Устройство защиты

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности защиты и снижение габаритов. Устройство содержит изоляционный корпус 1, узел защиты, состоящий из контактодержателей 2 главных подвижных контактов с дугогасительными рогами, контактных накладок 3, контактодержателей 4 главных неподвижных контактов, подвижной изоляционной рамки 5, ее оси 6 вращения, входных шин 7, контактных пружин 8, гибких соединений 9, выводных шин 10, пружин 11 сжатия, подвижных осей 12 вращения опор пружин 11 сжатия, неподвижных осей 13 вращения опор пружин 11 сжатия, пружины 14 растяжения, подвижного рычага с ручкой управления 16, упоров 17, блока 34 свободных контактов и сигнализации, светового табло 35, дугогасительных камер 36. Узел короткозамыкателя состоит из катушки 18 индукционно-динамического привода, якоря 19, толкателей 20, направляющих 21 толкателей 20, подвижных плоских контактов 22 узла короткозамыкателя, П-образных скоб 23, пружинных скоб 24, неподвижных 25 и подвижных 26 частей защелок, оси вращения 27 защелок, пружин 28 защелок, пружин 29 сжатия, трансформаторов 30 тока, конденсаторов 31, блока 33 максимальной токовой защиты 33. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151)5 Н 01 Н 79/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 3 2

А Фурf (21) 4476866/24 — 07 (22) 25.08.88 (46) 07.07.90. Бюл. N 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтного аппаратостроения (72) Г.В. Могилевский, А.B. Лифар, О.Н. Столяров, Н.П. Малютин и Г.С. Колий (53) 621,316.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 843017, кл, Н 01 Н 73/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1238172, кл. Н 01 Н 71/43, Н 01 Н 73/00, 1984.

Намитоков К.К., Ильина Н.А., Шкловский И.Г. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. — M,: Энергия, 1988. с, 92-94. A

„„5U„„1576928 А1 (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности защиты и снижение габаритов, Устройство содержит изоляционный кор ус 1, узел защиты, состоящий иэ контактодержателей 2 1лавных подвижных контактов с дугогасительными рогами, контактных накладок 3, контактодержателей 4 главных неподвижных контактов, подвижной изоляционной рамки 5, ее оси 6 вращения, входных шин 7, контактных пружин 8, гибких соединений 9, выводных шин 10, пружин 11 сжатия, подвижных осей 12 вращения опор пружин 11 сжатия, неподвижных осей 13 вращения опор пружин 11 сжатия„ пружины 14 растяжения, подвижного рычага с ручкой 16 упрэвленIIA. упоров 17, блока

34 свободных KoH IBKTGB и cMcH3лизации, 1576928

15

20 светового табло 35, дугогасительных камер

36. Узел короткозамыкателя состоит из катушки 18 индукцион но-динамического привода, якоря 19, толкателей 20, направляющих 21 толкателей 20, подвижных плоских контактов 22 узла короткозамыкателя, П-обИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты тири. сторных преобразователей, Цель изобретения — повышение надежности защиты и снижение габаритов, На фиг. 1 представлено устройство защиты, общий вид. разрез; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг, 3 — часть узла подвижной изоляционной рамки C главными по движными контактами; на фиг. 4 — якорь индукционного динамического йривода; на фиг. 5 — положение пружинной защелки во включенном состоянии устройства; на. фиг. 6 — то же, в отключенном состоянии устройства; на фиг. 7-9 — кинематические схемы устройства при различных его состояниях; на фиг, 10 — принципиальная элект рическая схема устройства, Устройство защиты содержит изоляционный корпус 1, контактодержатель 2 главного подвижного контакта с дугогасительным рогом, контактные накладки 3, контактодержатель 4 главного неподвиж. ного контакта, подвижную изоляционную рамку 5, ось 6 вращения подвижной изоляционной рамки 5 и контактодержателей 2 главных, подвижных контактов, входную шину 7, контактные пружины 8, гибкое соединение 9, выводную шину 10, пружины 11 сжатия, подвижную ось 12 вращения опоры

-пружины 11 сжатия, неподвижную ось 13 второй опоры пружины 11 сжатия, пружину

14 растяжения, подвижный рычаг 15, ручку

16 управления, упор 17, катушку 18 и якорь

19 индукционно-динамического привода, толкатели 20, направляющие 21 тол кателей

20, подвижные плоские контакты 22 узла короткозамыкателя, неподвижные контакты 23 узла короткозамыкателя, П-образную скобу 24, неподвижные части 25 эащелок, подвижные части 26 защелок, ось

