Синхронный вакуумный коммутатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик о>782007

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 290179 (2I) 2719006/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет—

Опубликовано 231180, Бюллетень М 13 (5 )М. Кл.

Н 01 Н 33/66

Государственный «оинтет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 316. .564(088.8) Дата опубликования описания 2311,80 (72) Авторы изобретения

A.È. Ковалев, A.Í. Филиппов,. М.В. Чалый и О.И. Червинский

Севастопольский приборостроительный институт (71) Заявитель (54) СИНХРОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ КОММУТАТОР

Изобретение относится к электро-, технике в части, коммутации силовых электрических цепей.

Известны синхронные вакуумные коммутаторы, содержащие дугогасительное устройство, привод индукционно-динамического типа с емкостными накопителями, демпфирующее устройство для поглощения энергии привода и синхронизирующее устройство

CQ P3

Йедостатками этих устройств являются большие динамические нагрузки на дугогасительные устройства, низкая надежность контактирования и не- 15 достаточность синхронизации.

Наиболее близким к предлагаемому является синхронный вакуумный коммутатор, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, подпружиненную 20 контактную систему, на потенциале каждого подвижного контакта которой расположены индукционно-динамический привод размыкания с магнитопроводом, обмоткой и емкостным накопителем, демпфирующее устройство, синхронизкрующее устройство, включающее источник питания, магнитопровод с зазором, обмотку на этом магнитопроводЕ и пиктрансформатор с обмоткой с нулевой 30 точкой, устройство автоматического отключения коротких замыканий. В коммутаторе синхрониэирующее устройство работает по принципу трансформатора тока с постоянным подмагничнванием и имеется разрядник j3) .

Недостатком этого устройства является то, что импульсы синхронизации образуются один раз за период, т.е. не перед каждым нулем тока, что увеличивает общую длительность короткого замыкания в аварийных ситуациях на полупериод. Если ток в цепи несимметричный, то выключение может быть неуспешным из-за значительного изменения времени упреждения за счет влияния апериодической слагающей коммутируемого тока. Кроме того, устройство выполняет лишь функцию выключателя, на включение же необходим замыкатель.

Цель изобретения — расширение диапазона применения за счет совмещения функций выключателя и эамякателя, уменьшение динамических нагрузок на дугогасительную камеру, повышение точности еинхрониэации, надежности контактирования прн замыкании и диапазона отключаеьых токов, и сокрэще782007 ние времени отключения коротких эа ьйканий.

Укаэанйая цель достигается за счет того, что устройство снабжено дополнительным индукционно-динамическим приводом замыкания, магнитопровод-и обмотка которого расположены соосно над магнитопроводом и обмоткой привода размыкания, демпфер выполнен в виде подпружиненного кольца, которое укреплено, например резьбовым соеди.нением, на магнитопроводе привода раэмыкания с возможностью осевого йеремещения кольца до упора в магнитопровод привода замыкания, обмотки приводов размыкания и замыкания последовательно включены в электрическую цепь с дополнительными силовыми разййкающими и замыкающими тиристорами, при этом в цепь управления-размыкающего силового тиристора введен вспомогательный THpHQTop синхронизирующее устройство дополнительно снабжено двухтактным транзисторным усилителем по схеме с общей базой, при этом обмотка магнитопровода синхронизирующего устройства подключена к эмиттерам транзисторов усилителя, база которого соединена с плюсом источника питания синхронизирующего устройства и с эмиттерами через дополнительные первое переменное сопротивление и встречно включенные первые диоды, а концы обмотки пик-трансформатора подключены к коллекторам транзисторов усилителя и соединены через дополнительные встречно-включенные вторые диоды, устройство автоматического отключения коротких замыканий содержит транзистор, нулевая точка обмотки TINK-трансформатора подключена к эмиттеру этого транзистора через второе регулируемое сопротивление и к минусу упомянутого источника питания, к которому также через дополнительный стабилитрон подключена и база этого транзистора, а коллектор подключен к управляющему электроду ранее укаэанного вспомогательного тиристора, катод которого соединен с общим минусом указанных вторых диодом.

На фиг. 1 представлена механическая часть коммутатора, продольный резреэ, на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1, "на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема коммутатора.

