Гибридный автоматический выключатель

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтным электрическим аппаратам защиты, в частности к автоматическим выключателям гибридного исполнения. Цель изобретения - повышениенадежности систем электроснабжения посредством повышения токоограничивающей способности выключателя. Гибридный автоматический выключатель содержит главные контакты 1, быстродействующий привод 2, силовую схему из тиристоров 3, 4, 5 и 6 и схему управления. За счет того, что вместо одного тиристора применено по меньшей мере два тиристора, включенных параллельно между собой и расположенных симметрично относительно главных контактов, достигается уменьшение времени перехода тока из цепи главных контактов в цепь тиристоров и, как следствие, повышение токоограничивающей способности выключателей при отключении токов короткого замыкания. Количество тиристоров определяется параметрами выключателя и цепи короткого замыкания. 5 ил.СОс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 Н 9/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 1 (21) 4688103/07 (22) 27.02,89 (46) 15.02,92. Бюл, М 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтного ап паратостроения (72) Г.В, Могилевский (53) 621.316.57(088.8) (56) Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. — М.:

Энергоатомиздат, 1986, с, 120, (54) ГИБРИДНЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ BblКЛ ЮЧАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтным электрическим аппаратам защиты, в частности к автоматическим выключателям гибридного исполнения, Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам защиты, в частности к автоматическим выключателям гибридного исполнения.

Известны гибридные автоматические выключатели, содержащие главные контакты, быстродействующий прйвод главных контактов, тиристоры, включенные параллельно главным контактам,.блок его принудительной коммутации и блок управления.

Токоограничивающая способность таких выключателей, а также их габариты, масса и стоимость в значительной степени определяются временем полного перехода тока из цепи главных контактов при их раз- . мыкании приводом в цепи гиристоров. Это обусловлено тем, что при росте тока короткого замыкания значение тока в сети (4 ), при котором ток в главных контактах стано-, » . Ы 1712978 А1 надежности систем электроснабжения посредством повышения токоограничивающей способности выключателя. Гибридный автоматический выключатель содержит главные контакты 1, быстродействующий привод 2, силовую схему из тиристоров 3, 4, 5 и 6 и схему управления, 3а счет того, что вместо одного тиристора применено по меньшей мере два тиристора. включенных параллельно между собой и расположенных симметрично относительно главных контактов, достигается уменьшение времени перехода тока из цепи главных контактов в цепь тиристоров и, как следствие, повышение токоограничивающей способности выключателей при отключении токов короткого замыкания. Количество тиристоров определяется параметрами выключателя и цепи короткого замыкания. 5 ил. вится равным нулю и после чего включается блок принудительной коммутации, определяется скоростью роста тока короткого замыкания и временем полного перехода тока из цепи главных контактов в цепи тиристоров.

Значение тока 1 определяет в основном токобграничивающую способность выключателя. Оно также определяет номинальный ток тиристора и емкость, а следовательно, габариты, массу и стоимость, конденсаторов в узле принудительной коммутации, Данное время определяется напряжением короткой дуги в главных контактах и активным сопротивлением и индуктивностью контура: главные контакты — тиристор.

Поэтому в конструкции гибридных выключателей стремятся уменьшить данный контур

1712978

25

40

50 ров). до минимума. Однако возможность уменьшения индуктивности таким образом ограничена конструктивными ограничениями, электрической прочностью изоляции и т.д., что не позволяет повысить более существенно токоограничивающую способность вы кл ючателей.

Целью изобретения является повышение надежности систем электроснабжения посредством повышения токоограничивающей способности выключателя;

Поставленная цель достигается в гибридном автоматическом выключателе, содержащем главные контакты, быстродействующий привод, силовую схему из тиристоров, включенных параллельно главным контактам, блок ускорения перевода тока из главных контактов в силовую схему и схему управления, тем, что по меньшей мере два тиристора включены параллельно между собой и расположены симметрично относительных главных контактов.

Именно за счет того, что вместо одного тиристора применено по меньшей мере два тиристора, включенных параллельно между собой и расположенных симметрична относительно главных контактов, достигается уменьшение времени перехода тока из цепи главных контактов в, цепь тиристоров, повышение токоограничивающей способности выключателей, и, следовательно, повышение надежности систем электроснабжения.

На фиг. 1 и 2 показаны две проекции расположения основных блоков гибридного автоматического выключателя (без деталей их механического соединения); на фиг. 3 и 4 — направления магнитных потоков и ЭДС контуров, на фиг. 5 — временные диаграммы, Гибридный автоматический выключатель содержит главные контакты 1 (s частном слуЧае — мостиковые), быстродействующий привод 2 главных контактов 1, тиристоры 3, 4, 5, 6, блок 7 принудительной коммутации тиристоров, датчик 8 токовой защиты и блок управления 9.

Тиристоры 3, 4, 5 и 6 включены параллельно главным контактам 1 и расположены вокруг них симметрично. На фиг. 1 и 2 показан частный вариант с четырьмя тиристорами 3, 4, 5, .6. Параллельно указанным тиристорам включен блок 7 принудительной коммутации тиристоров, состоящий из конденсаторов, диодов и тиристоров. Возможно применение индивидуальных для каждого тиристора 3, 4, 5. 6 блоков 7 принудительной коммутации. На выводной шине расположен датчик 8..Связи управления между приводом 2, тиристорами 3, 4, 5 и 6, блоком 7 принудительной коммутации и датчиком 8 могут быть осуществлены через блок управления 9. .Выключатель работает следующим образом.

