Быстродействующий автоматический выключатель

 

Изобретение относится к области низковольтного аппаратостроения, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям. Цель изобретения - повышение эксплуатационных возможностей. Высоковольтный импульс от импульсного трансформатора поджигает дугу между последней и предпоследней деионными nnacTnnavni 30, 31. Эта дуга переключается пс-- средством остальных ii.ncMni и дифференцирующего кондеисатс.- г; нл первую деионную пластину 2п. Эгчм образуется шунтирующая пос 1едов, ная цепь из коммутирующего конденсатора 3 и образованной дуги, подключенная параллельно контактам 1 , коммутирующего конденсатора 3 образует импульс тока, направленный всг1)ечно току нагрузки 24, и о достижении током через контакты 1 нулевого значения блок управления 10 воздействует на привод контактов 1, отключая последние. Наличие встречного тока через контакты 1, протекающего через дугу, существенно повышает токоограничивающие свойства быстродействующего автоматического выключателя, увеличивая его эксплуатационные .возможности . 3 з.п. ф-лы. 2 ил. 1 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1365155

yl) 4 Н 01 Н 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ l1 ОТКРЫТИЙ (21 ) 3996565/24-07 (22) 04.11.85 (46) 07.01 ° 88. Бил. М 1 (71) Харьковский институт инженеров коммунального строительства (72) К.К.Немитоков, И.А.Ильина и И.Г.Шкловский (53) 621.316.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 743070, кл. Н 01 Н 77/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 920875, кл. H 01 Н 9/30, 1980. (54) БЪ|СТРОДЕЙСТВУ|ОЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области низковольтного аппаратостроения, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям. Цель изобретения — повышение эксплуатационных возможностей. Высоковольтный импульс. от импульсного трансформатора поджигает дугу между последней и

Г предпоследней деионными пластина«<:

30, 31. Эта дуга переключается и.средством остальных деионн,ix ..л-с и дифференцирующего коллен -з r<. :. <а первую деионную пластину < . Э; . образуется шунтирующая и: с i< дов;,< .-ная цепь из коммутирующего конденсатора 3 и образованной дуги, подключенная параллельно контактам 1. 3ярял коммутирующего конденсатора 3 образует импульс тока, направленный вс прочно току нагрузки 24, и о достижении током через контакты 1 нулевого значения блок управления 10 воздействует на привод контактов 1, отключая последние. Наличие встречного тока через контакты 1, протекающего через дугу, существенно повышает токоограничивающие свойства быстродействующего автоматического выключателя, увеличивая его эксплуатационные вЬзможности. 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

13651

Изобретение относится к области низковольтного аппаратостроения, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям, Целью изобретения является повышение эксплуатационных возможностей быстродействующего автоматического выключателя.

На фиг. 1 схематически показан

10 предлагаемый быстродействующий автоматический выключатель, на фиг.2 время-токовая диаграмма его работы.

Быстродействующий автоматический выключатель содержит механические

15 контакты 1, деионную дугогасительную камеру 2, коммутирующий конденсатор

3, полупроводниковый диод 4, импульсный трансформатор 5, содержащий первичную обмотку 6 и вторичную высоко20 вольтную обмотку 7, первый и второй электроды 8 и 9, блок 10 управления, первый 11 и второй 12 датчики тока, высоковольтные разделительные конденсаторы 13-16, шунтированные высокоомными резисторами 17-20, дифференцирующий конденсатор 21, блок

22 заряда конденсатора 21, блок 23 магнитного дутья, нагрузку 24, к которой через автоматический выключаЭО тель подается питание от источника

25 питания. )1еионная дугогасительная камера ? быстродействующего автоматического выключателя содержит деионные пластины 26-3), В вариантах предлагаемого двтоматическогo выключате- 35 ля используется промежуточный третий электрод 32 и высокоомный резистор 33.