Каждая фаза механической части коммутатора собрана в установленный непосредственно на вакуумную дугогасительную камеру моноблок, состоящий из верхнего 1 и нижнего 2 магнитопроводов, соответственно охватывающих катушки замыкания 3 и размыкания

4 индукционно-динамических приводов и диск 5 из проводящего немагнитного материала, в нижнем положении отстоящий от катушки 4 порядка 0,5 мм (предполагаемый эррозионный износ) .

Защелкой, гибким токопроводом и пружиной, поджимающей контакты в замкнутом состоянии, служит латунная мембрана 6, прижатая по краям крышкой 7 посредством болтов 8 ° Мембрана и диск жестко соединены с подвижным контактом 9 при помощи гаек 10-13. Кольцевой демпфер 14, соединенный, например резьбой под 454 с ни><ним магнитопроводом 2 привода размыкания и при верхнем положении диска 5 может, вращаясь, перемещаться вдоль оси вверх под действием трех пружин 15 примерно на 1 мм до касания с верхним магнитопроводом 1 привода эаьыкания. В этом же моноблоке залиты

15 эпоксидны: компаундом магнитопровод

16 с зазором синхронизирующего устройства и намотанной на магнитопровод 16 обмоткой и пик-трансформатор

17 с обмоткой, имеющей нулевую точку щ (на фиг. 3 обмотка А, обмотка В).

Электрическая схема состоит из повышающего трансформатора 18, который также осуществляет развязку от высокого напряжения, схемы удвоения

19-22 напряжения, заряжающей емкост ные накопители 23 и 24 индукционнодинамических приводов катушек приводов замыкания 3 и размыкания 4, коммутацию которых осуществляют последовательно с ними включенные силовые замыкающие и размыкающие тиристоры

25 и 26.

Управление схемой, расположенной на высоком потенциале, осуществляется светом посредством лампочек 27-29, 3S управляемых кнопками 30-32 и воздействующих на фотосопротивления 33-35.

Синхронизирующее устройство состоит иэ пик-трансформатора с обмоткой с нулевой точкой — части обмотки—

4О обм. А, обм. В, двухтактного тран, зисторного усилителя, включающего транзисторы 36 и 37, собранного по схеме с общей базой, питаемого от источника, заряжающегося от выпрями45 телей 38-41, переменного сопротивления 42, стабилитрона 43, диодов 44-47.

Схема автоматического синхронного отключения коротких замыканий включает транзистор 48, второе регулируемое сопротивление 49, дополнитель50 ный стабилитрон 50, диод 51, сопротивление 52,. Емкость 53, подающая сигнал на управление силовых тиристоров 25 и 26, коммутируемая маломощными тиристорами 54 и 55, заряжаSS ется через цепочку 56 и 57.

Устройство работает следующим образом.

Емкостные накопители индукционнодинамических приводов 23 и 24 от одной из вторичных обмоток трансформатора 18 напряжением 800 В через схему удвоения 19-22 заряжаются до на.пряжения 800> 2х1,42 = 2260В, реально же, эа счет токов утечки через тирнсторы 25 и 26 напря>кение на нако1

782007 пителях не превышает 2000 В. От дру- образом, чтобы разряд ее через цепь гой вторичной обмотки трансформатора управления силового тиристора обеснапряжением 25 В заряжается емкость: печйвал быстрое (порядка единиц мик53 через цепочку 56 и 57 и источник росекунд) его отпирание. При этом питания усилителя через диоды 38-41. емкостной накопитель 24 разряжается

На обмотке обм.С магнитопровода 16 с на катушку размыкания 4. Импульс товоздушным .зазором, охватывающего то5 ка в катушке размыкания 4 наводит копровод .(подвижный контакт 9), фор- ток противоположного направления в мируется напряжение Е, пропорцио- диске 5, который, отталкиваясь от ненальное первой производной отключае- подвижно закрепленной катушки 4, пемого тока. Это напряжение обуславли- ремещает жестко связанный с ним подвает входной ток усилителя М, про- 1О вижный контакт 9, "выворачивая" при текающий по цепи обм.С-эмиттер-база этом вверх прижатую пь краям мембратранзистора 37-42-44 — обмотка с ну 6, которая фиксирует подвижный совпадающей по фазе с напряжением Е контакт 9 в верхнем положении. После эа счет активного характера цепи, этого демпфер 14 под действием прут.е. М = . B зависимости от 15 жин 15, поворачиваясь, перемещается

