Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель (его варианты)

 

Изобретение относится к низковольтному электроаппаратостроению и, в частности , может быть использовано при создании автоматических выключателей трехфазного переменного тока, имеющих высокоэффективное токоограничение при отключении токов короткого замыкания и повышенную циклостойкость. Целью изобретения является повышение быстродействия при включении и уменьшение электрического износа контактов. В момент включения одновременно подается команда на замыкание контактов 1-3, и одиночный импульс управления (с длительностью, превышаюш,ей время замыкания контактов 1-3) подается на тиристоры 8-10. При этом контакты 1-3 на стадии замыкания оказываются зашунтированными токопроводяш,ими полупроводниковыми ключами переменного тока. При отключении одиночный импульс управления подают на тиристор коммутирующей цепи 7, использующей в качестве катушки индуктивности катушку управления индукционно-динамического привода размыкания контактов 1-3. В этом случае предварительно заряженный конденсатор перезаряжается через катушку управления привода, а также диоды выпрямительных мостов 4-6 и развязывающие диоды 11 -16. При этом обеспечивается размыкание контактов на интерВ (Л ю 00 со 00 ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 01 Н 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 )

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3618228/24-07 (22) 12.07.83 (46) 23.12.86. Бюл. № 47 (71) Харьковский институт инженеров коммунального строительства (72) К. К. Намитоков и С. В. Дикань (53) 621.316.544.9 (088.8) (56) Кузнецов P. С. Аппараты распределительных устройств низкого напряжения.

М.— Л.: Госэнергоиздат, 1962, с.448, с. 138—

320.

Авторское свидетельство СССР № 335728, кл. Н 01 Н 9/30, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 1120416, кл. Н 01 Н 9/30, 1982. (54) ТРЕХФАЗНЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЪ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к низковольтному электроаппаратостроению и, в частности, может быть использовано при создании автоматических выключателей трехфазного переменного тока, имеющих высокоэффективное токоограничение при отклю„„Я0„„1278989 чении токов короткого замыкания и повышенную циклостойкость. Целью изобретения является повышение быстродействия при включении и уменьшение электрического износа контактов. В момент включения одновременно подается команда на замыкание контактов 1 — 3, и одиночный импульс управления (с длительностью, превышающей время замыкания контактов 1 — 3) подается на тиристоры 8 — 10. При этом контакты 1 — 3 на стадии замыкания оказываются зашунтированными токопроводящими полупроводниковыми ключами переменного тока. При отключении одиночный импульс управления подают на тиристор коммутирующей цепи 7, использующей в качестве катушки индуктивности катушку управления индукционно-динамического привода размыкания контактов 1 — 3. В этом случае предварительно заряженный конденсатор перезаряжается через катушку управления привода, а также диоды выпрямительных мостов 4 — 6 и развязывающие диоды 11 — 16. При этом обеспечивается размыкание контактов на интер!

278989 вале, когда ток разряда конденсатора lip()Бы tl3CT OTКЛK)«30м ЫЙ ТОК, об(C! I(l I H BBH Il p«BOдяшее состояние всех диодов олновремен,о. Поскольку падение на:)ряжения «а вен-. тилях, шунтиру}оших размыкаемыс ксн)такИзобретение относится к низковольтному

ЭЛ(..КТР02 (1112 P 3TOCTPOP}1 H K), В t! CTHOCTH МОжет быть использовано при создании автоматических выключателей трехфазного переменного i îê3 (в дальнейп!ем просто «вы- 5

КЛ}()Ч })Т Л(-й ? ) ?i iXI()оlil?!X БЫ< ОКОЭффС CÃHB}IO(> ток001 р}!ничснис при 0ТК. по 1(. ниях TOKOB к«РОТ КО}0 33".1 ЬIК Il HH И НОВl» III!. It I I) 10 ILH }(.,l!)стоЙкос (ь. ((ель изобретс t)!5 — - повыше»HP бь(с.(,)олсйсгвия при включс>нии и уме}!}Ипснис э,}ект— ричсско(0 износа контактOB.

