Устройство для коммутации сильно-точных цепей постоянного toka

 

Союз Советскин

Социалистическин

Реслублик

О П И С А Н И Е (853688

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.09.79 (21) 2818748/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 01 Н 9/30

Государственный комитет

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 17.08.81 (53) УДК 621.316..542 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. И. Короленков, А. М. Куссуль, А. Г. Лу,и В. Н. Пупынин

Московский ордена Ленина и ордена Трудов

Знамени институт инженеров железнодорожно (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИЛЬНОТОЧНЫХ

ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для коммутации цепей постоянного тока, преимущественно сильноточных индуктивных цепей высокого напряжения, в частности к устройствам коммутации с использованием контактных и вентильных элементов.

Предлагаемое устройство может быть использовано в качестве выключателей на фидерах железных дорог постоянного тока

3,3 и 6,6 кВ, а также на фидерах промышленного и карьерного транспорта.

Известны устройства для коммутации цепей постоянного тока — электромагнитные выключатели постоянного тока, гашение тока в которых производится посредством дуги, возникающей на контактах аппарата после их размыкания (1). Действием магнитного поля дуга загоняется в специальную дугогасительную камеру, растягивается до критической величины и гаснет.

Недостатки этого типа устройств при использовании их в сильноточных индуктивных цепях высокого напряжения заключаются в громоздкости самых устройств, необходимости. выделения под их монтаж специальных ячеек большого объема и в ненадежности отключения, обусловленной наличием внутри устройства мощной длительное время горящей дуги.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство для коммутации сильноточных

>,цепей постоянного тока, в котором силовые контакты устройства снабжены небольшой камерой, оборудованной направляющими рогами для движения дуги, между которыми включен коммутирующий конденсатор последовательно с тиристорным ключом, и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод. В момент отключения цепи между силовыми контактами возникает дуга, которая вначале переходит на направляющие рога, затем касается дополнительных рогов и на участке камеры между ними гаснет, а ток дуги переходит в диод (2).

Последующим разрядом коммутирующего конденсатора приводят ток в цепи диода и, следовательно, камеры, к нулю, в резуль20 тате чего восстанавливается электрическая прочность на участках камеры между направляющими и дополнительными рогами и происходит окончательное гашение дуги.

853688

Недостаток известного устройства заключается в сложиоети схемы управления и необходимости использования управляемых вентилей (тиристоров), рассчитанных на боЛьшие токи и напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и улучшение его габаритно-стоимостных показателей.

Это достигается тем, что устройство снабжено управляющим электродом, который установлен в камере слева и справа от дополнительных рогов, между управляющим 10 электродом и дальним от него дополнительным рогом включен коммутирующий конденсатор, причем длина управляющего электрода выбрана такой чтобы время подъема дуги в камере от момента касания ею двух дополнительных рогов и до момента касания управляющего электрода было больше времени перехода дуги в диод и депонизации промежутка между двумя дополнительными рогами.

Введение в камеру короткого управляю- 20 щего электрода дает возможность автоматически, без помощи тиристорного ключа, ввести ток разряда конденсатора в цепь отключаемого тока встречно ему (в данном случае это происходит на участке камеры между управляющим электродом и дальним от него дополнительным рогом), а затем благодаря диоду суммарный ток на этом участке камеры привести к нулю и удерживать в этом состоянии до тех пор, пока не восстановится электрическая прочность этого участка камеры, обеспечивающая последующий разрыв цепи после перезаряда коммутирующего конденсатора.

Возможны варианты устройства с упрощенными камерами, имеющими один дополнительный рог и уйравляющий электрод. В этом случае диод включается между дополнительным рогом и ближним к нему направляющим рогом, а конденсатор с зарядным устройством — между этим же направляющим рогом и управляющим электродом.

Для упрощения схемы устройства и уменьшения емкости коммутирующего конденсатора оно снабжено дополнительными резисторами,. цепочкой из последовательно соединенных диода и варистора, индуктивным элементом и цепочкой из последовательно соединенных диода и резистора, причем обкладки коммутирующего конденсатора через дополнительные резисторы соединены с источником питания коммутируемой цепи, цепочка из диода и варистора включена параллельно коммутирующему конденсатору а диод этой цепочки включен согласно с направлением коммутируемого тока, индуктивный элемент включен между коммутирующим конденсатором и управляющим электродом, а между минусом источника питания и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединенных диода и резистора, при этом диод этой цепочки вклю4 чен анодом к минусу источника питания коммутируемой цепи.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — кривые токов и напряжений при работе устройства; на фиг.

3 — варианты принципиальных схем устройства; на фиг. 4 — пример исполнения схемы устройства.

