Коммутационное устройство для прерывания двунаправленного постоянного тока и установка с фотоэлементами, оборудованная таким устройством
Изобретение относится к коммутационным устройствам для прерывания постоянных токов. Технический результат - обеспечение оптимизации работы в соответствии с напряжением на выводах и уменьшение громоздкости. Коммутационное устройство (1) для прерывания двунаправленного постоянного тока в электрической линии (3), содержащее, по меньшей мере, два соединительных вывода (Е1, S1) и четное количество (Np) пар разъемных контактов (11, 12) дугогасительных камер (14, 15), связанных с отдельными парами разъемных контактов, и размыкающие механизмы, связанные с отдельными парами разъемных контактов и соединенные друг с другом механической связью, причем каждая дугогасительная камера снабжена камерой (43, 44) гашения дуги и постоянными магнитами (47, 48) с полярностью, позволяющей перемещать электрическую дугу (52) к камере гашения дуги, когда ток протекает в электрической линии в заданном направлении, причем заданное направление отличается для одной половины дугогасительных камер. 2 н. и 16 з.п.ф-лы, 11 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области коммутационных устройств, в частности к устройствам для прерывания двунаправленных постоянных токов, в частности постоянных токов малой величины, то есть токов величиной в диапазоне от 0,5 А до 150 А.
Изобретение относится к коммутационному устройству для прерывания, в частности, постоянного тока, по меньшей мере, на одной электрической линии независимо от направления протекания тока в линии, содержащему:
по меньшей мере, два соединительных вывода,
заданное четное количество разъемных контактов, содержащих два контакта, электрически соединенных с соединительными выводами,
множество дугогасительных камер, количество которых равно заданному четному количеству, причем каждая дугогасительная камера связана с отдельной парой разъемных контактов и каждая дугогасительная камера снабжена камерой формирования дуги, камерой гашения дуги и постоянными магнитами с полярностью, позволяющей перемещать электрическую дугу в камеру гашения дуги, когда ток, по меньшей мере, в одной электрической линии протекает в заданном направлении, причем направление протекания постоянного тока отличается для части дугогасительных камер.
Изобретение также относится к установке с фотоэлементами, оборудованными таким коммутационным устройством.
Предшествующий уровень техники
Патент США US5004874 описывает коммутационное устройство, предназначенное для подключения в электрическую линию, по которой протекает двунаправленный постоянный ток, причем устройство содержит две пары разъемных контактов, включающих в себя в каждой паре неподвижный контакт и подвижный контакт, причем подвижные контакты надежно устанавливаются на одном и том же проводящем основании, чтобы образовать единую контактную перемычку. Коммутационное устройство дополнительно содержит две дугогасительные камеры и два соединительных вывода, электрически соединенных с неподвижными контактами. Коммутационное устройство позволяет контактной перемычке при размыкании перемещать электрическую дугу, образующуюся между одной или другой парой разъемных контактов, в дугогасительную камеру, связанную с упомянутой парой контактов в соответствии с направлением протекания тока в электрической линии.
Коммутационное устройство, описанное в настоящем патенте, не содержит никакого размыкающего средства, позволяющего контактной перемычке размыкаться в случае электрической неисправности. Дополнительно, один из недостатков этого коммутационного устройства состоит в том, что оно позволяет подключение только к одной электрической линии и не позволяет иметь несколько дугогасительных камер, чтобы легко приспосабливаться и оптимизироваться в соответствии с напряжением на выводах устройства. Другим недостатком этого коммутационного устройства является его громоздкость.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача изобретения состоит в устранении ограничений и недостатков коммутационного устройства предшествующего уровня техники путем создания коммутационного устройства для прерывания, в частности, постоянного тока, по меньшей мере, на одной электрической линии в любом направлении протекания тока в линии, содержащего:
по меньшей мере, два соединительных вывода,
заданное четное количество разъемных контактов, содержащих два контакта, электрически соединенных с соединительными выводами,
множество дугогасительных камер, количество которых равно заданному четному количеству, причем каждая дугогасительная камера связана с конкретной парой разъемных контактов и каждая дугогасительная камера снабжена камерой формирования дуги, камерой гашения дуги и постоянными магнитами, обеспечивающими полярность, позволяющую перемещать электрическую дугу в камеру гашения дуги, когда ток, по меньшей мере, в одной электрической линии течет в заданном направлении, причем заданное направление протекания постоянного тока отличается для части дугогасительных камер.
Предложенное устройство характеризуется тем, что оно содержит множество размыкающих механизмов, количество которых равно заданному четному количеству, причем каждый размыкающий механизм связан с одной из пар разъемных контактов, чтобы размыкать разъемные контакты пары при появлении электрической неисправности, по меньшей мере, в одной электрической линии, причем размыкающие механизмы соединены друг с другом механической связью, позволяющей парам разъемных контактов размыкаться одновременно.
Заданное направление протекания тока предпочтительно различается для одной половины дугогасительных камер.
