Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения

Авторы патента:

ХАРТМАНН Вернер (DE)

ЕНИККЕ Лутц-Рюдигер (DE)

МАЙЕР Райнхард (DE)

ТРАПП Норберт (DE)

ПАНАГОУ Антоула (CH)

КОССЕ Зильвио (DE)

H03K17/00 - Электронная коммутация или стробирование, т.е. без размыкания или замыкания контактов (выбор печатающего элемента или вспомогательного электрода при электрическом пеатании B41J 2/405; устройства для хранения и выборки информации G11C 27/02; переключающие или прерывающие устройства в волноводах H01P; стробированные усилители H03F 3/72; коммутирующие устройства для коммутаторных систем, содержащие статические приборы H04Q 3/52)

H01H89/00 - Электрические переключатели (выключатели); реле; селекторные устройства; устройства для защиты от аварий (контактные кабели H01B 7/10; резисторы для защиты от перенапряжений, резистивные разрядники H01C 7/12,H01C 8/04; электролитические автоматические прерыватели H01G 9/18; коммутирующие устройства типа волноводов H01P; устройства для прерывистого токосъема H01R 39/00; предохранители от перенапряжений с использованием искровых разрядников H01T 4/00; схемы аварийной защиты H02H; бесконтактная электронная коммутация H03K 17/00)

Владельцы патента RU 2597998:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Приводится выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий вакуумный силовой выключатель (3) для отключения участка передачи и силовой выключатель (5) с газовой изоляцией для отключения участка передачи, причем силовой выключатель (5) с газовой изоляцией включен последовательно с вакуумным силовым выключателем (3). Кроме того, предусмотрено устройство (4) для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через вакуумный силовой выключатель (3). Технический результат - элементы выключателя управляются устройством управления таким образом, чтобы отключение происходило при прохождении тока через нуль или около того. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к выключателю для участка передачи постоянного тока высокого напряжения.

Для передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC или HGÜ), в частности, для создания мультитерминальных (HVDC) и сетевых систем (HGÜ) необходимы силовые выключатели. Эти силовые выключатели должны надежно отключать как номинальные токи, так и токи короткого замыкания. Существующие номинальные напряжения составляют 550 В. В будущем номинальные напряжения смогут достигать 800 или даже 1000 кВ. Номинальные токи составляют около 2-5 кА. Отключаемые токи короткого замыкания могут превышать номинальный ток многократно. Силовой выключатель для передачи постоянного тока высокого напряжения должен дополнительно обеспечивать гальваническое разделение. Прежние установки для передачи постоянного тока высокого напряжения выполнены в виде решений типа «от точки к точке» (Point-to-Point). Отключения этих установок производятся путем регулирования на соответствующих преобразовательных станциях.

Задачей настоящего изобретения является создание выключателя для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, с помощью которого при возможно более простом устройстве достигается надежное отключение номинальных токов и токов короткого замыкания.

Эта задача решается с помощью выключателя с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным формам исполнения выключателя.

Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения согласно изобретению содержит схему из последовательно включенных первого и второго коммутационных устройств, причем первое коммутационное устройство выполнено для прерывания тока, а второе коммутационное устройство - для изоляции напряжения. Наконец, выключатель содержит устройство для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через коммутационные устройства. При этом первое коммутационное устройство предпочтительно содержит вакуумный силовой выключатель. Второе коммутационное устройство предпочтительно содержит силовой выключатель с газовой, масляной изоляцией или масляной изоляцией с малым содержанием масла.

Для изобретения было обнаружено, что при создании противотока, понижающего ток, протекающий через вакуумный силовой выключатель, предпочтительно достигается улучшение коммутационного процесса. В частности, при этом достигается прохождение тока через нуль. Это возможно, поскольку полярность в случае передачи постоянного тока высокого напряжения заранее известна и не изменяется постоянно, как при переменном токе.