1!3 фиг. и 2 предс.танлсны Варианты (. х е м B bl K. !0 H 3 1 с л е Й; } 2 ф и .. 3 и 4 - Б !) с м с нные диаграммы, ? 2ðBKòåpèçóto!LL?ip процесс

ОТКЛ}ОЧСНИЯ. > 5

В ь1>1 к, к) l»ITB;1((фи г. ) Н»)р }},тле. 1 ьно силовым контактам 1- 3, уста:-(овлс}:ным Б соответствующих полюсах фаз А. В, (., П ОЛ К; }О С Н Ь I H O L 1! Û P Б Ь! П В Я М и "С . I Ь H bl (5} O C ты 4- 6, к Выводаl» комм THpx!Ошей цепи 7

Il0.}КЛ10 )С !! Ь: ВЫВОДЫ I ИОДНЫХ Bb:l!P kl » ИТСЛ >26 пых х!осT«B НО постOH»t}toMv токх, котовь;с сос,}Hнсны мc»,i»ó собой через тирист()ры

8 — 1 О. 1х>0х! м y T?tp>? }01!! 3 51 цепь 7 0()разов;)> l 1 и:! 110c1сдоватсль);Î co(., LH}to}I»fûx НРс.;IВЯРНТР;1b flO 33 Г) }I ЖС ННОГО KOI>LPitCBTOP3 > K3T» ti) KH ->;., HI)A>, КТИБНОСТИ (Б КЯЧЕСТБЕ КОТОРОЙ МОЖ(. T ис)н)льзоваться ка суп)ка управления инлукI i HO l l t l O ЛИ I! Я М и >I ((. К О! 0;1 > ) H B 0, 2 t) 33 >1 Ы К 3 H l! и конт»1ктОВ 3 H THpHcTÎ!) чер(3 p33 f333!>lБак)щис диоды 11- -16.

Б Б}>}кл }О)атс>!е (фиг. 21 !! Отл и!ис 0 ";()

В Ы KЛ К) Ч; Т СЛ Я 1 i 0 СВ Hi Г . ., Б С T P (."Ч } I о Б К Л К) -I С : ) I —ныс лис)лы 1»<0c(0}3> 4- — 6 !})1(!х!С}?(ров»!»!ы II;iрами встречно-по>с)словате.!ь}(о Бключе!и!ыx тир ист«!)OB >> — 22, «;}}! н Bыхз, l,,",Ho, fib:..>; прямительных мостов по постоянно))у току

ftOf10CP(.)LCT}!PI!I!0 ПОЛК ТЮ>! >}l К 0!)ÒB(ÒС r}; > Ю- . ?Т

lц(м у BBIBo >> ком м;>тируfo litpи. Нс!1H 7,,:}р >< гой hb .Bîä которой полключс;(к Ipy гом;

ВЫХодy JHO IltbIX Bf>I!IPI)M)TTP(lb!If>IX Xi«C) 0}3 HÎ постоянному току через развязь}вающис диоды 14- — 16, при че,(лиол)!ые Бынряxi?)T(л::,— ные мосты 4--6 здесь подключены !»с?к;р, собой параллельно.

1-12 фиг. 3 и 4 приведены Брс мсп)!ыс диаграммы —:оков (Б o;:,«OH из фяз сети - i;

В ЦЕПИ KOHT3 KTOB ПОЛ ЮСЯ -.)Той Ж(С!) 33 >l — 1,; ток разряда конденсатop3 ка )мутиру о!1<ей цепи — i„-) „напряже)!Вя на Knt!;!Cнсато )с (U,) и расстояния между электродами размыкаемых контактов (Х) при отKлючении выты. значительно меньше напряжения горения дуги, в устройствс обеспечивается бездуговое размыкание контактов — 3. Описан также другой вариан .- устройства. 2 с.и. ф-лы, 4 ил.