Деионная дугогасительная камера 2 представляет гобой слегка модифициванную стан 1артн í pеионную peEp T 40 ку автомати.>оcкаго выключателя. Промежуточные пластины 27-30 являются обычными пластинами из меди или стали. Крайняя пластина 31 также является стандартной и используется для 45 подсоединения к нагрузке 24 и непосредственного подсоединения к одному из выводов высоковольтной обмотки

7 импульсного трансформатора 5. Другая крайняя (свободная) пластина

26 отличается от стандартной линь несколько меньшей (на 8-12 мм) длиной и используется для подсоединения к коммутирующему конденсатору 3. Вблизи деионных пластин 26 и 27 на рас- 55 стоянии 2-4 мм расположены первый 8 и второй 9 электроды, которые крепятся в изоляционном корпусе дугогасительной камеры 2 (не показано). Каж55 2 дая из деионных пластин 27-30 подсоединена к соответствующим цепочкам параллельHо соединенных высоковольтного конденсатора и высокоомного резистора, а именно: конденсатора 13 и резистора 17, конденсатора 14 и резистора 18, конденсатора 15 и резистора 19, конденсатора )6 и резистора 20 соответственно. Дифференцирующий конденсатор 21 одним своим выводом подключен к первому электроду

8, а вторым — к деионной пластине 27, Заряд этого конденсатора емкостью несколько микрофарад осуществляется от стандартного малогабаритного блока 22, от независимого источника или от источника 25. Базы магнитного дутья 23 содержат в качестве основной части несколько витков, собранных, например, в виде двух соленоидов, по которым протекает ток, например, из блока 10 управления. Это достигается тем, что, например, тиристор, используемый в блоке 10 в качестве ключевого элемента, включен последовательно с витками узла 23 (не показано) и при подаче сигнала

1 от датчика тока на управляющий электрод этого тиристора происходит разряд предварительно заряженного конденсатора в блоке 10 через тиристор, витки узла 23 и первичную обмотку Ь трансформатора 5 °

В вариантах исполнения предлагаемого выключателя вместо полупроводникового диода 4 используется высокоомный резистор 33 и вводится вспомогательный электрод 32, расположенный между деионными пластинами 26 и

27 внутри дугогасительной камеры 2 в ее задней части и подключенный к общей точке коммутирующего конденсатора контакта и источника питания.

Быстродействующий автоматический выключатель работает следующим образом.

При протекании через выключатель номинального тока контакты 1 замкнуты и питание от источника 25 подается через эти контакты к нагрузке 24.

При этом коммутирующий конденсатор

3 заряжен до требуемого напряжения от постоянного источника (не показан) в полярности, показанной на фиг. 1. Дифференцирующий конденсатор

21 также заряжают от источника 22 до относительно высокого напряжения

1500-2000 В, причем ни заряженные конденсаторы 3 и 21, ни все другие

1365155

Применение диода 4 позволяет использовать н предлагаемом выключателе малогабаритные электролитические конденсатори.

Важной особенностью устройства является то, что конденсатор должен выдать только импульс разрядного тока, обеспечивающий лишь переброс тока из цепи контактов и цепь конденсатор — камера, а отключение цепи ,осуществляется уже дугогасительнай камерой, т.е. функции конденсатора и камеры разделены, вся энергия цепи рассеивается в дуге благодаря чеУ

15 му конденсатор может быть выбран малой емкости. Поскольку и диод работает в кратковременном режиме, обеспечиваются малие габариты и высокая надежность устройства.

Высокое быстродействие блока 10 управления, построенного на стандартних электронных элементах, импульсного трансформатора 5, датчиков тока также способствует снижению емкости

25 конденсатора 3, поскольку аварийный ток ограничивается на низком уровне фактически в самом начале аварии.

Алгоритм срабатывания отдельных элементов автоматического ниключателя представлен на фиг. 2 время-токо30 вой диаграммой, где 1 „ — номинальный ток; I, — так установки; I „ — ток ограничения; Т1 — собственное время датчика тока; f — время срабатывания собственного блока управления; Т, — 35 время вытеснения тока из цепи контактов в цепь дугагасительнай камеры;

Т, — время спадания тока к нулю в период такааграничивающега действия дугогасительной камеры; Т вЂ” полное вре.40 мя отключения.