Для генерации обратного напряжения устройство предпочтительно содержит конденсатор высокого напряжения, а также выключатель. Целесообразно, чтобы элементы были включены параллельно вакуумному силовому выключателю. При этом в нормальном режиме конденсатор высокого напряжения заряжается, однако с помощью выключателя по меньшей мере с одной стороны электрически отключается. Если произойдет падение тока, выключатель замыкается. В качестве выключателя может быть использован полупроводниковый выключатель, как, например, тиристор или второй силовой выключатель с газовой изоляцией.

Предпочтительно устройство для создания противотока содержит конденсатор высокого напряжения, а также последовательно включенное с ним третье коммутационное устройство и включается параллельно первому коммутационному устройству. В качестве третьего коммутационного устройства может использоваться, например, тиристор или другой силовой выключатель с газовой изоляцией.

В предпочтительном и усовершенствованном варианте осуществления изобретения выключатель содержит устройство для ограничения подъема тока, включенное последовательно с первым коммутационным устройством. Оно может содержать, например, индуктивность, включенную последовательно со схемой параллельного включения нелинейной индуктивности и емкости. При этом предпочтительном решении отпадают известные из уровня техники затрато- и энергоемкие решения со сверхпроводимостью, всегда требующие также криогенную технику, защищенную от отказов.

Целесообразно, чтобы выключатель содержал устройство управления. Последнее предпочтительно выполнено для определения изменения тока во времени и установления по нему наличия короткого замыкания, а при наличии короткого замыкания для подачи таких сигналов управления, чтобы разомкнулось первое коммутационное устройство.

Кроме того, устройство управления предпочтительно выполнено для управления устройством при создании противотока при наличии короткого замыкания, для создания противотока и управления вакуумным силовым выключателем, для его отключения при максимально малой величине тока, в частности при прохождении тока через нуль.

В другом варианте осуществления изобретения устройство управления устанавливает на основе измеренного изменения тока величину обратного напряжения. При этом достигается быстрое и надежное отключение с помощью вакуумного силового выключателя.

Ниже со ссылкой на фигуры с чертежами более подробно поясняются предпочтительные, но в то же время ни в коей мере не ограничительные примеры выполнения изобретения. При этом признаки изображены схематично.

На фиг.1 схематично изображено устройство выключателя для участка передачи постоянного тока высокого напряжения,

на фиг.2 - устройство ограничителя изменения тока и

на фиг.3 изображена структура устройства управления для создания противотока.

На фиг.1 схематично изображено устройство примера выполнения выключателя. Выключатель установлен на участке 1 передачи постоянного тока высокого напряжения и соединяется с другими линиями с помощью выводов 2. Выключатель содержит вакуумный силовой выключатель 3. Вакуумный силовой выключатель 3 реализован известным способом.

Кроме того, выключатель содержит устройство 4 для создания противотока. Пример выполнения такого устройства 4 для создания противотока изображен на фиг.3. Устройство 4 для создания противотока содержит конденсатор 21 высокого напряжения и тиристор 22, включенные последовательно. Альтернативно тиристору 22 здесь может быть использован также другой полупроводниковый выключатель, как, например, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).

Кроме того, выключатель содержит ограничитель 6 изменения тока. Примерное устройство ограничителя 6 изменения тока изображено на фиг.2. При этом ограничитель 6 изменения тока содержит схему параллельного включения нелинейной индуктивности 12 и конденсатора 13. Эта схема параллельного включения, в свою очередь, включена последовательно с другой индуктивностью 11.

Кроме того, выключатель содержит силовой выключатель 5 с газовой изоляцией, например выключатель SF₆. При этом выключатель 5 с газовой изоляцией, вакуумный силовой выключатель 3 и ограничитель 6 изменения тока включены последовательно. Параллельно вакуумному силовому выключателю 3 установлено устройство 4 для создания противотока.