2 клк)чателями токов нагрузки двумя способами. При первом способе (фиг. 3), когда в качестве катушки инлуктивности в коммутирующей цепи 7 используется катушка управления индукционно-динамического приво.12 р»}зч}ь!Ка:(335! ко:г-.ак..ов, разряд конденсатора осуц)естнляется Hс)(осрсдстве»!»!<> в мо»снт отключе::!Н5! l= — (), а iipH втором сгособе (фи).. 4). когда Б Быклк)чателях исполь3 > СТС Я 3 ЕГ) О ! 0. » Н Ы И ИСТОЧНИК Г1 И Т Я Н и Я П Р ИБ«ла разх(ыка):и)) контактoз (на (р?(г. . и 2

l (IIOK233}i) ., РЯЗВЯД КОН LPHCBTОР2 КОММУТИр к)п}ей Ilc!IH 7 осуllIBc Бляется с задержкой

ВО ВРЕМЕНИ (»>, ОТНОСИТC,ilbllO 10.>}CНТ2 ВВОЛЯ Б, (С?}СТБИЕ . ii ) H ВОДЯ <= О.

Работх выключателей хавактериз дот режимы Бклю«ения и от;лючения. Бклк)«ение

Быкл!Очателсй (с!)иг. 1 и 2 осушествлястся

c(fåäókoùH.>i о«разом. 3 момент включения о,!) оввсf(ipllllo поляе)ся команда н2 замыкан)-е кс) «тактов 1-- 3 и одиночный импульс управления (с длитсль» остью, превышаюшей время замыкан !я контактов 1 — 3) подается на тиристоры 8---10 Б Выключателе на фиг. 1 и тиристоры 17-- 22-B BBIK»ffo«2òåëå на фиг. 2.

11ди этоlч. KOHÃ2к(ь) -3 Н3 стя }ии замыК;illHH сказываются 32I!I; ffTHpOBBIIIlbfXIH токо1!роьч)дяшими полупро(-олниковы »и ключами

IlPpål»cííoãî тока, благодаря чему обеспечи}!»}()те}! Как новь;шенис быстродействия, так и исключается лугo«oi)230BÇIIHp на контакпри Бкл)0 (снии (учитывая, что палс}П)С> НЯПРЯЖ }I 2ß НЯ Н! ЕНТИВУ)0)НИХ KOHTBK"

Tf>;;toëóípîH0,llHKoBblx клк 13х значительно

ПНЯ(}121!РЯ?КЕНИЯ ЛУ) (}OOP23023HHH) . ! 1р>и Откл к)чс .и и я х, Осх II»pcTB.15}p?>I ых Выклк)чагслями,сри(. i и 2) по первому спо;обу коммутации (разряд конденсаторов коммутируюпсей цепи 7 через катушку управл-,"..:Ня инлукцион})о-динамического привода размыкания контактов без дополнительной ,: .(.сзжк»! Бремени), . Начальный момент ко".»мутации (фиг. 31»==0 одиночный импульс у )раалсния подают l>3 -. Иристор коммутирую;:}е!1 це!)и 7. )1 э.гом .Лучае прслваритель;!О 33pяжс}л}ы5! конденсатор перезаряжает, >! через кят) шку управления общего на все три полю с 2:.i }!äó кцнон } о-ли и ам ичес кого и ри}.Ол(} размыкс)1}ня конт;)ктов и тиристор ком .;">,тирук)п,сй це})и 7, 3 также диоды Вы)p5i »ител)п-ых xio:..тон 4 --6 и развязываюц}ие диоды 11 — 16 для Быкл)0>}ателя на фиг. 1, и !4--!6 — для выключателя на

1278989 фиг. 2. При этом обеспечивается размыкание контактов (замкнутых в предкоммутационный период) и на интервале tl(t(t>, когда ток разряда конденсатора i, превышает отключаемый i, обеспечивается проводящее состояние всех одновременно диодов в схемах выключателей на фиг. 1 и 2.