27 вращения подвижных частей 26 эащелок, пружину 28 сжатия защелки, пружины

29 сжатия, трансформаторы 30 тока, конденсаторы 31 импульсного питания индукционно-динамического привода. блок 32 максимальной токовой защиты, блок 33 заряда конденсаторов и защиты от снижения

40 разных скоб 23, пружинных скоб 24, неподвижных 25 и подвижных 26 частей защелок, оси 27 вращения защелок, пружин 28 защелок, пружин 29 сжатия, трансформаторов 30 тока, конденсаторов 31, блока 33 максимальной токовой защиты. 10 ил. напряжения на конденсаторах 31, блок 34 свободных. контактов и сигнализации, световое табло 35, дугогасительные камеры

36 с решеткой, тиристоры 37.

Контактодержатели 2 и контактные накладки 3 образуют главные подвижные контакты, а контактодержатели 4 и контактные накладки 3 — главные неподвижные контакты, Контактные пружины 8, пружины

11 сжатия, подвижная ось 12 вращения опоры пружины 11 сжатия, неподвижная ось 13 второй опоры пружины 11 сжатия, пружина

14 растяжения, подвижный рычаг 15 и ручка 16 управления образуют механизм ручного управления.

Контактодержатели 2 и подвижная изоляционная рамка 5 имеют общую ось 6, которая. имеет изоляционные перешейки (не показаны) для исключения гальванической связи контактодержателей. Концы оси 6 входят в отверстия корпуса 1.

В подвижной. изоляционной рамке 5 укреплены пружины 8 сжатия, осуществляющие контактные нажатия между контактными накладками 3 во включенном положении устройства. Пружины 11 сжатия предназначены для фиксации контактов во включенном и отключенном положениях устройства. Они имеют по две опорные шайбы, одни иэ которых укреплены на подвижных осях 12, расположенных на выступах подвижной изоляционной рамки 5, а другие — на неподвижных осях 13, укрепленных на изоляционном корпусе 1. При этом во включенном положении подвижная ось

12 расположена слева (фиг, 1 и 7) от линии, соединяющей оси 6 и 13, а в отключенном (фиг, 9) — справа. Подвижный рычаг 15также вращается относительно оси 6. Пружина 14 растяжения одним концом соединена с ручкой 16 управления, а другой ее конец укреплен на оси в подвижной изоляционной рамке 5 аналогично подвижной оси 12 вращения . опоры ггружины 11 сжатия. Один конец подвижного рычага 15, расположенный против конца подвижной части 26 защелки, выполнен изогнутым (фиг. 5 и 6), Катушка 18 индукционно-динамического привода жестко укреплена в изоляционном,.

1576928

55 корпусе 1. Она выполнена в виде отдельного изоляционного корпуса, s котором расположена медная лента, залитая эпоксидной смолой, Она выполнена. прямоугольной формы со скругленными углами, такую же форму имеет якорь 19, выполненный из меди или бронзы. На якоре 19 жестко укреплены три толкателя 20 и три подвижных плоских металлокерамических контакта

22 короткозамыкателя, причем толкатели

20 расположены перпендикулярно поверхности якоря 19 и против контактодер>кателей 2 главных подвижных контактов каждого полюса, а плоскости подвижного плоского контакта 22 перпендикулярны общей оси 6 вращения главных контактов, На выводных шинах 10 жестко укреплены неподвижныее контакты короткозамы кателя, выполненные в виде П-образных скоб 23 иэ электропроводящего материала (меди, бронзы). Их охватывают стальные скобы 24, выполняющие функции пружин.

С целью надежного контактирования щель в П-образных скобах 23 выполнена меньше толщины подвижных плоских контактов 22, а для плавной раздвижки при входе в них подвижных плоских контактов

22 концы П-образных скоб 23 закруглены (фиг. 2). На боковой стороне якоря 19, параллельной и ближней общей оси 6 вращения. укреплена неподвижная часть 25 защелки, выполненная в виде двух накладок из прочной к истиранию стали. Подвижная часть 26 защелки выполнена в виде двух рычагов с воэможностью вращения на оси 27, установленной в изоляционном корпусе 1. Концы рычагов, входящие в зацепление с неподвижной частью 25 защелки, зафиксированы пружинами28сжатия защелки. Применение двух рычагов обусловлено требованием повышенной надежности, исключающим воэможность несрабатывания защелок.

