Быстродействующий гибридный выключатель переменного тока
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содер жащий в каждом полюсе силовые контакты , зашунтированные тиристорным ключом, и общий блок управления, включакнций в себя быстродействукщий привод ускоренного отключения, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый полюс введены два дросселя насьшдения с встречно включенными обмотками , тиристорный мост, блок-принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми контактами в цепь, зашунтированную тиристорньвл ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик направления тока включен в цепь силовых контактов Одного из полюсов и подключен к блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен в виде двух параллельных цепей, в одну из которых включены доследовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод| а в другую - последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор .
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
9 3
3(5D
"««««
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /""
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ АЗССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3364944/24-07 (22) 14 ° 12 ° 81 (46) 07.03.84. Бюл. 9 9 (72) Г.В. Могилевский и С.В. Дикань (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтнрго аппаратостроения ВНИИэлектроаппарат (53) 621 316 ° 57(088.8) (56) 1. Смага Н.Н., Кобозев A.Ñ.
Предельная коммутационная способность токоограничивающих выключателей серии A 3700 и энергии дуги отключения. — В кн. Низковольтное аппаратостроение, Киев, Техника, 1974, с. 44-50.
2. Ковалев Ф.Н. и др. Унифицированная серия статических преобразователей мощностью до 100 кВт для агрегатов бесперебойного питания. Электротехническая промышленность сер. Преобразовательная техника, 1978, вып. 4 (99), с. 19-23.
3. Авторское свидетельство СССР
9 335728, кл. Н 01 Н 9/30, 1967. (54)(57) БЫСТРОДЕИСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫИ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные тиристорным
ÄÄSUÄÄ 1078483. А ключом, и общий блок управления, включающий в себя быстродействующий привод ускоренного отключения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый полюс введены два дросселя насыщения с встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок "принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми контактами в цепь, зашунтированную тиристорным ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик ®
Р направления тока включен в цепь силовых контактов одного из полюсов и подключен к блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен в вотще двух параллельных цепей, s одну из которых включены с доследовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод, а в другую — последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор.
1078483
Изобретение относится к низковольтным коммутационным аппаратам защиты электроустановок от токов ко-. роткого замыкания — гибридным выключателем трехфазного переменного тока, в которых функции проведения и
5 прерывания тока нагрузки распределены соответственно между контакт-ными и шунтирующими их бесконтакт ными элементами.
Известен быстродействующий выключатель переменного тока (1 1.
Однако при относительной простоте и дешевизне укаэанный выключатель характеризуется низким быстродействием, обусловленным особенностями, 15 свойственными контактным системам ,(инерционность подвижных механизмов и процессов дугогашения). Следствием этого являются ухудшенные токоограничивающие свойства. 20
Известен также тиристорный выключатель с искусственной конденсаторной коммутацией, обладающий эффективными токоограничивающими свойствами (,23. 25
Недостатком данного выключателя являются увеличенные потери энергии во включенном состоянии (обусловленные неидеальностью ключевых свойств тиристора) и, как следствие, ухудшенные массогабаритные показатели.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому. результату является гибридный выключатель, содержащий главные контакты, зашунтированные полупроводниковым ключом (встречно-параллельно включенными тиристорами) (31.
Для повышения быстродействия выключатель может быть снабжен приводом ускоренного отключения (преимущест- 40 венно, индукционно-динамическим) .
Однако используемый принцип естественной коммутации тиристоров (выключение при смене полярности то- ка нагрузки) ограничивает область 45 применения известного выключателя вследствие низкого быстродействия (время выключения больше полупериода колебаний напряжения сети) и отсутствия токоограничивающих свойств.
Цель изобретения — повышение быстродействия выключателя.
Укаэанная цель достигается тем, что в быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные тиристорным ключом, и общий блок управления, включающий в себя быстродействующий привод ускоренного отключения, введены два дросселя насыщения с . 60 встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми 65 контактами в цепь, зашунтированную тиристорным ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик направления тока включен в цепь силовых контактов одного из полюсов и подключен к блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен в виде двух параллельных цепей, в одну из,которых включены последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод, а в другую— последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор.
На фиг.l приведена схема полюса выключателя; на фиг.2 — схема выключателя, в котором функции ключа выполняет тнристорный мост; на фиг.
3 и 4 — схема блоков принудительной коммутации для выключателей, изображенных на фиг.l и 2 соответственно; на фиг.5 и б — временные диаграммы, поясняющие их работу.
Выключатель содержит главные контакты 1, тиристорный мост, содержащий тиристоры 2 — 5, блок б принудительной конденсаторной коммутации, дроссели 7 и 8 насыщения, датчик
9 тока, блок 10 управления с приводом ускоренного отключения, тиристорный ключ, содержащий тиристоры
11 и 12, катушки индуктивности 13
15, предварительно заряженные конденсаторы 16 — 18, диод 19 н тиристор 20.