В некоторых случаях, например, при использовании выключателя н цепях с малой индуктивностью (В цепях с элек 45 тролизными преобразователями) или при необходимости исключения полупроводникового прибора из силовой части выключателя возможна применение варианта быстродействующего автоматического выключателя, н котором вместо диода 4 использован высокаомный резистор 33 (ега подключение показано на фиг. 1 штрихпунктирнай линией). В основном, принцип работы этого варианта выключателя подобен описанному. Отличие заключается в том, чта после перехода така в цепочку конденсатор 3 — дугагасительная камера 2 и размыкания контактов происходит перезаряд конденсатора (н этом случае необходимо использовать неполярный конденсатор) аварийным током и ега левая (па фиг ° 1) обкладка становится положительной, а правая— отрицательной, и отключение цепи. На отключение цепи в результате перезаряда конденсатора не оказывает влияние наличие резистора 33, шунтирующего конденсатор, поскольку ток через резистор весьма мал (доли миллиампер) из-за очень большого сопротивления резистора и недостаточен для поддержания горения дуги в камере, Отсутствие полупроводникового диода н данном варианте выключателя повышает надежность устройства, кроме того, дополнительно повьппается такаограничинающая способность выключателя, так как напряжение переэаряженного конденсатора включено последовательно с напряжением на дугогасительной камере в цепи и суммируется с ним. Вместе с тем, наличие этого напряжения на конденсаторе не оказинает большого влияния на нагрузку, поскольку в последовательной цепи включено напряжение источника, направленное против напряжения на конденсаторе ° Шунтирование конденсатора BblcoKOOMHblM резистором не влияет на работу выключателя: это большое сопротивление порядка 1-10 мОм и поэтому даже при напряжении на конденсаторе 1000 В потери мощности на таком резисторе весьма малы (О,11,0 Вт). Кроме того, применение такого резистора не влияет на готовность выключателя к повторному отключению аварийного тока, поскольку основной перезаряд конденсатора для нового цикла осуществляется от сети его питания, а интервал следования аварий, которые должен отключать выключатель, значительно больше постоянной времени его разряда. Наконец, исключение иэ устройства электролитического конденсатора 3 и применение вместо него неполярного, например бумажного, конденсатора 3, повьппает надежность работы, особенно при высокой и низкой температуре окружающей среды.

В еще одном варианте быстродействующего автоматического выключателя обеспечивается возможность ограничения перенапряжений на гасящем конденсаторе без применения диода 4 и резистора 33, что актуально для защи40

3 13651 элементы не оказывают влияния Hà работу выключателя. Если в цепи возникает аварийный режим, ток через контакты 1 растет и достигает величины уставки датчика 11 тока, который

5 включен в цепи нагрузки и является стандартным (например, дифференциальный датчик, обеспечивающий любое требуемое быстродействие благодаря способности выдавать сигнал с упреж10 дением, например, в зависимости от скорости роста аварийного тока).

Датчик ll тока выДает сигнал в блок 10 управления. При появлении этого сигнала блок 10 управления

15 обеспечивает подачу на вторичную обмотку 7 импульсного трансформатора высоковольтного импульса порядка 610 кВ. В результате этого происходит электрический пробой промежутка между пластинами 31 и 30 деионной дугогасительной камеры, к которым через разделительный конденсатор 16 весьма малой емкости (несколько сот пико25 фарад) прикладывается высокое напряжение. В результате пробоя конденсатор 16 оказывается заряженным B полярности, показанной на фиг. ). Затем через несколько микросекунд происходит пробой промежутка между пла- З0 стинами 30 и 29, к которым также при/ 1I кладывается высокое напряжение (минус" от одного вывода обмотки 7 трансформатора через низковольтную дугу между пластинами 31-30 и плюс" от 35 другого вывода трансформатора через разделительный конденсатор 15).