В разомкнутом состоянии главных контактов, при котором исключены повторные пробои после гашения дуги, защелки удерживают якорь 19 и, соответственно, подвижные главные контакты в отключенном положении. Пружины 29 сжатия предназначены для возврата якоря 19 в исходное положение после. освобождения защелок.

Значение зазора между подвижными пло-. скими контактами 22 и П-образными скобами 23 должно быть минимальным, исходя из требования минимального времени их размыкания и, следовательно, максимального ограничения тока в нагрузке. Ограничением является условие отсутствия электрического пробоя между ними при испытательном напряжении изоляции (например, для сети

50 с номинальным напряжением 380 В оно равно 2500 В. а значение минимального зазора должно быть 2--3 мм). Значение зазора между ка>кдым толкателем 20 и нижней поверхностью кондактодержателя 2 главного подвижного контакта выполнено большим (ориентировочно на 1-3 мм) с целью исключения замедления входа подвижных плоских контактов 22 в П-образные скобы 23 при ударах толкателей 20 и исключения вибраций. Со стороны рогов главных контактов расположены в изоляционном корпусе 1 в каждол1 полюсе дугогасительные камеры 33, в частном случае с решеткой.

Возможны идругие исполнения камер(например, с магнитным гашением дуги).

В части изоляционного корпуса 1, расположенной со стороны якоря 19, противоположной стороне, на которой установлены толкатели 20 и подвижные плоские контакты 22 короткоэамыкателя, установлены конденсаторы 31, блок 32 максимальной токовой защиты и блок 33 заряда конденсаторов и защиты от снижения напряжения на конденсаторах 31. Возможно также расположение конденсаторов вне изоляционного, корпуса 1. В изоляционном корпусе 1 со стороны. на которой укреплена ручка 16 управления, установлен блок 34, в котором располо>кены свободные контакты для дистанционной передачи сигналов о состоянии устройства. На этой же части изоляционного корпуса 1 установлено сигнальное табло

35, на котором расположены светодиоды или другие элементы, передающие обслуживающему персоналу сигналы "Отключено", "Отключено аварийно", "Включено", "Номинальное напряжение на конденсаторах" и др. На входных шинах 7 в корпусе устройства укреплены трансформаторы 30 тока. предназначенные для передачи сигналов. пропорциональных току в сети, в блок 32.

На схеме устройства (фиг. 10) показано, что блок 32 максимально-токовой защиты и блок 33 заряда конденсаторов связаны с цепью управления тиристора 37, который при включении вызывает разряд конденсаторов 31 на катушку 18 индукционно-динамического привода.

Устройство защиты работает следующим образом, В номинальном режиме работы во включенном положении устройства защиты и при протекании по полюсам тока, не более номинального значения, выходной, сигнал блока максил1альной токовой защиты равен нулю и тиристор 37 заперт. Конденсаторы

31 заряжены от блока 33 заряда конденса1576928 торов и до номинального стабилизированного значения.

Контактные накладки 3 замкнуты под действием пружины 11 сжатия, Поскольку подвижная ось 12 (фиг, 1 и 7) находится слева от линии, соединяющей оси 6 и 13, та сила сжатия пружин 11 сжатия имеет составляющую, направленную на поворот контактодержателя 2 главного подвижного контакта против часовой стрелки. Параметры пружин и конструкции выбраны из условия превышения момента сил от пружин 17 сжатия над моментом сил QT контактных пружин 8, благодаря чему обеспечивается необходимое нажатие в контактных накладках 3. Якорь 19 под действием пружин 29 сжатия прижат к корпусу катушки 18, вследствие чего неподвижная 25 и подвижная 26 части защелок не входят в зацепление, Рычаг 15 под действим пружины 14 растяжения занимает поло>кение па линии, включающей оси 6 и 12, т.е. соответствующее минимальной длине пружины 14 растяжения. При этом конец подвижного рычага

15 не соприкасается с подвижной частью 26 защелки(фиг, 5), Ручка 16управления находится в крайнем левом (фиг. 1) положении.