42аыл полярности Е работает одно, либо вверх на 1 мм и упирается в верхний другое плечо усилителя (транзисторы магнитопровод 1. На этом процесс раз36 и 37). Выходной ток усилителя l мыкания заканчивается. по величине и фазе полностью совпада- Если же через коммутатор не протеет с током мч, поскольку усилитель .З) кает ток, а контакты необходимо раэпо схеме с общей базой работает в вести, нажимают кнопку 31, лампочка режиме генератора тока, т.е. осущест- 27 подает сигнал на фотосопротивление вляет усиление лишь по напряжению. 33, отпирается вспомогательный тирисОчевидно, что к сердечнику пик-транс- тор 55 и процесс размыкания происхоформатора приложено две намагничиваю- дит согласно описанному. щие силы (н.с.), обусловленные отключаемым током 9<> и вспомогательПри возникновении короткого замы<>тки кания в цепи отключаемого тока, ток ным М2 . Суммарная н.с. переходит через ноль раньше, чем отключаемий резко возрастает, вызывая пропорцио,нальное увеличение Е, 3, Э . Ток ток проходит нулевое значение, сер( дечник пик-трансформатора. резко пепротекая по сопротивлению создает на нем напряжение, стремящееся отремагничивается и на его обмотке возникает импульс напряжения, являющийкрыть транзистор 48. Если это нап яжение превысит напряжение стабилизаР Р . это напряся синхронизирующим сигналом, сни- ции стабилитрона 50, то через перемаемым со ст билитрона 43. Если на- ход эмиттер-база транзистора 48 попряжение на обмотке пик- рансформа- 35 течет ток отпир ий его Дал тора (обм. А, обм. В Едд„) станет цесс автоматического синхронного отбольше напряжения источника питания ключения протекает аналогично описанчто имеет место при больших токах ному синхронному отключению в ручном (короткие замыкания), то нарушится режиме. Меняя величину сопротивления, т.е. нарушится равенство 3 = 3

Режим енератор Дл УсилителЯ 40 можно выставить необходимую величин

Ъ= и уставки верхнего. предела отключаемою величину

Стабилитрон 43 исключает возникновего тока, при котором происходит авто ние такого режима, ограничивая по вематическое синхронное отключение. личине Е„д„ . Сопротивление 42 служит I

Для замыкания коммутатора нажимают для изменения 1, Э, а, следователь „оп„ но, и величины времени упреждения. на фотосопротив е

В опись н фотосопротивление 35, открывает вспомогательный тиристор 54 и емкость описываемом устройстве время упреж53 разряжается теперь через управляюПри необходимости синхронно от- щий электрод силового тиристора 25, ключить ток, протекающий через ком- о который, открываясь, обуславливает мутатор, нажимают кнопку 30 лампы 27, Разряд емкостного накопителя 23 на световой сигнал подается на фотосоп- катушку 3 индукционно-динамического ротивление 33, которое при этом умень- привода замыкания. Диск 5, как и в шает свое значение, открывая транзис- процессе размыкания, отталкивается тор 48. Синхронизирующий импульс че- теперь от катушки 3 и, двигаясь вниз, рез транзистор 48 и диод 51 поступает увлекает за собой подвижный контакт 9, на управляющий электрод вспомогатель- возвращая мембрану в первоначальное ного тиристора 55. Цепь прохождения положение. Когда до соединения конимпульса (41-48-51 — управляющий тактов остается 1 мм, диск 5 ударяетэлектрод-55-катод-55-52-41). Отпира- ся о демпфер 14, который за счет ние вспомогательного тирнстора 55 40 значительного момента инерции остаобуславливает разряд емкости 53 на ется прахтически неподвижным. После управляющий электрод силового тирис- удара мембрана 6, которая уже прошла тора 26 по цепи (53 - 55 - управляю- свою критическую точку (ее середина щий электрод — 26 — катод — 26 - 53), и края находились на одном уровне), Величина емкости 53 выбирается таким Я усилием порядка 200 кг давит на жест782007 ко закрепленный к ее центру подвижный контакт, а, следовательно, через диск это усилие передается на демпфер.,Демпфер, поворачиваясь, опускается вниз и контакты плавно со скоростью порядка 0,3 м/с соединяются.

