Устройство для регулирования времени срабатывания привода высоковольтного выключателя

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении диапазона и повышении точности регулирования времени срабатывания привода выключателя. Для этого устройство содержит электромагнит управления, резистор, второй вывод которого и второй вывод обмотки электромагнита управления предназначены для подключения к устройству управления приводом выключателя, также введены транзисторный ключ, формирователь импульса управления и стабилизатор напряжения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления и автоматики элегазовых выключателей, имеющих привод в каждом полюсе (пополюсное исполнение), и может быть использовано в приводах трехфазных высоковольтных выключателей, а также в системах управления приводами.

Известны элегазовые выключатели серии ВГУ на напряжение 110, 220, 330 кВ, для которых предусматривается одновременное управление всеми тремя полюсами.

Выключатель, например, ВГУ-220 в соответствии с заявленными характеристиками должен иметь собственное время отключения не более 0.027 с, собственное время включения 0.12 с, разновременность работы полюсов не более 0.01 с, ток в цепи электромагнитов управления привода не более 2.3 А (см. Чунихин А.А. Электрические аппараты высокого напряжения. Выключатели. Том 1. Справочник. М.: Информэлектро, 1994, стр.70-75).

Характеристики времени срабатывания выключателя обеспечиваются изготовителем привода выключателя путем введения в конструкцию привода дополнительных механических устройств регулирования, например регулируемых ускоряющих клапанов в гидроприводах (см. Автономный гидравлический привод для элегазовых выключателей типа ПГВ, изготовитель РФЯЦ-ВНИИЭФ, 607188 Нижегородская область, г.Саров, ул. Академика Харитона, 14 "Приводы гидравлические ПГВ-12 ВТ, ПГВ-12 В1Т. Руководство по эксплуатации. ГА 110.000-01 РЭ").

Недостатком механического способа регулирования времени срабатывания выключателя является необходимость разработки устройств регулирования для каждого типоисполнения привода или выключателя под конкретные диапазон и точность регулирования.

Известны устройства для регулирования времени срабатывания электромагнита, используемого для управления в приводах высоковольтных выключателей, которые могут быть использованы для регулирования времени срабатывания привода выключателя. Для замедления действия электромагнита параллельно с его обмоткой включают электрическую емкость или последовательно с обмоткой включают индуктивность (см. Таев И.С. Электрические аппараты. Общая теория. М.: Энергия, 1977, стр.257).

Для ускорения действия электромагнита последовательно с его обмоткой включают дополнительное активное сопротивление - резистор. Второй вывод резистора и второй вывод электромагнита предназначены для подключения к источнику питания, используемому для управления приводом выключателя. Данное устройство выбрано в качестве прототипа (см. Родштейн Л.А. Электрические аппараты: учебник для техникумов. 4-е изд. перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1989, стр.144).

Недостатками этих устройств для регулирования времени действия электромагнита являются узкий диапазон и невысокая точность регулировки времени срабатывания выключателя, обусловленные колебаниями напряжения управления электромагнитами.

Задачей, решаемой изобретением, является создание устройства для регулирования времени срабатывания привода высоковольтного выключателя, содержащего электромагнит управления, позволяющего расширить диапазон и повысить точность регулировки времени срабатывания выключателя без использования механических устройств регулирования.

Технический результат заключается в расширении диапазона и повышении точности регулирования времени срабатывания привода выключателя.

Техническая задача решается следующим образом.

Заявляемое устройство для регулирования времени срабатывания привода высоковольтного выключателя содержит электромагнит управления, один вывод которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого и второй вывод электромагнита управления предназначены для подключения к устройству управления приводом выключателя.

В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит транзисторный ключ, выход которого подключен параллельно обмотке электромагнита управления, формирователь импульса управления, выход которого подключен к входу транзисторного ключа, стабилизатор напряжения, выход которого соединен с входом формирователя импульса управления. Вход стабилизатора напряжения соединен со вторым выводом резистора и вторым выводом электромагнита управления.