Поскольку падение напряжения на вентилях, шунтирующих размыкаемые контакты на интервале, значительно меньше напряжения горения дуги, в схеме обеспечивается бездуговое размыкание контактов 1 — 3.

На интервале времени to силовые клеммы выключателей оказываются закороченными между собой с помощью токопроводящих диодов 4 — 6, 11 — 16 в выключателе на фиг. 1 и 4 — 6, 14 — 16 — в выключателе на фиг. 2, благодаря чему ограничивается скорость нарастания тока в цепи размыкаемых силовых контактов (диаграмма 4, фиг. 3) и практически устраняется зависимость времени деионизации межконтактного промежутка от скорости нарастания тока сети, т. е. повышается быстродействие выключателя. Кроме того, благодаря этому при отключении ограничивается по амплитуде и длительности ток в нагрузке, т. е. улучшаются защитные характеристики выключателей. Параметры катушки управления привода и конденсатора коммутирующей цепи 7 при данном способе коммутации выбираются из следуюших условий: размыкание контактов должно осуществляться на достаточное расстояние, и ри котором обеспечивается восстановление электрической прочности межконтактных промежутков, за время выключения t> (практически это расстояние составляет 0,5 — 1 мм); время IIpoводящего состояния шунтирующих силовые контакты диодов t., ò. е. время, при котором обеспечивается выполнение условия

i,)t при разомкнутых контактах, должно превышать сумму времени горения короткой электрической дуги отключения (t..) и времени восстановления электрической прочности межконтактного промежутка (ts ), При использовании в выключателях (фиг. 1 и 2) привода размыкания контактов с управлением от автономного источника питания (второй способ коммутации) ввод в действие тиристора коммутируюшей цепи 7, как уже отмечалось, осуществляется с задержкой во времени (tçàë) относительно момента времени ввода в действие привода t=0 (фиг. 4). В данном случае первую часть времени выключения (1- ) размыкание силовых контактов 1 — 3 осуществляется без шунтирования силовых контактов полупроводниковыми ключами; т. е. с дугой, а оставшуюся часть времени выключения (Ь вЂ” t. ) размыкание силовых контактов 1 — 3 осуществляется при их шунтировании полупроводниковыми ключами, т. е. без дуги. Последнее достигается за счет того, что в момент времени

2э

55 включается тиристор коммутирующей цепи 7, благодаря чему происходит перезаряд конденсатора через катушку индуктивности и диоды выключателей, обеспечивая токопроводящее состояние последних на интервале 4.

Поскольку ввод в действие тиристора в коммутирующей цепи 7 в данном случае осуществляется уже при наличии электрической дуги между электродами контактов, то при данном способе коммутации параметры катушки индуктивности и конденсатора в коммутируюшей цепи 7 выбираются из условия превышения времени проводящего состояния шунтирующих силовые контакты диодов (4), т. е. из условия выполнения неравенства вида i,)i в течение времени 4, а также из условия превышения временем 4 суммы времени гашения электрической дуги отключения (Ь) и времени восстановления электрической прочности межконтактного промежутка (1. ). При этом в момент времени выключения t расстояние между электродами контактов должно превышать минимально допустимое, при котором обеспечивается восстановление электрической прочности мсжконтактного промежутка (05 — 1 мм).

При предьявлении требования к времени выключения более полупериода колебаний напряжения сети в выключателе (фиг. 2) может быть использована естественная коммутация, а не искусственная конденсаторная коммутация (как ранее рассматривалось) вентилей полупроводниковых ключей, шунтируюших силовые контакты, при которой выключение вентилей происходит в момент перехода тока в нагрузке через нулевое значение. Применение естественной коммутации в данном случае более рационально, поскольку при коммутации нагрузки индуктивного характера в момент перехода тока нагрузки через нулевое значение отсутствуют коммутационные перенапряж ния в сети. Работа включателя (фиг. 2) при этом также зависит от того, как осуществляется управление приводом размыкания контактов и состоит в следующем. Если управление приводом осушествляется с помощью конденсатора коммутирующей цепи 7, то при отключении импульсы управления в схеме одновременно подаются на тиристоры

17 — 22 и тиристор коммутируюшей цепи 7, причем длительность импульсов управления, поступающих на тиристоры 17 — 22, должна превышать время деионизации межконтактных промежутков разомкнутых контактов, т. е. время tR, характерное для случая искусственной конденсаторной коммутации.

