Вакуумный выключатель постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к коммутационной аппаратуре постоянного тока высокого напряжения. Цель изобретения - увеличение отключаемого тока и снижение массогабаритных показателей выключателя. При отключении тока размыкаются контакты вакуумной камеры 2. Затем срабатывает разрядник 4 и коммутирующий конденсатор 6 разряжается на вакуумную камеру 2 через катушку индуктивности 5. Магнитное поле катушки индуктивности 5 уменьшает вероятность возникновения повторных пробоев вакуумной камеры 2 под действием микрочастиц. Воздействие магнитного поля катушки 5 на камеру 2 продолжается некоторое время и после прекращения протекания тока через конденсатор 6. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<51)s Н 01 Н 9/30, 33/66

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694456/07 (22) 24,05,89 (46) 07,11,92. Бюл. ¹ 41 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А.Г.Макаров и В.Н.Пупынин (56) Авторское свидетельство СССР № 828248, кл. Н 01 Н 33/66, 1981. (54) ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной аппаратуре постоянного тока высокого напряжения, Цель изобретения — увеличение отключаеИзобретениь относится к электротехнике, а именно к коммутацинной аппаратуре постоянного тока высокого напряжения.

Известен выключатель постоянного тока, содержащий в силовой цепи дроссель насыщения и вакуумную камеру, ток в которой принудительно переводится через нуль разрядом предварительно заряженного конденсатора.

При разряде конденсатора скорость изменения тока в вакуумной камере и реакторе при подходе к нулю замедляется, что обеспечивает увеличение бестоковой паузы и повышает надежность восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Однако заметное снижение нарастания тока связано с увеличением габаритов и массы дросселя, Известен также вакуумный выключатель, в котором для увеличения бестоковой паузы через камеру устанавливают шунтирующий ее диод, включенный встречно току в основной цепи...Ы),, 1774389 А1 мого тока и снижение массогабаритных показателей выключателя, При отключении тока размыкаются контакты вакуумной камеры 2. Затем срабатывает разрядник 4 и коммутирующий конденсатор 6 разряжается на вакуумную камеру 2 через катушку индуктивности 5. Магнитное поле катушки индуктивности 5 уменьшает вероятность возникновения повторных пробоев вакуумной камеры 2 под действием микрочастиц.

Воздействие магнитного поля катушки 5 на камеру 2 продолжается некоторое время и после прекращения протекания тока через конденсатор 6. 1 ил.

Недостатком известных выключагелей является то, что при отключении сильноточной дуги вакуумными камерами в них образуются, макрочастицы йз-за разрушения поверхности контактов, что приводит после прерывания тока к повторным пробоям и уменьшению надежности отключения. А для увеличения бестоковой паузы в камерах необходим коммутирующий конденсэтор большой емкости, что увеличивает габарито-стоимостные показатели выключателя.

Известно устройство отключения постоянного тока вакуумным выключателем, в котором для повышения отключаемого тока и быстрого рассасывания макрочастиц на отключаемую дугу воздействуют магнитны;.; полем, создаваемым специальной формой электродов, либо катушкой силового тока на стороне неподвижного контакта или вспомо гател ь ной катушкой.

Однако габариты и вес катушки силово го тока оказываются значительными, а для регулирования продольного магнитного по1774389 ля, создаваемого вспомогательной катушкой, требуется посторонний источник питания и сложная схема управления этой катушкой, Целью изобретения является увеличе- 5 ние отключаемого тока и снижение габари- . то-стоимостных показателей выключателя.

Это достигается тем, что в известном вакуумном выключателе, содер>кащем в силовой цепи последовательно соеДиненные 10 дроссель насыщения и вакуумную камеру, шунтированную диодом в направлении, встречном направлению тока в силовой це. пи, параллельно которым через управляемый разрядник подключен колебательный 15 контур, состоящий иэ индуктивности и предварительно заряженного конденсатора, параллельно которому подключен варистор, а также разрядную цепочку, состоящую из последовательно соединен- 20 ных разрядного резистора и диода, причем анод диода присоединен через резистор к минусу источника питания, а катод диода к катоду управляемого разрядника и вакуумной камере со стороны нагрузки, изме- 25 нено назначение in пространственное расположение катушки индуктивности колебательного контура, которая в предложенном выкл ючателе охватывает вакуумную камеру напротив места образо- 30 вания дуги и шунтируется вновь введенным диодом и последовательно соединенным с ним низкоомным резистором, причем вновь введенный диод включен встречно току силовой цепи. 35

Эффект от использования предложенного технического решения заключается в следующем.

При разряде коммутирующего конденсатора и пропуска тока через катушку ин- 40 дуктивности колебательного контура ею одновременно создается продольное магнитное поле, действующее на макрочастицы в плазме дуги и способствующие их быстрому рассасыванию. Существенно, что 45 действие продольного магнитного поля не прекращается и после прекращения тока через камеру, так как спадающий ток в катушке индуктивности наводит по концам ее

ЭДС, которая открывает шунтирующий ди- 50 од, благодаря чему ток через катушку продолжает протекать длительно, что резко уменьшает вероятность повторных пробоев и позволяет увеличить отключаемый ток без снижения надежности работы выключателя. 55

Введение цепи из последовательного диода, включенного встречно току силовой цепи и низкоомного резистора, которая шунтирует катушку индуктивности колебательного контура, а витки катушки охватывают вакуумную камеру напротив места образования дуги, являются новыми существенными признаками, отличающими заявленное техническое решение от аналогов и прототипа. По этой причине заявленное техническое решение обладает существенными отличиями и новизной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема вакуумного выключателя постоянного тока.