Где это необходимо, устройство 7 управления соединено с вышеупомянутыми элементами. Так, например, в этом примере выполнения имеет место связь устройства 7 управления с ограничителем 6 изменения тока, по которой устройство 7 управления получает измерительный сигнал dI/dt измерения тока. Другая управленческая связь имеется между устройством 7 управления и вакуумным силовым выключателем 3, а также между устройством 7 управления и устройством 4 для создания противотока. Наконец, связь имеется между устройством 7 управления и силовым выключателем 5 с газовой изоляцией.

Устройство 7 управления отслеживает во время работы измеряемые величины изменения тока во времени. В случае короткого замыкания сильно возрос бы протекающий ток. Ограничитель 6 изменения тока прежде всего препятствует этому сильному подъему. Однако устройство 7 управления распознает по этому нарастающему току наличие короткого замыкания. Вследствие этого устройство 7 управления подает коммутационные сигналы на другие элементы выключателя. Эти коммутационные команды заключаются в размыкании вакуумного силового выключателя 3, силового выключателя 5 с газовой изоляцией и во включении тиристора 22 в устройстве 4 для создания противотока. При этом устройство 7 управления устанавливает временную последовательность этих команд. Целесообразным является быстрое создание противотока. При этом генерация противотока управляется таким образом, чтобы в идеале произошло прохождение тока через нуль. При прохождении тока через нуль или около того вакуумный силовой выключатель 3 отключается. Дополнительное выключение силового выключателя 5 с газовой изоляцией в конечном счете обеспечивает высокую электрическую прочность и отсутствие повторного зажигания в вакуумном силовом выключателе 3.

1. Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий
- схему из последовательно включенных первого и второго коммутационных устройств (3, 5), причем первое коммутационное устройство (3) выполнено для прерывания тока, а второе коммутационное устройство (5) для изоляции напряжения,
- устройство (4) для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через коммутационные устройства (3, 5),
причем выключатель содержит устройство (6) для ограничения подъема тока, включенное последовательно с первым коммутационным устройством (3), при этом устройство (6) для ограничения подъема тока содержит индуктивность (11), включенную последовательно со схемой параллельного включения, состоящей из нелинейной индуктивности (12) и емкости (13).

2. Выключатель по п. 1, причем первое коммутационное устройство (3) содержит вакуумный силовой выключатель (3).

3. Выключатель по п. 1 или 2, причем второе коммутационное устройство (5) содержит силовой выключатель (5) с газовой, масляной изоляцией или масляной изоляцией с малым содержанием масла.

4. Выключатель по п. 1 или 2, причем устройство (4) для создания противотока содержит конденсатор (21) высокого напряжения, а также третье коммутационное устройство (22), последовательно включенное с ним, и включается параллельно первому коммутационному устройству (3).

5. Выключатель по п. 4, причем третьим коммутационным устройством (22) является тиристор (22).

6. Выключатель по п. 4, причем третьим коммутационным устройством (22) является силовой выключатель с газовой изоляцией.

7. Выключатель по п. 1 или 2, причем выключатель содержит устройство (7) управления, выполненное для определения изменения тока во времени и установления по нему наличия короткого замыкания, а при наличии короткого замыкания для подачи таких сигналов управления, чтобы разомкнулось первое коммутационное устройство (3).

8. Выключатель по п. 7, причем устройство (7) управления выполнено для управления устройством (4) для создания противотока при наличии короткого замыкания, для создания противотока и управления первым коммутационным устройством (3), для его отключения при максимально малой величине тока, в частности при прохождении тока через нуль.

Группа изобретений относится к переключающим устройствам. Технический результат - создание средств переключения, обеспечивающих то, что отдельные ветви оборудования распределения энергии надежно подключаются или отключаются.

Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами // 2589371

Изобретение относится к коммутационной технике. Технический результат - обеспечение коммутации двунаправленных сигналов, повышение быстродействия и увеличение надежности.

Силовой ключ на мдп-транзисторе // 2571719

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа.

Коммутирующее устройство для источников переменного тока // 2568770

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку // 2562778

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии.

Передатчик со следящей обратной связью // 2558609

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Трехканальный релейный коммутатор // 2543555

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и помехоустойчивости.