На световом табло 35 горят светодиоды возле надписей "Включено" и "Номинальное напряжение на конденсаторах", что сигнализирует о положении устройства и заряде конденсаторов 31 через блок 33 заряда конденсаторов от напряжения силовой сети. Возможен также вариант заряда от независимой сети переменного или постоянного тока, Для оперативного отключения устройства ручку 16 управления отводят по часовой стрелке, что приводит к растяжению, пружины 14. Когда момент силы пружины 14 растяжения относительно оси 6 превысит моменты сил от пружин 11 сжатия также относительно оси 6, происходит скачкообразный переброс подвижной оси 12 вправо до упора 17, При этом после отпускания ручки 16 управления рычаг 15 занимает положение по линии, включающей оси 6 и 12, В этом положении также конец подвижного рычага 15 не соприкасается c подвижной частью 26 защелки.

Оперативное включение устройства выполняется путем перевода ручки 16 управления против часовой стрелки до положения, при котором пружина 14 растяжения перебрасывает подвижную ось 12 в левое положение до замыкания контактных накладок 3.

При возникновении короткого замыка.ния в преобразователе (прабой тиристоров, ложное включение тиристоров в реверсив40 flÿми 2 подвижных главных контактов, вследствие чего последние начинают поворачиваться по часовой стрелке, сжимая контактные пружины 8, растягивая пружину

14 и поворачивая подвижную рамку 5 до

45 ее переброса s отключенное положение . (фиг, 9), После этого ручка 16 управления с рычагом 15 под действием пружины 14 растя>кения переходит в правое положение. Если даже удерживать ручку 16 управления в левом положении, то главные контакты останутся в разомкнутом положении за счет фиксации якоря 19 защелкой. После окончания срабатывания на световом табло 35 включаются светодиоды возле надписей

"Отключено аварийно".

Для включения устройства после аварийного отключения необходимо отвести ручку 16 управления вправо до положения рычага 15. когда его конец повернет hoдвижные части 26 защелок- против часовой

30 ной схеме) происходит рост тока в полюсах устройства и при превышении его заданной в блоке 32 максимальной таковой защиты уставки с ега выхода подается импульсный сигнал на включение тиристора 37, Конденсаторы 31 разряжаются на катушку 18 индукционна-динамического привода. Якорь

19 под действием злектродинамических сил между токами в катушке 18 и якоре 19 начинает двигаться, удаляясь от катушки 18 и сжимая вначале только относительно слабые пружины 29 сжатия, Далее подвижные плоские контакты 22 входят в щель между

П-образными скобами 23, что приводит к металлическому замыкание выводных зажимав устройства защиты и вследствие этого к почти полному прекращению протекания тока короткого замыкания от источника питания сети в преобразователе, поскольку сопротивление цепи контактов коротказамыкателя значительно меньше падения напряжения на тиристорах преобразователя, Токи, протекающие по сторонам П-образных скоб 24, вызывают притяжение их, компенсируя их отталкивание под действием злектродинамических сил в точках контактирования. Кроме того, сила, возникающая от магнитного поля стальных пружинных скоб 24, также спосабствует сохранению надежного контактироцания между подвижными плоскими контактами 22 и П-образными скобами 24, исключающего их вибрацию и сваривание.

По мере продвижения плоских контактов 22 в П-образных скобах 24 происходит взаимное скольжение частей 25 и 26 защелак, а затем их сцепление под действием пружин

28 сжатия защелок. Далее происходит соударение толкателей 20 с контактодержате1576928

10

20

45

55 стрелки и выведет их из зацепления с неподвижными частями 25. Якорь 19 вместе с толкателями 20 под действием пружин 29 сжатия отойдет к катушке 18, Дл,я последующего включения главных контактов необходимс перевести ручку 16 управления с рычагам 15 по часовой стрелке; как при оперативном включении, Возможны иные конструктивные решения механизма управления тлавными подвижными контактами.

За счет того, что в устройстве защиты на якорь индукционно-динамического при-. вода установлены толкатели главных подвижных контактов и подвижные контакты узла короткозамыкателя, достигается почти одновременное замыкание входных зажимов преобразователя, т.е. резкое ограничение тока в преобразователе. и размыкание главных контактов, т,е. начало ограНичения тока короткого замыкания в сети и источнике питания, что в целом позволяет повысить надежность защиты преобразователя и уменьшить габариты устройства защиты, поскольку главные подвижные контакты 2 размыкают ток короткого замыкания в начале его роста после замыкания контактов узла короткозамыкателя, а не установившийся ток короткого замыкания, причем используется один общий привод с конденсаторами для движения главных подвижных контактов и подвижных контактов узла короткозамыкателя, тогда как у известного устройства необходимы два привода и почти удвоенное количество конденсаторов.