Выключатель содержит последовательно соединенные дроссель насыщения 1, вакуумную камеру 2, шунтированную диодом

3 в непроводящем силовой ток направлении. Через управляемый разрядник 4 подключен колебательный контур, содержащий индуктивность 5, конденсатор 6 с блоком предварительного заряда 7. Индуктивность

5 колебательного контура шунтирована цепочкой из резистора 9 и диода 8, включенного встречно току основной цепи, Параллельно конденсатору 6 подключен варистор 10. Разрядная цепочка 11 содержит диод 12, резистор 13 и присоединена анодом диода 12 через резистор 13 к минусу источника 15, а катодом диода 12 к катоду управляемого разрядника 4 и вакуумной камере 2 со стороны нагрузки 14.

Вакуумный выключатель постоянного тока работает следующим образом.

Во включенном положении выключателя через дроссель насыщения 1 и вакуумную камеру 2 протекает ток нагрузки 14. Конденсатор 6 колебательного контура предварительно заряжен от блока заряда 7 с полярностью, указанной на чертеже.

При отключении тока нагрузки или аварийного режима размыкаются контакты вакуумной камеры 2, возникает дуга и при расхождении их на расстояние, достаточное для восстановления электрических свойств камеры, выдается сигнал на запуск управляемого разрядника 4, Блок управления выключателем новых неизвестных элементов не содержит и на фиг.1 не показан.

При этом конденсатор 6 колебательно разряжается через вакуумную камеру 2, дроссель насыщения 1, индуктивность 5 и когда суммарный ток в вакуумной камере 2 изменяет свое направление, диод 3 шунтирует ее, пропуская через себя часть тока разряда конденсатора, равную разности разрядного тока конденсатора и отключаемого тока, Колебательный ток, проходя IlO катушке индуктивности 5, создает в зазоре между контактами вакуумной камеры 2 продольное магнитное поле. Дуга в вакуумной камере 2 погаснет и начинается бестоковая пауза. Весь отключаемый ток начинает протекать от источника 15 через катушку индук 1774389 тивности 5, конденсатор 6, разрядник 4 и нагрузку 14, продолжая воздействовать на вакуумный промежуток продольным полем.

После перезаряда конденсатора 6 в момент начала уменьшения тока в колебательном контуре, на катушке индуктивности 5 появляется напряжение, которым открывается шунтирующий диод 8. Энергия, запасенная в индуктивности катушки 5, начинает разряжаться через диод 8 и резистор 9. Действие продольного магнитного поля на свободные макрочастицы в вакуумной камере 2 продолжается, При заряде конденсатора 6 до напряжения открытия варистора 10, последний открывается и весь ток конденсатора 6 переходит в варистор 10, Энергия, запасенная в источнике питания 15, рассеивается на активном сопротивлении варисторэ 10. Ограничивая напряжение на заданном уровне, варистор 10 закрывается и управляемый разрядник 4 гаснет, отделяя колебательный контур от нагрузки 14. Все это время, даже после погасания разрядника, через индуктивную катушку 5 диод 8 и резистор 9 протекает ток, создающий в вакуумной камере 2 продольное магнитное поле. Энергия, запасенная в индуктивности нагрузки 14, рассеивается на активном сопротивлении 13 разрядной цепочкИ и активном сопротивлении нагрузки 14. Этим завершается выключение постоянного тока вакуумным выключателем.

Установка цепочки из последовательного диода и низкоомного резистора, шунтирующая катушку индуктивности колебательного контура, которая охватывает вакуумную камеру напротив места образования дуги, позволяет на порядок увеличить время действия продольного магнитного поля в вакуумной камере после погасания в ней тока, что способствует быстрому рассеиванию макрочэстиц и вследствие этого, уменьшает вероятность повторных пробоев и одновременно позволяет повысить отключаемый ток. Длительное воздействие продольного магнитного поля позволяет без снижения надежности работы выключателя уменьшить габарито-стоимостные показатели дросселя насыщения.

Вакуумный выключатель постоянного тока, содержащий выводы для подключения источника питания и выводы для подключения нагрузки, вакуумную камеру, управляемый разрядник, дроссель насыщения, коммутирующий конденсатор, катушку индуктивности. два диода, разрядный резистор и варистор причем выводы для подключения положительного полюса источника питания, дросселя насыщения, вакуумная камеры, выводы для подключения нагрузки и вывод для подключения отрицательного полюса источника питания образуют последовательную цепь, вакуумная камера зашунтирована первым диодом, включенным встречно по отношению к полярности напряжения источника питания, катод второго диода подключен к точке соединения вакуумной камеры с выводом для подключения нагрузки, а анод второго диода через разрядный резистор соединен с выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, катушки индуктивности, коммутирующий конденсатор и управляемый разрядник соединены в последовательную цепь, один вывод цепи из последовательно соединенных катушки индуктивности, коммутирующего конденсатора и управляемого разрядника соединен с выводом для подключения положительного полюса источника питания, другой вывод цепи подключен к катоду второго диода, коммутирующий конденсатор зашунтирован варистором, отл ич а ющийс я тем, что, с целью увеличения отключаемого тока и снижения массогабаритных показателей выключателя, в него введены третий диод и низкоомный резистор и ригель, катушка индуктивности выполнена в форме цилиндра, вакуумная камера размещена внутри катушки индуктивности, низкоомный резистор и третий диод соединены в последовательную цепь, подключенную параллельно катушки индуктивности так, что третий диод включен встречно по отношению к полярности источника питания, 5

Формула изобретения

17743В9

Составитель А.Макаров

Техред М.Моргентал Корректор А.Долинич

Редактор Б.Федотов

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

Заказ 3930 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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