Устройство непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора // 2540811

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля. Техническим результатом является обеспечение возможности выявления дефектов элементов в многопозиционном релейном коммутаторе до нарушения его функционирования путем контроля за временем переключения исполнительного реле.

Схема и топология высоконадежной системы силовой электроники // 2533317

Изобретение относится к силовой электронике. Технический результат заключается в упрощении схемы резервирования системы силовой электроники при сохранении ее надежности.

Силовой ключ на мдп-транзисторе // 2524853

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности.

Задатчик команд управления // 2644143

Изобретение относится к средствам задания команд для управления промышленным и транспортным оборудованием. Технический результат заключается в обеспечении возможности производить первичную калибровку без применения дополнительного оборудования и снять дополнительные требования к точности сборки изделия и юстировке движущихся частей. Для этого предложен задатчик команд управления, который включает в себя рукоятку управления, вал которой через соединительную муфту соединен с валом датчика угловых перемещений (энкодера). На выходе энкодера формируется двоичный код, характеризующий угол поворота вала. Задатчик команд управления содержит программно-аппаратный модуль, включающий в себя микропроцессорное устройство, которое связано с устройством индикации. Двоичный код, сформированный энкодером, поступает на вход микропроцессорного устройства, в котором дешифрируется, анализируется на достоверность и сравнивается с данными калибровочной таблицы, хранящейся в энергонезависимом запоминающем устройстве. С учетом данных таблицы определяется угол поворота вала рукоятки управления и позиция рукоятки. Значение определенной позиции рукоятки управления передается в систему управления и на устройство индикации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2599190

Использование: для защиты вторичных источников питания электронных коммутаторов от токовых перегрузок. Сущность изобретения заключается в том, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, а также управляющий транзистор, цепь отрицательной обратной связи по току ключа и цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе, в цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе дополнительно введен элемент задержки, предотвращающий ее срабатывание в течение заданного интервала времени. Технический результат: обеспечение возможности сохранения нормального функционирования нагрузки. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Интерфейсная схема цифровой связи для проводной пары с индивидуально регулируемыми границами перехода // 2624452

Изобретение относится к цифровому интерфейсу связи. Интерфейсная схема обеспечивает связь устройства с проводной парой. Интерфейсная схема включает: диодный мост, имеющий полярно независимые входные выводы, связанные с проводной парой, и первый и второй выходные выводы, имеющие положительную полярность и отрицательную полярность соответственно; первое гальваническое изолирующее устройство для вывода принимаемого сигнала, принимаемого по проводной паре через диодный мост; второе гальваническое изолирующее устройство, принимающее передаваемый сигнал; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент, соединенный с положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста; и первый и второй фильтры, соединенные каскадом между вторым гальваническим изолирующим устройством и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом. Первый фильтр имеет развязанные пути зарядки и разрядки таким образом, чтобы развязывать время нарастания передаваемого сигнала от времени падения передаваемого сигнала. Второй фильтр имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент предоставляет передаваемый сигнал проводной паре через диодный мост. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Детектор элементов каркаса со схемой регулирования // 2625440

Cхемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов относится к области. емкостных измерительных средств - детекторов. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности обнаружения скрытых объектов. Схемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов содержит четыре конденсатора, на которые поданы зависящие от времени напряжения, усилитель, синхронный демодулятор, компаратор, тактовый генератор. Детектор для обнаружения скрытых элементов каркаса содержит упомянутое выше схемное устройство, при этом электроды конденсаторов образуют обкладки конденсаторов, которые выполнены различным образом. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 32 ил.

Управляемый ключевой электронный коммутатор // 2628129

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки и использования их в качестве интерфейсных линий передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия защиты при недопустимых перегрузках по току, управляемого посредством создания коммутатора с дистанционным управлением, реализованного на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа, и обеспечении качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения. 2 ил.