При этом в течение времени действия импульсов управления тиристорами 17 — 22 работа выключателя аналогична ранее описанному для случая искусственной конденсаторной коммутации, а после окончания времени действия импульсов управления тиристорами 17 — 22, т. е. после окончания

1278989

5 действия импульса перезаряда конденсатора коммутирующей цепи 7, ток нагрузки продолжает еще протекать часть полупериода колебаний напряжения сети через полупроводниковые ключи, шунтирующие контакты (ключи, образованные тиристорами 17 — 22 и включенными параллельно им диодами мостов 4 — 6), до моментов смены полярности токов нагрузки в соответствующих полюсах выключателя, т. е. до моментов естественной коммутации тиристоров полупроводни- g ковых ключей в соответствующих полюсах.

Если в выключателе (фиг. 2) используется привод размыкания контактов с питанием от автономного источника, то при отключении в схеме одновременно подается команда на размыкание контактов и подаются импульсы управления длительностью, превышающей время деионизации межконтактных промежутков разомкнутых контактов, на тиристоры 17 — 22. При этом имеет место бездуговое размыкание контактов с естественной коммутацией ц унтирующих контакты полупроводниковых ключей.

Очевидно, что в выключателе (фиг. 2 1 может быть использовано два вида бездуговой коммутации: естественная и искусствен- 25 ная конденсаторная, причем естественная коммутация может быть использована в режимах отключений токов нагрузки, а искусственная конденсаторная коммутация может быть использована как в режимах отклк)чений токов нагрузки при повышенных требованиях к быстродействию, так и в режимах аварийных отключений токов короткого замыкания. Исходя из этого схема на фиг. 2 имеет более широкую область применения в сравнении со схемой на фиг. 1.

Формула изобретения

1. Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, со- 4О держащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные диодными выпрямительными мостами, а также общую коммутирующую цепь, образованную из послсдовательно соединенных предварительно заряжаемого конденсатора, катушки индуктивности и тиристора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения электрического износа контактов, в него введены три тиристора и шесть развязывающих диодов, причем выходы каждого из трех диодных выпрямительных мостов по постоянному току зашунтированы тиристором, первые выводы диодных выпрямительных мостов по постоянному току объединены между собой через первые три развязывающих диода и подключены к одному из выводов общей коммутирующей цепи, вторые выводы диодных выпрямительных мостов постоянного тока объединены между собой через вторые три развязывающих диода и подклк>чены к другому выводу общей коммутирующей цепи.

2. Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные диодными выпрямительными мостами, а также общую коммутирующую цепь, образованную из последовательно соединенных предварительно заряжаемого конденсатора, катушки индуктивности и тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при включении и уменьшения электрического износа контактов, в него введено шесть тиристоров и три развязывающих диода, причем первые выводы диодных выпрямительных мостов объединены между собой непосредственно и подключены к одному из выводов обшей коммутирующей цепи, вторые выводы диодных выпрямительных мостов объединены между собой непосредственно и через развязывающие диоды, -.очка объединения вторых выводов диодных выпрямительных мостов через развязывавшие диоды соединена с другим выводом обшей коммутирующей цепи, силовой контакт в каждом полюсе зашунтирован парой вс- речно-последовательно включенных тиристоров, точка соединения тиристоров каждой пары подключена к другому вывбду диодного выпрямительного моста, шунтируюшего данный силовой контакт.

1278989

Фсг 2

2,Ы, Составитель A. Каретников

Техред И. Верес Корректор A. Обручар

Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

Редактор А. Сабо

Заказ 6848/54