутыми дополнительными рогами, последовательно с диодом включена вакуумная камера, а слева или справа от дополнительных рогов помещен короткий управляющий электрод, между которым и дальним от нег дополнительным рогом включена емкость, причем длина управляющего электрода выбирается такой, чтобы время подъема дуги в камере от момента касания ею дополнительных рогов и до момента касания управляющего электрода было больше времени перехода дуги в вакуумную камеру и диод, и деионизации промежутка между дополнительными рогами.

Введение в камеру короткого управляющего электрода дает возможность автома- 35 тически, без помощи тиристорного ключа добиться того же эффекта, что и в схеме известного устройства, а именно ввести ток разряда емкости в цепь отключаемого тока встречно ему (в данном случае это проис. .одит на участке камеры между управ40 ляощим электродом и дальним от него дополнительным рогом), а затем, благодаря диоду, привести суммарный ток на этом участке камеры к нулю и удерживать в этом и резистор, причем диод включен анодом со стороны минуса источника питания. Катушка привода вакуумной камеры включена одним концом между емкостью и резистором, присоединенным к минусу источника питания коммутируемой цепи, а вторым концом — к емкости, другая обкладка которой присоединена к плюсу источника питания.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — кривые токов и напряжений при работе устройства; на фиг. 3 дан пример исполнения схемы устройства.

Устройство состоит из небольшой камеры 1, у нижнего края которой размещены неподвижный 2 и подвижный 3 силовые контакты, соединенные с направляющими рогами для движения дуги, соответственно 4 и 5. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включены вакуумная камера 8 и диод 9, а также короткий управляющий электрод 10, между которым и дальним от него дополнительным рогом 6 включена емкость 11. Короткий управляющий электрод 10 служит для автоматического введения с помощью дуги тока разряда емкости 11 встречно току коммутируемой цепи на участке камеры между управляющим электродом 10 и дальним от него дополнительным рогом 6.

Вакуумная камера служит для быстрого восстановления электрической прочности на участке цепи камеры между дополнительными рогами 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии емкость 11 с помощью зарядного устройства (на фиг. 1 не показано) заряжена до некоторого напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок, контакты 2 и 3 замкнуты.

При отключении тока нагрузки или аварийного режима силовые контакты 2 и 3 размыкаются, между ними появляется дуга (на фиг. 1 показана пунктиром), которая под действием поперечного магнитного поля, создаваемого одним из известных способов, поднимается вверх, занимая последовательно положения -I, II, и III. При достижении дугой положения II часть дуги на участке а-б отмирает, а ток дуги переходит в вакуумную камеру 8 и диод 9, поскольку падение напряжения на участке дуги такой длины много больше, чем падение напряжения на диоде 9. За время перехода дуги из положения II в положение III на участке а — б камеры восстанавливается электрическая црочность и размыкаются контакты вакуумной камеры 8.

В положении Ш дуга замыкает дополнительный рог 7 с электродом 10 и емкость 11 разряжается по цепи 11 — 10 (г — в) -7-9—

8 — 6 — 11 встречно коммутируемому току.

При этом, благодаря наличию диода, суммарный ток на участке камеры 10 (г-в)849327

Ы вЂ” 7 — 9 — 8 — 6 становится равным нулю и это состояние длится до тех пор, пока напряжение на емкости сохраняет знак первоначального заряда. В это время 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, начиная с момента разряда емкости 11 и до момента окончательного гашения тока, он проходит по внешней цепи, т. е. черев емкость 11.

Этот ток перезаряжает емкость (полярность напряжения указана на фиг. 1 в скобках), а напряжение на емкости, в свою очередь, ограничивает ток и приводит его к нулю.

Тотчас восстанавливае ч ся электрическая прочность на участке амеры 4 — 6 и 10-5 и происходит окончательное отсоединение и источника питания, и емкости от коммутируемой цепи.

После перезарядки емкости 11 до начального напряжения с указанной на фиг. 1 полярностью (без скобок) и замыкания контактов 2 и 3, устройство вновь готово к действию.

Предлагаемый процесс отключения цепи иллюстрируется кривыми изменения токов и напряжений фиг. 2, где i, i, i — соответственно токи в коммутируемой цепи, через диод 8 и через емкость 10; Ыв р — напряжение между электродами 6 и 10, камеры; Uco — начальное напряжение на емкости 11; Ч о— напряжение источника питания коммутируемой цепи; 0 — начало короткого замыкания; т1 — начало расхождения контактов 2 и 3; — момент касания дугой дополнительйых рогов 6 и 7; переход тока дуги на участке а — б э вакуумную камеру 8 и диод 9; — н змент размыкания контактов вакуумно камеры 8; t4 — момент касания дугой, нравляющего электрода 10; прекращение протекания прямого тока через вакуумную камеру 8 и диод 9; tg — t4 — время протекания обратного тока диода 9 через вакуумную камеру 8; tg — момент изменения знака напряжения на емкости 11; (ts — ts ) — время, предоставляемое вакуумной камере 8 для восстановления электрической прочйости межконтактного промежутка; tq — момент отключения цепи.

Пример выполнения устройства ro схеме фиг. 3 отличается от принципиальной схемы фиг. 1 прежде всего тем, что с целью упрощения схемы и автоматизации заряда емкости 1 1, последняя 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, соединяющему резистор 13 с емкостью 11, а другим к емкости 14, дру.гой конец которой присоединен к направляющему рогу 4.