На фиг.5 и б 3 обозначает ток уставки срабатывайия выключателя, токи в цепях блока б, отключаемый ток короткого замыкания (т.к.з.), к — ток в цепи контактов
1, IT — ток в цепи тиристоров 11 и с (с ° 002 напряжения на кон денсаторах, соответствующие токам
1,1,1а в блоке б Осо началь-ное напряжение на койденсаторах.
Принцип действия. выключателя, изображенного на фиг. 1, состоит в следующем.
В установившемся режиме дроссели .
7 и 8 намагничиваются током нагрузки соответственно положительной и отрицательной полярности. При BQBHHKHQ венин аварии в нагрузке и нарастании т.к.з. до величины тока уставки блок 10 управления, воздействует на контакты 1, приводя к размыканию последних.
В момент 1к С=О=.З одновременно блок управления вырабатывает импульсный сигнал управления тиристорами 2, 5 и ll (для указанного направления т.к.з.). При этом конденсатор 16 в цепи диода 19 (фиг. 3 и 5) 1078483
4 разряжается через еще замкнутые контакты 1 на дроссели 7 и 8 насыщения. В результате этого магнитопровод дросселя 7 перемагничивается (за время перемагничивания 1 „ ток „ спадает до нуля) и сопротивление цепи с главными контактами возрастает для тока „, при этом последний переходит в цепь тиристора 11, благодаря чему размыкание контактов 1 происходит в обесточенном состоянии.
В интервале коммутации t,(t(tç происходит бездуговой разрыв контактов и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка.
В момент 1=13 импульс управления 15 поступает на тиристор 20, благодаря чему тиристор 11 принудительно запирается в течение времени
Наличие дросселей насыщения в цепи главных контактов и данное 20 построение системы бездуговой коммутации позволяет повысить быстродействие выключателя, изображенного на фиг.1, за счет практического исключения короткой дуги на контакторах 25 и уменьшения стадии существования металлических мостиков размыкания контактов.
Аналогичным образом осуществляется и коммутация т.к.з. отрицательной полярности. Отличие заключается в том, что управляются тиристоры 3, 4 и 12 и перемагничивается дроссель 8.
В выключателе, изображенном на фиг.2, Функции бесконтактного ключа и блока принудительной коммутации совмещены. Это достигается за счет того, что проводящее состояние тиристоров 2 — 5 в обратном направлении обеспечивается под действием разрядного тока конденсатора. 40
Так, в процессе перемагничивания дросселя насыщения (О с tet фиг. 6) управление мостом 2 — 5 происходит аналогично рассмотренному (включаются тиристоры 2 и 5 для указанного 45 направления т.к.з.) . При этом разрядный ток конденсатора 18 (фиг.4) протекает по контуру, обозначенному сплошной линией на фиг.2.
После перемагничивания дросселя
7 (C ltÄ) управление подается на все тиристоры моста 2 — 5 и конденсатор начинает разряжаться по контурам, обозначенным пунктирной линией на фиг.2, обеспечивая проводящее состояние тиристоров 2 — 5 в обратном направлении, если (> „3 (интервал
ta t t2)
Учитывая возросшее Сопротивление цепи с элементами (после перемагничивания дросселя 7) и уменьшенное 60 сопротивление тиристорного моста (в результате протекания разрядного тока в цепи тиристоров), т.к.3 ° переходит полностью в момент 1= в цепь тиристоров. В результате этого разрыв контактов также осуществляется без дуги в интервале t (4< +> °
На данном интервале осуществляется также восстановление электрической прочности межконтактного промежутка.
При .этом должно выполняться условие
«„« В выключателе, изображенном на фиг.2, возможно применение блока б, выполненного согласно фиг.3. При такой его реализации достигается увеличение времени превышения суммарным разрядным током конденсаторов )„ + i величины <з, т.е. времени, предоставленного блоком 6 на восста.— новление электрчческой прочности межконтактного промежутка. В данном случае включение тиристора 20 .происходит в течение времени действия .разрядного тока „. В случае исполь зования. привода ускоренного отключения с питанием от накопительнЬго конденсатора (например, индукционнодинамического) возможно применение в качестве индуктивности 15 (Фиг.4) катушки управлений данного привода. При этом конденсатор блока б служит одновременно для управления приводом и принудительной коммутацией тиристоров моста, благодаря чему достигается уменьшение габаритов (массы) аппарата. Выключатель, изображенный на фиг.2, характеризуется более высоким быстродействием, что обусловлено отсутствием дополнительной стадии выключения ключа после восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Таким образом, благодаря установке дросселей насыщения в цепи с главными контактами, применению избирательной бездуговой коммутации (в за-висимости от полярности коммутируемого тока), а также принятой схеме реализации блока принудительной конденсаторной коммутации достигается облегчение условий бездугового размыкания контактов на переменном токе и, как следствие, повышение быстродействия гибридного выключателя и улучшение его массогабаритных показателей. 1078483 i,u Составитель A. Каретников Редактор A. Огар Техред Л.Мартяшова Корректор А.Повх Заказ 973/45 . Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР IIo делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 Фнлиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