Отскока контактов не происходит за счет малой скорости замыкания, и,— ввиду того, что в замкнутом состоянии мембрана давит на подвижный контакт с силой порядка 100 кг.:...Это усилий, обусловленное напряженным состоянием мембраны, не только препятствует отскоку контактов-, но и позволяет пропускать через дугогасительную камеру устройства- токи, зйачительно большие номинального. По мере износа подвижный контакт опус кается вниз и напряжение мембраны ослабевает. При опускании контакта на 0,5 мм усилие прижима у>хе лишь

50 кг, а диск упирается в нижний магнитопровод 2, поэтому плотного прижатия контактов не происходит. При величине упреждения 500 мкс и отключаемом токе в 500 А это произойдет через 80000 циклов, т.е. значительно позже, чем устройство устареет морально.

Все приведенное описание относит ся к одной фазе коммутатора, две другие абсолютно идентичны. Лампочки, . осуществляющие световое: управление, включены не по одной, как покаэано— на электрической схеме (фиг. 3), а по три последовательно, для управления одновременно всеми тремя фазами.—

Описанное устройство может работать в цепях 6-10 кВ в течение примерно 20 лет беэ ремонтов и ревизий в.любых климатических условиях. Электрический износ контактов вследствие синхронизации их разведения с механическим, который, в свою очередь, тоже резко уменьшен применением демпфирования при замыкании. Схема отключения коротких замыканий за время менее 10 мсек, позволяет надежно защищать отключаемую цепь.

Формула изобретения

Синхронный вакуумный коммутатор, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, подпружиненную контактную систему, на потенциале каждого подвижного контакта которой располо>кены индукционно-динамический привод размыкания с магйитопроводом, обмоткой и 9MKQQTHHM накопителем, демпфер, сиихронизирующее устройство, включающее источник питания, магнитопровод с зазором, обмотку на этом магнитопроводе и пик-трансформатор с обмоткой с нулевой точкой, устройство автоматического отключения коротких.- -— зайыканий, отличающийся тем, что, с целью расшйрения диапазойа" применения за счет совмещения функцйй выключателя и замыкателя, уменьшения динамических нагрузок на дугогасительную камеру, повышения точности синхронизации, надежности контактирования при замыкании и диапазона отключаемых токов, и сокращения вре мени отключения коротких замыканий, коммутатор снабжен дополнительным индукционно-динамическим приводом замыкания, магнитопровод и обмотка которого расположены соосно над магнитопроводом и обмоткой привода замыкания, демпфер выполнен в виде подпружиненного кольца, которое укреплено, например реэьбовым соединением, на магнитопроводе привода раэмыкания с возможностью осевого перемещения

15 кольца до упора в магнитопровод привода замыкания, обмотки приводов размыкания и замыкания последовательно включены в электрическую цепь с дополнительно введенными силовыми

2О размыкающими и замыкающими тиристорами, при этом в цепь управления размыкающего силового тиристора введен вспомогательный тиристор, синхронизирующее устройство дополнительно снабжено двухтактным транзисторным усилием по схеме с общей базой, при этом обмотка магнитопровода синхронизирующего устройства подкачена к эмиттерам транзисторов усилителя, база которого соединена с плюсом источника питания синхронизирующего устройства и с эмиттерами через дополнительно введенные первое переменное сопротивление и встречно включенные йервые диоды, а концы обмотки

M пик-трансформатора подключены к коллекторам транзйсторов усилителя и соединены через дополнительно введенные- встречно-включенные вторые диоды, устройство автоматического отключения коротких замыканий снабжено транзистором, нулевая точка обмотки пиктрансформатора подключена к эмиттеру этого транзистора через второе дополнительно введенное регулируемое сопротивление и к минусу упомянутого источника питания, к которому также через дополнительно введенный стабилитрон подключена и база этого транзистора, а коллектор подключен к управляющему электроду указанного вспомогательного тиристора, катод которого соединен с общим минусом указанных вторых диодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 10427 кл..58 А 1, 1964.

2. Воздвиженский В. Синхронная коммутация переменного тока вакуумным выключателем. Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.,Н., ВЭИ, 1975.

3. Патент Японии 9 8917, кл. 59 A 1, 1964 °