Повышению надежности защиты в части устранения отказов вследствие сваривания контактов короткозамыкателя способствует выполнение подвижных контактов плоской формы. а неподвижных контактов в виде П-образных скоб с охваты- . вающими их пружинными скобами. поскольку благодаря такой конструкции устраняются вибрации контактов вследствие их плавного соприкосновения и дополнительного сжатия за счет взаимодействия токов в параллельных частях П-образных скоб, усиленных магнитным полем пружинных скоб.

Повышению надежности защиты в части устранения отказов вследствие сваривания способствует исключение вибрации контактов короткозамыкателя при ударах толкателей об подвижные главные контакты за счет того, что воздушный зазор между толкателем и подвижным главным контактом выбран больше, чем воздушный зазор между контактами короткозамыкателя.

Повышению надежности защиты в части уменьшения времени начала ограничения тока короткого замыкания в преобразователе и сети способствует выбор минимальной величины воздушного зазора между подвижными и неподвижными контактами короткоэамыкателя, выбираемого иэ условия отсутствия электрического пробоя при испытательном напряжении изоляции устройства.

Повышению надежности защиты в части устранения отказов из-за повторных включений главных контактов способствует удержание их в разомкнутом положении после аварийного отключения с помощЬю предлагаемой конструкции.защелки.

Таким образом, па сравнению с извест° ным предлагаемое устройство защиты позволяет достичь повышения надежности защиты тиристорных преобразователей, обеспечить необходимое быстродействие и уменьшить габариты устройства.

Основное преимущество прдлагаемого устройства защиты тиристорных преобраэователей заключается в почти одновременном закорачивании вводных зажимов тиристорного преобразователя и начале токоограничения в главной цепи, что достигается совмещением в одной конструкции узлов защиты и короткоэамыкателя, Формула изобретения

Устройство защиты, содержащее узел защиты, состоящий из корпуса, главных подвижныхх контактов с общей осью вращения, главных неподвижных контактов, дугогасительных камер, механизма ручного управления главными подвижными контактами с ручкой .управления, блока максимальной токовой защиты, узел короткозамыкателя, состоящий из корпуса, индукционно-динамического привода с управляющей обмоткой. конденсаторов импульсного питания индукционно-динамического привода. ключевого элемента, подвижных и неподвижных.контактов, входных и выходные шины, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности защиты и снижения габаритов, оно снабжено толкателями, пружинными скобами и пружинными защелками с осями, узлы защиты и короткозамыкателя размещены в одном корпусе, толкатель и подвижный контакт узла короткозамыкателя установлены в каждом полюсе на якоре индукционно-динамического привода перпендикулярно его поверхности, при этом толкатель установлен с зазором относительно главного подвижного контакта, подвижный контакт узла короткозамыкателя выполнен плоским и установ1576928

22 лен своими плоскостями перпендикулярно общей оси вращения главных подвижных контактов, неподвижный контакт узла короткозамыкэтеля установлен на выводной шине в каждом полюсе и выполнен в виде 5

П-образной скобы из злектропроводящего материала с охватывающей ее пружинной скобой, а каждая пружинная защелка выполнена состоящей из подвижной и неподвижной частей, неподвижная часть 10 пружинной защелки установлена на боковой стороне якоря индукционно-динамиче- ского привода, обращенной к общей оси вращения главных подвижных контактов, а подвижная часть пружинной защелки с 15

16 пружиной установлена на оси, закрепленной в корпусе, причем один конец подвижной части пружинной защелки в отключенном аварийном состоянии устройства защиты сцеплен с неподвижной частью пружинной защелки, а против другого конца подвижной части пружинной защелки расположен конец механизма ручного управления главными подвижными контактами. при этом зазор между толкателем и главным подвижным контактом выполнен больше зазора между подвижным и неподвижным контактами узла короткозамыкателя при включенном состоянии устройства защиты.

1576928

25 28 (Риг.Б

16

Qluz.B

Qv2. У

Составитель В.Коносов

Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1848 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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