Указанная совокупность признаков позволяет расширить диапазон регулирования времени срабатывания путем шунтирования обмотки электромагнита транзисторным ключом на время действия импульса с выхода формирователя импульса; повысить точность регулирования времени срабатывания путем стабилизации напряжения питания формирователя импульсов. Длительность импульса на выходе формирователя может быть практически любой, т.к. определяется параметрами времязадающей цепи формирователя.

На практике длительность импульса на выходе формирователя может изменяться от 0.001 до 0.1 с, а точность регулирования не превышает 1% от диапазона.

Изобретение поясняется фигурами.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для регулирования времени срабатывания привода выключателя, на фиг.2 - пример исполнения его принципиальной схемы.

Устройство для регулирования времени срабатывания привода выключателя (УРВ) содержит (см. фиг.1) транзисторный ключ 6, выход которого подключен параллельно обмотке 2 электромагнита управления приводом 1, формирователь импульса 5 управления транзисторным ключом 6, выход которого соединен с входом транзисторного ключа 6, стабилизатор напряжения 4, выход которого соединен с входом формирователя импульса 5, а вход - с вторым выводом резистора 3 и вторым выводом электромагнита 2 управления привода 1. Один вывод электромагнита 2 соединен с первым выводом резистора 3, второй вывод которого и второй вывод электромагнита предназначены для подключения к устройству управления приводом выключателя (на фиг.2 не показано).

При конкретном выполнении заявляемого устройства стабилизатор напряжения 4 (см. фиг.2), выполненный по известной схеме параметрического стабилизатора (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986, стр.29), содержит резистор R1, стабилитрон VD1 и конденсатор фильтра С2, подключенные к зажимам "плюс" и "минус" устройства управления приводом выключателя. Выход стабилизатора напряжения 4 соединен с входом формирователя импульса 5.

Формирователь импульса 5 (см. фиг.2) выполнен в виде времязадающей RC-цепи и порогового устройства на транзисторе (см. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1991, стр.53-56). Резистор R2 соединен с выходом стабилизатора 4 и с конденсатором С1, второй вывод которого соединен с базой транзистора VТ1 и выводом переменного резистора R3. Второй вывод переменного резистора соединен с резистором R4. Резистор R6 соединен с коллектором транзистора VТ1 и выводом D1.4 управления транзисторным ключом 6. Резистор R6 определяет ток управления транзисторным ключом. Выводы D1.3, D1.5 управления транзисторным ключом 6 соединены с выходом стабилизатора напряжения 4. Диод VD2 подключен параллельно выходу стабилизатора напряжения 4 и служит для защиты от обратного напряжения.

Транзисторный ключ 6 (см. фиг.2) реализован на основе D1 твердотельного реле постоянного тока типа 5П40.10П с полевым транзистором на выходе, производимого ЗАО "Протон-Импульс" г.Орел (см. каталог на сайте www.proton-impuls.orel.ru). Вывод транзисторного ключа D1.2 соединен с общей точкой резистора 3 и электромагнита 2 привода 1. Вывод ключа D1.1 соединен с вторым выводом электромагнита управления 2.

Транзисторный ключ выбирается по току и напряжению в зависимости от величины сопротивления резистора 3 привода и напряжения на зажимах управления приводом 1. Для надежной работы устройства сопротивление открытого транзисторного ключа Rko должно быть таким, чтобы выполнялось условие 2Uko<Ucp (Uko - падение напряжения на открытом транзисторном ключе, Ucp - напряжение срабатывания электромагнита). Величина Uko определяется известным выражением (Um - максимальное напряжение на зажимах "+" и "-" управления привода 1, R - сопротивление 3 привода 1). Например, при Ucp=20 В, R=85 Ом, Um=240 В, Rko=0,5 Ом получаем Uko=1,5 В, что на порядок меньше напряжения срабатывания электромагнита.

Параллельно выходу транзисторного ключа включены диод VD4 и варистор RU1, которые предназначены для защиты транзисторного ключа от обратного напряжения и от превышения напряжения на входе управления приводом. Они устанавливаются в случае, когда такая защита отсутствует в приводе.