Для уменьшения габаритов и стоимости устройства в качестве элементов, рассеивающих энергию запасенную в индук тивностях подстанции и коммутируемой цепи,использованы соответственно цепочка из варистора 15 и диода 16, включенная па раллельно емкости 11 схемы 13, прин .м диод включен согласно с направлением к;имутируемого тока, и цепочка из резистора и диода 18, включенная между «минусом» источника питания и коммутируемой линией, причем к линии диод подключен катодом. Кроме того, для улучшения переходного режима диода по обратному току в провод, соединяющий емкость 11 схемы с управляющим электродом 10, включена индуктивность 19.

Устройство по фиг. 3 работает следующим образом.

В исходном состоянии емкости схемы 11 и 14 заряжены до напряжения источника коммутируемой цепи с полярностью, 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, размыкаются силовые контакты 2 и 3 и на них появляется дуга.

При достижении дугой положения II часть дуги на участке а — б отмирает, а ток дуги переходит в вакуумную камеру 8 и

30 диод 9. Одновременно с этим при достижении дугой положения II емкость 14 разряжается по цепи 14 — 4 — а — 6 — 8 — 14, где 8— катушка привода вакуумной камеры, и приводит камеру 8 в действие.

3а время перехода дуги из положения II

З5 в положение III на участке а — б камеры восстанавливается электрическая прочность и размыкаются контакты вакуумной камеры (момент t3 на фиг. 2.).

В положении 111 дуга замыкает дополнительный рог 7 с электродом 10 и емкость 11 разряжается по цепи 11 — 12 — 10 — (в — г) — 7

8 — 8 — 6 — 11 встречно коммутируемому току.

Благодаря наличию диода суммарный ток на участке камеры 10 — (г — в) — 7 — 9 — 8 — 6 становится равным нулю и это состояние длится до тех пор, пока напряжение на емкости сохраняет знак первоначального заряда. В это время 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 разряда 11 ток коммутируемой цепи целиком проходит по ней и перезаряжает ее. После перезаряда напояженне на емкости приобретает полярность, обратную напряжению нсточшгка питани" це849327

Формула изобретения

50 и. . (н» фиг. 3 показ»н» в скобках), ток коммутируемой цепи начинает уменьшаться. На индуктивности коммутируемой цепи (на фиг. 3 показана пунктиром> появляется напряжение, стремящееся поддержать уменьшающийся ток i т (полярность на- 5 пряжения на индуктивности показана в скобках), вследствие чего открывается диод 18 и ток коммутируемой цепи iT замыкается по контуру L — R — К (место к.з)18 — 17, а энергия, накопленная в индуктивпости L, рассеивается в сопротивлениях Кт и резисторе 17.

Ток i;- протекаюший по емкости схемы, продолжает перезаряжать ее. Однако к»к только напряжение на емкости станет равно напряжению открытия варистора 16, рост напряжения на емкости прекрашается, ток из емкости переключается в цепочку 15 — 16 (i=i„); ограничивается ею, при::одится к нулю „прерывается. При этом в варисторе 15 рассеивается энергия, накопленная в индуктивности подстанции L на фиг. 3 показана пчнктипом).

После погасания тока i=- восстанавливается электрическая прочность на участках. камеры 4 — 6 и 10 — 5, а источник напряжения коммутируемой цепи Vg и емкость 1 оказываются отсоединенными от коммутируемой цепи. LI,»ëeå в течение не. которого времени через резисторы 12 и 13 происходит перезаряд емкостей схемы 11 и 14 до напряжения Ч (с полярностью, указанной на фиг. 3 (без скобок), после чего могут быть замкнуты контакты 2 и 3 и устройство вновь готово к действию.

Введение в камеру управляющего электрода и подклк>чеи,н между дополнитель35 ными рогами (I()(лел овательно с диодом вакуумной камеры выгодно отличает предлагаемое устройс1во от известного.

Этим достиг»ется полный автоматизм действия устр<>йс гв», исключается необходимость использования в нем управляемых 4Q вентилей (тиристоров) со сложной схемой управления и, тем самым, существенно иовьпнается надежность действия устройства и улучшаются его габаритностоимостные пок» зател и.

1. Устройство для коммутации сильноточных цепей постоянного тока, преимущественно цепей высокого напряжения, содержащее силовые контакты, камеру с двумя направляюшими рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод в направлении, совпадающем с направлением тока в коммутируемой цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности действия устройства и улучшения его габаритостоимостных показателей, оно снабжено вакуумной камерой, которая включена между упомянутыми дополнительными рогами последовательно с диодом, а слева или справа от упомянутых дополнительных рогов введен короткий управляющий электрод, между которым и дальним от него дополнительным рогом включена емкость, причем длина управляюшего электрода выбирается такой, чтобы время под.ьема дуги в камере от момента касания ею дополнительных рогов и до момента касания управляющего электрода было больше времени перехода дуги в диод и деионизации промежутка между дополнительными рогами.

2. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что, с целью упрощения и уменьшения потребной емкости, оно снабжено резисторами, через которые обкладки емкости соединены с источником питания коммутируемой цепи, причем обкладки емкости со стороны анода диода соединены с минусом источника, параллельно емкости включена дополнительно введенная цепочка из диода и варистора, причем диод включен согласно с направлением, коммутируемого тока, между емкостью и управляющим электродом включена дополнительно введенная индуктивность, а между минусом источника питания и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора, причем диод включен анодом со стороны минуса источника питания коммутируемой цепи.

3. Устройство по п. 1 и п. 2, отличающееся тем, что катушка привода вакуумной камеры включ< Ii» одним концом между емкостью и резистором, присоединенным к минусу исто шика питания коммутируемой цепи, а вторыми концом к дополнительно введенной емко ти, другая обкладка которой присоединена к плюсу источника питания.

Источ ники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели М вЂ” "I., «Энергия», 1964, r. 238.

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

849327

1 ч

Составитель В. Попова

Редактор С. Патрушева Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 6105 69 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! I3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4