Аналогичным образом осуществляется быстрый последовательный пробой между пластинами 29-28, 28-27 и

29-28, 28-27, пластиной 27 и дополнительным электродом 9. Инициирующее действие дуги между пластиной 27 и дополнительным электродом 9 приводит к ионизации пространства между допол- 45 нительным электродом 8 и пластиной

27. Наличие достаточно высокого напряжения между электродом 8 и пластиной 27 в конечном счете приводит к электрическому пробою между ними и 50 образованию дуги. Эта относительно мощная дуга между электродом 8 и пластиной 27 под действием магнитного поля, создаваемого узлом 23 магнитного дутья, перемещается в сторону 55 пластины 26 и своим телом замыкает пластины 26 и 27, Этим моментом фиксируется образование серии последовательно горящих дуг между всеми пла55 4 стинами 26-31 деионной дугогасительной камеры (фиг. 1). Таким образом, в течение нескольких десятков микросекунд цепь между пластинами 26-31 оказывается замкнутой и для гасящего конденсатора 3 образуется контур для разряда через последовательно соединенные дуги между пластинами 26-31 и замкнутые контакты 1, Ток разряда конденсатора 3 направлен против тока нагрузки, протекающего через контакты 1 от источни ка 25.В связи с этим результирующий ток через контакты 1 будет уменьшаться, фактически будет происходить вытеснение тока из цепи контактов 1 и в параллельно к ним подключенную цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсаторов 3 и камеры

2. В момент, близкий к нулю тока через контакты 1, срабатывает датчик

12 тока (фактически датчик нуля тока), который выдает сигнал на блок

10 управления. Простейшая схема И этого блока после получения сигнала от датчика 12 тока (а еще ранее от датчика 11 тока) выдает команду на размыкание контактов 1 фактически в бестоковом состоянии.. Быстрое размыкание контактов 1 может быть выполнено с помощью любого известного быстродействующего устройства. После размыкания контактов ток нагрузки еще некоторое время (в зависимости от величины индуктивности цепи, емкости конденсатора, аварийного тока и параметров нагрузки) будет протекать через конденсатор и камеру, а затем после спадания напряжения на конденсаторе к нулю — через диод и камеру.

Теоретически с момента, когда напряжение на конденсаторе 3 спало к нулю, а фактически даже еще раньше в цепи нагрузки, где произошла авария, оказывается включенной дугогасительная камера с полным заданным напряжением на дуге, что обеспечивает быстрое ограничение тока и отключение цепи, близкое к теоретически достижимому, В связи с тем, что контур, включающий в себя контакт I камеру 2 и конденсатор 3, выполнен малоиндуктивным, разряд конденсатора 3 на этот контур происходит быстро (0,2-0,3 мс), и в целом токоограничение от действия полного напряжения на дуге начинается за время, менее 1 мс.

1365155 ключения нагруз: и, деионную дугогаситепьную камеру с деионными пластинами, IIåðâûll и второй электроды, высоковольтные резисторы, выводь1 для подключения источника питания

10 постоянного тока, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных возможностей, в него введены блок магнитного дутья, коммутирующий конденсатор с шунтируюшим элементом, дифференцирующий конденсатор, разделительные конденсаторы, блок заряда, первый и второй датчики тока, блок управления с двумя в одами и тремя выходами, импульс15

1ный трансформатор, первый вывод контактов подключен через первый датчик тока к первому выводу для подключения нагрузки, второй вывод контактов соединен с плисовым выводом для подключения источника питания постоянного тока, выход привода контактов подключен к первому выходу блока управления, информационный выход первого датчика тока соединен с первым входом блока управления, информационный выход второго датчика тока соединен с вторым входом блока управления, MHHvcoBoA вывод для подключения исто ->ника питания постоянного тока через второй датчик тока подключен к второму выводу для подключения нагрузки, первая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с плюсовым выводом для подключения источника питания постоянного тока, вторая обкладка коммутирующего конденсатора подключена к первой деионной пластине, параллельно дифференцирующему

