Вакуумный сильноточный выключатель
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат состоит в повышении значений коммутируемых выключателем токов короткого замыкания при операциях включения и отключения. В вакуумном сильноточном выключателе, преимущественно генераторном, содержится в каждом полюсе, по крайней мере, две вакуумные дугогасительные камеры. Последовательно с каждой вакуумной дугогасительной камерой введен R, значение которого определяется из соотношения: 
где L - индуктивность токовой ветви, включая индуктивность ВДК при замкнутых контактах; r - активное сопротивление ВДК при замкнутых контактах; tс - собственное время срабатывания вакуумного выключателя. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, конкретно к сильноточным вакуумным выключателям.
Известен выключатель [1], в каждом полюсе которого содержатся параллельные токовые ветви. Одна из них является ветвью номинального тока с встроенным коммутирующим элементом, а другие ветви являются силовыми, содержащими вакуумные дугогасительные камеры (ВДК). ВДК при прохождении через полюс номинального тока шунтируются коммутирующим элементом в ветви номинального тока. Требуемое деление тока между параллельными ветвями достигается за счет соответствующего соотношения их полных сопротивлений с преобладанием в последних индуктивных составляющих.
Существенными недостатками выключателя [1] являются невозможность включить ток КЗ с наибольшим пиком более 160-180 кА по причине трудностей создания ВДК на более высокие значения включаемого тока, а также чрезвычайная сложность устройства, обусловленная применением двух типов принципиально различных коммутаторов - ВДК и элегазовый (воздушный) разъединитель - с независимыми приводными устройствами.
Наиболее близким к изобретению является выключатель [2]. В каждом из трех полюсов этого выключателя применено по обычному трехполюсному вакуумному выключателю с соединенными параллельно полюсами. При этом в каждом полюсе выключателя [2] образуется по три параллельных токовых ветви, содержащих по одной ВДК. Токовая нагрузка полюса выключателя делится между тремя параллельными ветвями, чем достигается увеличение номинального тока и способность выключателя включать и отключать ток КЗ. Значение номинального тока увеличивается в три раза по отношению к номинальному току одной ВДК. Однако способность выключателя включать и отключать ток КЗ возросла не в три раза, как этого можно было бы ожидать, а лишь примерно на 25% относительно возможности одной ВДК [3]. Эти значения недостаточны, что исключает возможность применения решения [2] в выключателях для мощных энергосистем и генераторов.
Цель изобретения состоит в достижении более высоких значений коммутируемых выключателем токов КЗ в операциях включения и отключения. Цель достигается тем, что в вакуумном сильноточном выключателе, преимущественно генераторном, содержащем в каждом полюсе, по крайней мере, две вакуумные дугогасительные камеры, последовательно с каждой вакуумной дугогасительной камерой введен резистор, значение которого R определяется из соотношения 
где L - индуктивность токовой ветви, включая индуктивность ВДК при замкнутых контактах;
r - активное сопротивление ВДК при замкнутых контактах;
tc - собственное время срабатывания вакуумного выключателя.
На чертеже представлена схема одного из трех полюсов вакуумного сильноточного выключателя с двумя ВДК. Полюс выключателя содержит токоподводы 1, 2, через которые осуществляется параллельное соединение токовых ветвей. Каждая из ветвей, помимо ВДК 3 и 4, содержит индуктивности 5 и 6, образованные соединительными шинами одной и другой ветвей, а также индуктивностями ВДК 3 и 4. В состав каждой ветви входит по резистору R 7 и 8. Полные электрические сопротивления ветвей в полюсе должны быть одинаковыми. Для управления подвижными контактами ВДК служит привод 9. При необходимости число параллельных токовых ветвей можно увеличить.
Выключатель работает следующим образом.
При поступлении команды на включение срабатывает привод 9 и происходит смыкание контактов ВДК 3 и 4. Однако процесс смыкания контактов в камерах обязательно различен. Различие обусловлено двумя обстоятельствами. Первое состоит в невозможности реализовать одновременность механического смыкания контактов в обеих ВДК по причинам чисто механическим (люфты в шарнирных соединениях, различная степень износа деталей и т.п.). За счет несовершенства механики выключателя разновременность механического смыкания контактов в ВДК параллельных токовых ветвей может достигать значений 1 мс и более. Второе обстоятельство обусловлено наличием рабочего напряжения на контактах ВДК и возникновением дуги между сближающимися контактами. Эта дуга случайно возникает в промежутке с минимальной электрической прочностью. За счет возникновения дуги возможно опережающее протекание тока по токовой ветви ранее механического смыкания контактов ВДК. Опытным путем найдено, что это опережение также может достигать значений 1 мс. Суммарная разновременность начала протекания тока в параллельных токовых ветвях может достигать 2 мс, а иногда и более. За счет разновременности возникает начальное искажение токораспределения между параллельными ветвями, несмотря на равенство полных сопротивлений ветвей. Искажение может быть весьма большим. С течением времени токи в ветвях выравниваются, причем время выравнивания обусловливается постоянной времени ветвей. Согласно теории переходных процессов, время выравнивания тока в параллельных ветвях приближенно отражается постоянной времени, равной 
Постоянная 
должна быть не более одной трети собственного времени срабатывания выключателя, т.е. 
0,3 tс, поскольку лишь при этом условии произойдет практически полное выравнивание тока между параллельными ветвями к моменту возможной экстренной операции отключения. Следовательно, требуемое значение R должно удовлетворять условию 
При значениях R менее найденного токи в параллельных ветвях не будут выровнены к моменту экстренного отключения тока КЗ, что приведет к токовой перегрузке той ВДК, включение которой случилось ранее других, и произойдет отказ в работе выключателя.
Верхний предел увеличению R устанавливается трудностями теплоотвода от резистора выделяющейся в нем энергии. Опыт показал, что значение R целесообразно ограничить уровнем R20r. Изложенное позволяет сформулировать полное выражение для R: 
Оценим возможные значения R. Обычно значения индуктивностей L токовых ветвей находятся в пределах от 1 до 5 мкГн и определяются в основном длиной ошиновки. Собственное время срабатывания tc вакуумных выключателей общепромышленного назначения редко бывает менее 50 мс. Возьмем tc=50 мс. Следовательно, значения R должны находиться в пределах 
т.е. от 60 до 300 мкОм в зависимости от длины ошиновки. Такие значения для R представляются вполне реализуемыми как по конструкции, так и по выделяющейся в них энергии и ее отводу. Из приведенного примера также следует, что активным сопротивлением ВДК, которое существенно меньше значений R, в расчетах можно пренебречь.
Отметим, что кроме функции уменьшения значения , наличие резистора последовательно с ВДК дает возможность контроля электрического режима токовой ветви.
Источники информации
1. Патент СССР №1542428, кл. Н 01 Н 33/66, опубл. 07.02.90 г., Бюл. №5.
2. Заявка Германии №4005532, кл. Н 01 Н 33/59, 9/56; Н 02 Н 11/12, опубл. 22.08.91 (прототип).
3. Katalog HG 11.11/1996 г, Simens 1996.
Формула изобретения
Вакуумный сильноточный выключатель, преимущественно генераторный, содержащий в каждом полюсе по крайней мере две вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), отличающийся тем, что последовательно с каждой вакуумной дугогасительной камерой введен резистор R, значение которого определяется из соотношения
где L - индуктивность токовой ветви, включая индуктивность ВДК при замкнутых контактах;
r - активное сопротивление ВДК при замкнутых контактах;
tс - собственное время срабатывания вакуумного выключателя.
РИСУНКИРисунок 1