Необходимое количество УРВ в одном приводе определяется количеством электромагнитов управления и необходимостью регулировки при "включении" или "отключении" привода выключателя. Например, для регулирования собственного времени "включения" и "отключения" выключателя требуется два УРВ: одно для электромагнита "включения", другое для электромагнита "отключения".

Рассмотрим работу УРВ на примере регулирования собственного времени отключения привода выключателя.

В исходном состоянии (см. фиг.2) напряжение питания на зажимах управления "+" и "-" привода 1, подключаемых к устройству управления отключением привода, отсутствует, конденсатор С1 формирователя импульса 5 разряжен.

При поступлении от устройства управления (см. Электротехнический справочник. Т.2, Под общ. ред. П.Г.Грудинского и др. Изд. 5-е, испр. М.: Энергия, 1975, стр.660) команды на отключение привода напряжение питания подается на зажимы "+" и "-". Как и в прототипе, устройство управления приводом выключателя представляет собой источник питания электромагнита.

На выходе стабилизатора 4 также появляется напряжение, и конденсатор С1 начинает заряжаться. Ток, протекающий в цепи R2, С1, база VТ1, открывает транзистор VТ1. В цепи управления твердотельного реле D1 (D1.5, D1.4, R.6, VТ1) появляется ток, что приводит к открыванию транзисторного ключа 6 на выходе D1 (D1.1, D1.2).

Сопротивление открытого транзисторного ключа 6 много меньше сопротивления обмотки электромагнита 2, подключенной параллельно выходу 01, т.е. происходит шунтирование обмотки электромагнита 2 и ток в обмотке незначительный, поэтому электромагнит 2 не срабатывает. Например, в гидроприводе типа ПГВ сопротивление обмотки электромагнита 2 составляет 15 Ом, сопротивление резистора 3 составляет 85 Ом, а сопротивление открытого транзисторного ключа в D1 типа 5П40.10П1-2.5-4 при токе 2.5 А не более 0.5 Ом.

По мере заряда конденсатора С1 ток заряда Ic и ток в базе VТ1 уменьшаются и при значении тока транзистор VТ1 закрывается, ток управления D1 прекращается и транзисторный ключ D1 закрывается (Uб - напряжение закрывания VT1).

После закрывания транзисторного ключа 6 на обмотке электромагнита 2 появляется напряжение и начинается срабатывание электромагнита. Таким образом, время срабатывания электромагнита 2 увеличивается на время шунтирования его обмотки, т.е. на время действия импульса управления на входе транзисторного ключа 6.

Регулируя длительность импульса, путем изменения сопротивления R3, добиваются требуемого значения времени срабатывания.

Стабилитрон VD1 и резистор R1 стабилизируют напряжение питания формирователя импульса 5 при колебаниях напряжения на зажимах "+" и "-" от устройства управления приводом для обеспечения стабильной длительности импульса на выходе формирователя 5 и повышения точности времени срабатывания электромагнита 2.

В формирователе импульса 5 резистор R2 определяет начальный ток заряда конденсатора С1. Соотношение величин R2, С1, R3, R4 определяет диапазон регулирования длительности импульса, а значит, и диапазон времени срабатывания электромагнита. Время срабатывания электромагнита минимально, когда R3=0.

После срабатывания привода 1 напряжение питания на зажимах "+" и "-" пропадает и конденсатор С1 разряжается по цепи R2, R5, R4, R3. Диод VD3 защищает базу транзистора при разряде С1.

Диоды VD1, VD4 защищают D1 от обратного напряжения при отключении электромагнита, а варистор RU1 защищает D1 от перенапряжений в цепи питания.

Устройство для регулирования времени срабатывания привода высоковольтного выключателя, содержащее электромагнит управления, один вывод обмотки которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого и второй вывод обмотки электромагнита управления предназначены для подключения к устройству управления приводом выключателя, отличающееся тем, что дополнительно содержит транзисторный ключ, выход которого подключен параллельно обмотке электромагнита управления, формирователь импульса управления, выход которого подключен ко входу транзисторного ключа, стабилизатор напряжения, выход которого соединен со входом формирователя импульса управления, а вход стабилизатора напряжения соединен со вторым выводом резистора и вторым выводом обмотки электромагнита управления.