50 ф о р,м у л а и з о б р е т е ч и я 55 разделительного конденсатора с второй, третьей, четвертой и пятой де1. Быстродействующий автоматический выключатель, содержащий контакты, привод контактов, выводь> для подионными пластинами, второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с шестой деионной ты цепей с бо>ц,шой индуктивностью, например, преобразователей для металлургического электрон и>.:>да, С этой целью в деионную дугогасительную камеру 2 введен третий > помогательный электрод 32, расположенный, например, между деионнь>ми пластинами 21 и 27 в задней части камеры, Зивод электрода 32 подсоед. нен к левой обкладке гасящего конденсатора 3 (как это показано на фиг. I штрихпунктирнОЙ линией ) . IIplfH>! ип тра бОты этОГО варианта выкл. чателя подобен описанному, отличие состоит в том, что к моменту, когда дуга между деионными пластинами ?ь> и 27 уже на этапе токоограничения достигает переднего конца вспомогате>,.ного электрода 32 (до этого момента Осушествовения электрода 32 с>нер.»енно не влияет на работу выкл::.стог>я), цепь ме ду пластиной 26 и электродом 32 оказывается закороченной этой дугой. В результате этого паоаллельно конденса >>> тору 3 Оказ tBaeTCH Fi:.:>æ÷åííîé дуга, горящая между пластиной 26 и электродом 32. что оз ачает, что на>ряжение на конденсаторе при откцюч нии аварийного тока не превышает: ескольких, сятков воль†что Особен о 3б эффективно при отключении цепей с большой индуктивн"стьк> и большим током. При необходч..ости вспомогатель> ный электрод мо>-. - i >Iть помещен между другими > ионными влас.тинами или подключен к однои из них непосредственно °

Быстродействую 1ий автоматический выключатель может эф>ективц.> использоваться при любо. ".,Оле перонных

ПЛаСтИН ДУГО.-аС" вЂ,.Ьцой Ка ">ol> Т Е, практически при любом требуе.>ом но— минальном напряжении выключателя, Предлагаемый быстродействующий автоматический нчключатель предназначен прежде всего для защиты мок ных полупроводниковых (тиристоо«ых и диодных) преобразовател>ных агрегатов и других ответственных объектов, где требуется высокое быстродействие и достаточная надежность работь>, в том числе и при коммутации мощных высокоиндуКтивнь>х цепей, конденсатору включен блок заряда, первый электрод подключен через параллельную цепь блока заряда и дифференцирующего конденсатора к второй деионной пластине, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с выводами первичной обмотки импульсного трансформатора, каждый из разделительных конденсаторов включен параллельно одному из высокоомных резисторов, первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с вторым электродом и через соответствующую параллельную цепь из высокоомного резистора и

1365155

3. Выключатель, по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в качестве шунтирующего элемента ис— пользован высокоомный резис тор.

Ig

Составитель Г.Корсаков

Редактор Н.Егорова Техред М.Ходанич Корректор М ° lie im

Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6619/46

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул, Проектная, 4 пластиной и с первым выводом для подключения нагрузки, причем первый электрод расположен на одной горизонтали с первой деионной пластиной и

5 перед ней, второй электрод — между первым электродом и второй деионной пластиной.

2. Выключатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве шунтирующего элемента использован полупроводниковый диод, анодом подключенный к первой обкладке коммутирующего конденсатора, а катодом — к второй обкладке коммутирующего конденсатора.

4. Выключатель по пп. 1 и 2 или

3, отличающийся тем,, что в него введен третий электрод, соединенный с первой обкладкой коммутирующего конденсатора, причем третий электрод расположен в задней части деионной дугогасительной камеры, между двумя какими либо деионными пластинами.