Камера гашения дуги каждой дугогасительной камеры предпочтительно образуется пакетом деионизирующих пластин.
Коммутационное устройство предпочтительно имеет модульный тип и содержит множество модулей, количество которых равно заданному четному количеству, причем каждый модуль содержит:
одну из пар разъемных контактов,
дугогасительную камеру, связанную с парой разъемных контактов,
размыкающий механизм, связанный с парой разъемных контактов, и
питающий вывод и входящий вывод, электрически связанные соответственно с одним и с другим из разъемных контактов.
Каждый модуль предпочтительно помещен в корпус, содержащий две параллельных основные панели, причем модули конструктивно примыкают друг к другу своими основными панелями. Каждая пара разъемных контактов преимущественно содержит подвижный контакт, способный двигаться вдоль оси, по существу, параллельной основным панелям. Предпочтительно все подвижные контакты каждой пары разъемных контактов устанавливаются на одной стороне устройства.
Камера формирования дуги каждой дугогасительной камеры предпочтительно определяется первой и второй стенками, проходящими в направлении, параллельном основным панелям модулей, причем постоянные магниты дугогасительной камеры устанавливаются позади, по меньшей мере, первой стенки и имеют полярность, позволяющую создавать магнитное поле, ориентированное в направлении, по существу, перпендикулярном основным панелям. Предпочтительно камера формирования дуги каждой дугогасительной камеры содержит:
секцию с повышенной индукцией, содержащую первую часть постоянных магнитов дугогасительной камеры, создающих магнитное поле, позволяющее продвигать электрическую дугу, причем первая часть постоянных магнитов содержит два намагниченных участка, установленных позади каждой из стенок, и
отклоняющую секцию, содержащую вторую часть постоянных магнитов, создающую магнитное поле вдоль продольной оси, которое существенно слабее, чем поле, создаваемое первой частью постоянных магнитов, и дает возможность электрической дуге отклоняться относительно продольной оси.
В соответствии с одним вариантом осуществления коммутационное устройство предназначено для прерывания в одиночной электрической линии, причем соединительные выводы содержат первый питающий вывод и первый входящий вывод, предназначенные для последовательного подключения к электрической линии.
Коммутационное устройство предпочтительно содержит, по меньшей мере, два модуля, причем первый питающий вывод является питающим выводом первого модуля и первый входящий вывод является входящим выводом второго модуля, причем входящий вывод первого модуля соединен с питающим выводом второго модуля. Предпочтительно первый питающий вывод и первый входящий вывод установлены на одной стороне и постоянные магниты дугогасительных камер в первом и втором модулях имеют одинаковые полярности для создания магнитных полей, ориентированных в одном направлении.
Альтернативно, коммутационное устройство содержит четыре модуля, причем входящий вывод первого модуля соединен с питающим выводом третьего модуля, входящий вывод третьего модуля соединен с питающим выводом четвертого модуля, входящий вывод четвертого модуля соединен с питающим выводом линии второго модуля.
В соответствии с другим вариантом осуществления коммутационное устройство предназначено для прерывания двух электрических линий и соединительные выводы содержат первый питающий вывод и первый входящий вывод, предназначенные для последовательного подключения в одну из линий, и второй питающий вывод и второй входящий вывод, предназначенные для последовательного подключения в другую из линий.
Устройство предпочтительно содержит только два модуля, причем первый питающий вывод и первый входящий вывод являются питающим и входящим выводами первого модуля, второй питающий вывод и второй входящий вывод являются питающим и входящим выводами второго модуля.
Альтернативно, устройство содержит четыре модуля, объединяющих два коммутационных устройства, предназначенных для прерывания одиночной электрической линии, причем первый питающий вывод и первый входящий вывод одного из устройств соответствуют второму питающему выводу и второму входящему выводу, соответственно.
Модули предпочтительно являются неразборными.