Высокочастотный переключатель для компактного модуля преобразователя энергии // 2628211

Изобретение относится к области электроники. Технический результат заключается в снижении потерь и уменьшении размеров высокочастотного переключателя. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработан высокочастотный переключатель, содержащий: каскодную схему переключения, включающую в себя по меньшей мере два транзистора (VT1, VT2), источник (U1) неизменяемого вспомогательного напряжения, источник (U2) управляющего сигнала и дополнительный транзистор (VT3), имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости транзисторов (VT1, VT2) каскодной схемы переключения, причем источник (U2) управляющего сигнала выполнен с возможностью подавать управляющий сигнал на управляющий вывод первого транзистора (VT1) каскодной схемы переключения и на управляющий вывод дополнительного транзистора (VT3) для того, чтобы одновременно осуществлять управление первым транзистором (VT1) каскодной схемы переключения и дополнительным транзистором (VT3), посредством этого осуществляя управление вторым транзистором (VT2) каскодной схемы переключения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Матричное устройство выдачи команд с оптической развязкой // 2628911

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение функциональной плотности и уменьшение массогабаритных параметров устройства выдачи команд. В устройстве осуществляется гальваническая развязка коммутируемых сигналов от схемы управления и между собой, а также уменьшение количества адресов в системе, за счет введения дополнительной дешифрации. Устройство содержит регистр, первый и второй дешифраторы, первое и второе буферные устройства и матрицу, построенную из оптронов, каждый из которых содержит светодиод и ключ. 1 ил.

Управляющее устройство органа управления в транспортном средстве // 2637075

Изобретение относится к области обеспечения авторизованного доступа к управлению агрегатами автомобиля. Рукоятка переключения передач (3) в автомобиле содержит датчики магнитного поля (6, 7). Датчики магнитного поля (6, 7) определяют магнитное поле, порождаемое электрическим полем, которое подводится к сиденью (2) водителя (1) источником электрического поля (5). Достигается определение присутствия водителя (1) на сиденье водителя (2). 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автоматический коммутатор антенн // 2638362

Изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано для подключения антенн к радиопередатчикам. Предложено сопряжение переключателя антенн с переключателем сигналов от датчиков тока, установленных в основаниях антенн, и использование сигналов от указанных датчиков для настройки антенно-согласующих устройств радиопередатчиков с целью повышения отдаваемой ими мощности в антенну. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, направлен на повышение мощности, отдаваемой широкополосным радиопередатчиком в антенну. 2 ил.

Схема защиты для полупроводникового переключающего элемента и устройство преобразования мощности // 2641479

Изобретение относится к схеме защиты для полупроводникового переключающего элемента. Технический результат заключается в уменьшении риска выхода из строя полупроводникового переключающего элемента вследствие пробоя, вызванного перенапряжением. В схеме защиты для каждого из множества полупроводниковых переключающих элементов 50, соединенных последовательно, между коллектором и эмиттером полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из лавинных элементов D1~D5, резистора R4 и лавинного элемента D6. Конденсатор С1 и резистор R1 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D4, а конденсатор С2 и резистор R2 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D5. Между общей точкой соединения резистора R4 и лавинного элемента D6 и затвором полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из резистора R5, параллельной цепи, состоящей из конденсатора С3 и резистора R6, и последовательного компонента, включающего стабилитроны ZD1 и ZD2, соединенные в обратной полярности по отношению друг к другу. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Индуктивно-импульсный генератор // 2643665

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.д. Технический результат - повышение надежности работы. Индуктивно-импульсный генератор содержит повышающий трансформатор, катушку индуктивности, имеющую от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, первый источник постоянного тока, ветвь с последовательно включенными вторичной обмоткой импульсного трансформатора и с вентилем так, что плюсовой зажим первого источника постоянного тока подключен к аноду тиристора и к катоду вентиля, катод тиристора подключен к входным зажимам первичной обмотки повышающего трансформатора и катушки индуктивности, коммутатор, второй источник постоянного тока. 4 ил.