Устройство (фиг. 1) состоит из небольшой дугогасительной камеры 1, в нижней части которой размещены неподвижный 2 и подвижный 3 силовые контакты, соединенные соответственно с направляющими рогами 4 и 5 для движения дуги. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включен диод 8, и короткий управляющий электрод 9, между которым и дальним от него дополнительным рогом 6 включен конденсатор 10. Короткий управляющий электрод 9 служит для автоматического введения с помощью дуги тока разряда конденсатора 10 встречно току коммутируемой цепи на участке камеры между управляющим электродом 9 и дальним от него дополнительным рогом б.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсатор 10 с помощью зарядного устройства (на чертежах не показано) заряжен до некоторого напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1 и 4 (без скобок). Контакты 2 и 3 замкнуты.

При отключении тока нагрузки или аварийного режима силовые контакты 2 и 3 размыкаются, между ними появляется дуга (на фиг. 1 показана пунктиром), которая под действием поперечного магнитного поля, создаваемого одним из известных способов, под нимается вверх, занимая последовательно положения А, Б и В. При достижении дугой дополнительных рогов 6 и 7 часть дуги на участке а-б гаснет, а ток дуги переходит в диод 8, поскольку падение напряжения на участке дуги такой длины много больше, чем падение напряжения на диоде 8. В момент, когда дуга занимает положение В в зоне а-б камеры восстанавливается электрическая прочность. В положение В дуга замыкает дополнительный,рог 7 с электродом 9 и конденсатор 10 разряжается по цепи: конденсатор 10 — электрод 9 — участок в — r — por 7 диод 8 — рог 6 — конденсатор 10 встречно коммутируемому току. При этом благодаря наличию диода суммарный ток на участке камеры: электрод 9 — участок г — в — рог 7 диод 8 — рог б. становится равным нулю и это состояние длится до тех пор, пока напряжение на конденсаторе сохраняет знак первоначального заряда. В это время происходит восстановление электрической прочности камеры на участке в вЂ, вследствие чего в дальнейшем на участке в — r камеры дуга уже не возникает. Поэтому, начиная с момента разряда конденсатора и до момента окончательного отключения тока, ток про853688

5 ходит по внешней цепи, т.е. через конденсатор 10. Этот ток перезаряжает конденсатор (полярность напряжения указана на фиг. 1 в скобках), а напряжение на конденсаторе ограничивает ток и приводит его к нулю.

При этом восстанавливается электрическая прочность на участках камеры: por 4— рог 6 — электрод 9 — por 5 и происходит окончательное отсоединение источника питания и конденсатора от коммутируемой цепи. се

После перезаряда конденсатора 10 до начального напряжения с указанной на фиг.

1 полярностью (без скобок) и замыкания контактов 2 и 3 устройство вновь готово к действию.

Описанный процесс отключения цепи 1$ иллюстрируется кривыми изменениями токов и напряжений на фиг. 2, где i, i, i« — собтветственно токи в коммутируемой цепи через диод 8 и конденсатор 10;

ЗФ

U< — напряжение между рогом 6 и электродом 9 камеры;

Uco — начальное напряжение на конденсаторе; — напряжение источника питания коммутируемой цепи;

2$

Π— начало короткого замыкания; — начало расхождения контактов

2и3; — момент касания дугой дополнительных рогов 6 и 7, переход тока дуги на участке а-б в диод 8; — момент касания дугой управляющего электрода 9, прекращение тока через диод 8 и горения дуги на участке в-г; 3$ — момент изменения знака напряжения на конденсаторе 10; (11-t> ) — время, предоставляемое для восстановления электрической прочности на участке в-г камеры;

t g — момент отключения цепи.

На фиг. 3 показаны варианты устройства отличающиеся тем, что его камеры имеют один дополнительный рог и управляющий электрод. На фиг. За диод включен между 4$ дополнительным рогом 6 и ближайшим к нему направляющим рогом 5, связанным с коммутируемой линией, а конденсатор— между этим же рогом 6 и управляющим электродом 9. На фиг. 3б диод включен между дополнительным рогом 7 и ближайшим к

$O нему направляющим рогом 4, связанным с источником питания, а конденсатор — между этим же рогом 7 и управляющим электродом 9.

Устройство, изображенное на фиг. 4, от- $$ личается от принципиальной схемы, показанной на фиг. 1, тем, что для упрощения схемы и автоматизации заряда конденсатора

Ь

10 последний присоединен к клеммам «-1-» и «-» источника коммутируемой цепи через резисторы 11 и 12. Для уменьшения габаритов и стоимости устройства в качестве элементов, рассеивающих энергию, накопленную в индуктивностях подстанции и коммутируемой цепи, использованы соответственно цепочка из варистора 13 и диода 14, включенная параллельно конденсатору 10, причем диод включен согласно с направлением коммутируемого тока, и цепочка из резистора 15 и диода 16, включенная между минусом источника питания и коммутируемой линией, причем к линии диод подключен катодом. Кроме того, для улучшения переходногр режима диода по обратному току в провод, соединяющий конденсатор 10 с управляющим электродом 9, включен индуктивный элемент 17.