В номинальном включенном состоянии главные контакты 1 замкнуты и через них проходит номинальный ток, Тиристоры 3, 4, 5 и 6 заперты. Блок 7 принудительной коммутации тиристоров не включен. Датчик 8 не выдает сигнал в блок управления 9, поскольку его уставка срабатывания больше номинального тока. Привод 2 не включен.

При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания в момент времени ty (фиг. 5), когда ток достигнет значения ус-тавки датчика 8, с его выхода через блок управления 9 подаются сигналы на срабатывание привода 2 и включение тиристоров 3, 4, 5, 6. На размыкаемых главных контактах

1 в момент времени тл возникают электрические дуги с общим напряжением Од. Под действием его ток из цепи главных контактов 1 переходит в тиристоры 3. 4, 5 и 6, поскольку Од больше прямого падения напряжения О на каждом тиристоре. Скорость перехода тока зависит от индуктивности и взаимоиндуктивности контуров токов, На фиг, 5 показан: уменьшающийся, ток 4 в цепи главных контактов и увеличивающийся общий ток сеТи i (поскольку Од значительно меньше напряжения генератора Он).

На фиг. 3 показаны направления магнитных потоков, проходящих через контур: главные контакты 1 — тиристор 3, а на фиг, 4 — направления ЭДС, создаваемых магнитными потоками, где Фк — магнитный поток от тока в цепи главных контактов 1 между местами присоединения тиристоров; Фз

Ф4, Фь и Фв — магнитные потоки, соответственно, от тиристоров 3, 4, 5, 6; Фо — магнитный поток от подводящих шин с общим током 4;ео, е, ез, е4, е5и ее направления ЭДС от указанных выше магнитных потоков при росте токов ь,!з, ц, !5 и!6 и уменьшении тока

4 в главных контактах 1, Как видно из фиг. 4, токи в тиристорах

4, 5 и 6 создают ЭДС, ускоряющие переход тока lk в тиристоры, что необходимо для уменьшения времени полного перехода тока и, соответственно, для повышения токоограничивающей способности гибридного выключателя.

При этом также достигается уменьшение емкос1и конденсаторов в блоке принудительной коммутации за счет уменьшения тока 4О. (Аналогичный положительный эффект достигается при любом числе тиристоВыбор числа параллельно соединенных, тиристоров определяется шкалои номи1712978 нальных токов тиристоров, параметрами тока короткого замыкания и конструктивными ограничениями.

Вышеуказанное обосновывается математическим анализом переходного процесса перехода тока. Если ввести обозначения 5

1 4, 4 ао=Ео/!о ..а =Е /ik и т.д„гдЕ 4, 4 и т.д.— скорости изменения токов, а ао, а и т,д.— постоянные величины, определяемые конструкцией. и для упрощения анализа не учитывать активные сопротивления цепей, то 10 скорость уменьшения тока может быть определена по следующей формуле, получаемой из совместного решения уравнений для контуров каждого тиристорэ: и-3

15 — аз+Х а>

Up UT+aolo1+ 3„ lo!

lk =

n — 3 аз+,, al

3 20 ак + — —-,п — 3 где Il — число тиристоров.

Из формулы видно, что введение дополнительных параллельных тиристоров увеличивает числитель и уменьшает знаменатель, 25 что отражает влияние дополнительных ЭДС.

При одном тиристоре

Од-Ui+а io — аз!о

4 эк + аЗ т.е. скорость перехода тока ц меньше.

После полного перехода тока из цепи главных контактов в цепи тиристоров в момент времени tk, определяемой временем деионизации tn воздушного зазора и восстановления электрической прочности, схе- З5

Ма УПРаВЛЕНИЯ В МОМЕНТ ВРЕМЕНИ tnk включает блок принудительной коммутации, благодаря" чему происходит запирание тиристоров в течение времени tean. нарастание напряжения на конденсаторах блока

Uc и при Uc=UH (без учета активного сопротивления сети) ограничение тока короткого замыкания до уровня 1о р и затем уменьшеР ние тока i до нуля при о,„, т.е. полное отключение тока.

Для качественного сравнения на фиг. 5 показана пунктиром диаграмма отключения и параметры с индексом (*) при одном тиристоре, включенном параллельно контактам.

Предлагаемая конструкция гибридного автоматического выключателя может быть применена для коммутации постоянного и переменного тока путем использования соотвегствующих известных схем принудительной коммутации.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый выключатель обладает повыщенным токоограничением при отключении токов короткого замыкания, Формула изобретения

Гибридный автоматический выключатель, содержащий главные контакты, быстродействующий привод. силовую схему из тиристоров, включенных параллельно главным контактам, блок ускорения перевода тока из главных контактов в силовую схему и схему управления, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения токоогрэничивающей способности выключателя, по меньшей мере два тиристора силовой схемы включены параллельно между собой и расположены симметрично относительно главных контактов.

1712978 ф

@rP

Составитель Г.Могилевский

Редактор Н,Каменская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 538 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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