Устройство работает следующим образом

В исходном состоянии конденсатор 10 заряжен до напряжения источника коммутируемой цепи с полярностью, указанной на фиг. 4 (без скобок). Контакты 2 и 3 замкнуты. При отключении тока нагрузки или аварийном режиме, например при коротком замыкании в цепи (в точке К), размыкаются силовые контакты и на них появляется дуга.

При достижении дугой положения Б часть дуги на участке а-б гаснет, а ток дуги переходит в диод 8. 3а время перехода дуги из положения Б в положение В на участке а-б восстанавливается электрическая прочность.

В положении В дуга замыкает дополнительный por 7 с электродом 9 и конденсатор

10 разряжается до цепи: конденсатор 10— электрод 9 — участок г-в — рог 7 — диод 8 — рог

6 †конденсат 10 встречно коммутируемому току.

Благодаря наличию диода суммарный ток на участке камеры: электрод 9 — участок г-в — рог 7 — диод 8 — por 6 становится равным нулю и это состояние длится до тех пор, пока напряжение на конденсаторе сохраняет знак первоначального заряда. В это время и происходит восстановление электрической прочности в камере на участке в-г, вследствие чего в дальнейшем на участке в-г камеры дуга уже не возникает и ток может проходить только по внешним участкам цепи.

Вначале в момент разряда конденсатора ток коммутируемой цепи целиком проходит по конденсатору 10 и перезаряжает его.

После перезаряда напряжение на конденсаторе приобретает полярность, обратную напряжению источника питания цепи (на фиг. 4 показана в скобках), ток коммутируемой цепи начинает уменьшаться. На индуктивности коммутируемой цепи (на фиг. 4 показано пунктиром) появляется напряжение, стремящееся поддержать уменьшающийся ток i (полярность напряжения

853688 ности устройства в работе и улучшения его габаритно-стоимостных показателей, оно снабжено управляющим электродом, который установлен слева или справа от дополнительных рогов, между управляющим электродом и дальним от него дополнительным рогом включен коммутирующий конденсатор, причем длина управляющего электрода выбрана такой, чтобы время подъема дуги в камере от момента касания ею дополнительных рогов и до момента касания управляющего электрода было больше времени перехода дуги в диод и деионизации промежутка между дополнительными рогами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы устройства и уменьшения емкости коммутирующего конденсатора, оно снабжено дополнительными резисторами, цепочкой из последовательно соединенных диода и варистора, индуктивным элементом и цепочкой из последовательно соединенных диода и резистора, причем обкладки коммутирующего конденсатора через дополнительные резисторы соединены с источником питания коммутируемой цепи, цепочка из диода и варистора включена параллельно коммутирующему конденсатору, а диод этой цепочки включен согласно с направлением коммутируемого тока, индуктивный элемент включен между коммутирующим конденсатором и управляющим электродом, а между минусом источника питания и коммутируемой линией включена цепочка из последовательно соединензю ных диода и резистора, при этом диод этои цепочки включен анодом к минусу источника питания коммутируемой цепи.

Формула изобретения

1. Устройство для коммутации сильноточных цепей постоянного тока, преимущественно цепей высокого напряжения, содержащее силовые контакты, коммутирующий конденсатор, камеру с двумя направляющи- 3s ми рогами для движения дуги и с двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, между которыми включен диод в направлении, совпадающем с направлением тока в коммутируемой цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения надеж7 на индуктивности показана в скобках), вследствие чего открывается диод 16 и ток коммутируемой цепи iT замыкается по контуру: место к.з. — резистор 15 — диод 16, а энергия накопленная в индуктивности коммутируемой цепи, рассеивается в сопротивлениях цепи и резисторе 15.

Ток i = i, протекающий через конденсатор, продолжает перезаряжать его. Однако как только напряжение на конденсаторе станет равно напряжению открытия варистора 13, рост напряжения на конденсаторе прекращается, ток из конденсатора переключается в цепочку: варистор 13— диод 14, ограничивается ею, приводится к нулю и прерывается. При этом в варистаторе 13 рассеивается энергия, накопленная в индуктивности подстанции (на фиг. 4 показана пунктиром) .

После погасания тока i = i восстанавливается электрическая прочность на участках камеры: por 4 — por 6 и электрод 9— рог 5, а источник напряжения коммутируемой цепи Ug и конденсатор 10 оказываются отсоединенными от коммутируемой цепи. Далее в течение некоторого времени через резисторы 11 и 12 происходит перезаряды конденсатора 10 до напряжения Ug с полярностью, указанной на фиг. 4 (без скобок) после чего могут быть замкнуты контакты 2 и 3 и устройство вновь готово к действию.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели. М.— Л. Энергия, с. 138, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2624892/24-07, кл. Н 01 Н 33/12, 1978.

853688

Составитель Н. Глеклер

Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений ((открытий

1! 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Т. Загребельная

Заказ 5683/27

+) ( (-1

Ъ Ъ

> ф

J б