Изобретение также относится к установке с фотоэлементами, содержащей, по меньшей мере, одну панель, на которой установлены упомянутые элементы, причем панель подключается к двум электрическим линиям, предназначенным для подачи электропитания в виде постоянного тока, установка характеризуется тем, что содержит, по меньшей мере, одно коммутационное устройство описанное выше, содержащее, по меньшей мере, два соединительных вывода, подключенных к упомянутой, по меньшей мере, одной электрической линии.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - упрощенный вид в продольном разрезе модульного коммутационного устройства, обеспечивающего последовательную установку в одиночную электрическую линию, согласно изобретению;
Фиг.2 - схема размыкающего механизма и механизма переключения коммутационного устройства, представленного на фиг.1, согласно изобретению;
Фиг.3 - схема перемещения электрической дуги в камеру гашения дугогасительной камеры согласно изобретению;
Фиг.4 - схема перемещения электрической дуги из камеры гашения, подобную показанной на фиг.2, согласно изобретению;
Фиг.5 - вид модуля коммутационного устройства согласно изобретению;
Фиг.6 - упрощенный вид в продольном разрезе модуля, представленного на фиг.4, вдоль линии А-А' на фиг.5 согласно изобретению;
Фиг.7 - упрощенный вид в продольном разрезе устройства, содержащего двухполюсные элементы, для последовательной установки в две электрические линии противоположных полярностей согласно изобретению;
Фиг.8 - упрощенный вид в продольном разрезе устройства, содержащего четырехполюсные элементы, для последовательной установки в две электрические линии противоположных полярностей согласно изобретению;
Фиг.9 - упрощенный вид в продольном разрезе устройства, содержащего четырехполюсные элементы и пригодного для последовательной установки на одной электрической линии, согласно изобретению;
Фиг.10 - схема использования коммутационных устройств для последовательной установки в одну электрическую линию установки с фотоэлементами, согласно изобретению;
Фиг.11 - схема использования коммутационных устройств, пригодных для последовательной установки в две электрические линии противоположных полярностей в другом типе установки с фотоэлементами согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Коммутационное устройство 1 (фиг.1) устанавливается последовательно в электрическую линию 3, которая подключается с помощью соединительных выводов Е1 и S1. Коммутационное устройство 1 содержит двухполюсные элементы, упоминаемые как первый модуль 5 и второй модуль 7, имеющие, по существу, идентичные размеры корпусов. Модули конструктивно примыкают друг к другу неразборным образом своими основными панелями 9. Каждый модуль 5, 7 содержит пару разъемных контактов 11, 12, дугогасительную камеру 14, 15 и размыкающий механизм. Каждый модуль 5, 7 дополнительно содержит питающий вывод 21, 23 и входящий вывод 22, 24 , электрически присоединяемые к одному и к другому из разъемных контактов. Питающий вывод 21 первого модуля 5 и входящий вывод 24 второго модуля 7 соответствуют соединительным выводам, соответственно упомянутым как Е1 и S1.
Как показано на фиг.2, размыкающие механизмы 27, 28 каждого модуля 5, 7 соединены друг с другом механической связью 29, которая позволяет всем парам 11, 12 разъемных контактов размыкаться одновременно при возникновении электрической неисправности на электрической линии 3. Размыкающий механизм каждого модуля обычно содержит средство 31 теплового размыкания и средство 32 магнитного размыкания. Каждый модуль 5, 7 коммутационного устройства может дополнительно содержать рукоятку 33, 34, обеспечивающую возможность размыкания и замыкания разъемных контактов вручную. Рукоятки обычно соединяются друг с другом штангой 35, позволяющей размыкать и замыкать все пары 11, 12 разъемных контактов одновременно. Таким образом, коммутационное устройство 1 имеет функцию размыкателя цепи и функцию переключателя.
В коммутационном устройстве 1 (фиг.1 и 2) каждая дугогасительная камера 14, 15 и каждый размыкающий механизм 27, 28 одного и того же модуля 5, 7 связаны с парой 11, 12 разъемных контактов этого модуля. Пары разъемных контактов, кроме того, конструктивно разъединены, то есть между контактами каждой из упомянутых пар нет никакой прямой механической связи. Механические связи 29, 35 между размыкающими механизмами 27, 28 и между рукоятками 33, 34 фактически не способны образовать надежно присоединенную прямую механическую связь между контактами разных пар разъемных контактов. Другими словами, контакты различных пар разъемных контактов не присоединяются надежным способом к промежуточной детали, например, типа контактной перемычки. Благодаря такой конфигурации каждая пара разъемных контактов и дугогасительная камера, связанная с парой разъемных контактов, может действовать независимым образом. Постоянные токи могут таким образом прерываться при различных напряжениях, используя коммутационное устройство, в котором количество дугогасительных камер соответствует напряжению на линии, которая должна защищаться. Дополнительно, как описано далее, независимость между парами разъемных контактов позволяет коммутационному устройству включаться последовательно в две электрические линии противоположной полярности.
Как показано на фиг.1, дугогасительная камера 14, 15 каждого модуля 5, 7 содержит камеру 41, 42 формирования дуги и камеру 43, 44 гашения дуги, в большинстве случаев образуемую пакетом деионизирующих пластин 46. Дугогасительная камера 14, 15 каждого модуля 5, 7 дополнительно содержит постоянные магниты 47, 48. При размыкании пар 11, 12 разъемных контактов электрическая дуга возникает между каждой из пар разъемных контактов.
Постоянные магниты 47, 48 каждой дугогасительной камеры 14, 15 обеспечивают полярность, позволяющую перемещать электрическую дугу в камеру 43, 44 гашения дуги дугогасительной камеры, когда ток в электрической линии 3 протекает в заданном направлении. Это заданное направление протекания тока соответствует рассматриваемой дугогасительной камере. Таким образом, если ток в электрической линии протекает в направлении, противоположном заданному направлению протекания тока, электрическая дуга в рассматриваемой дугогасительной камере удаляется из камеры гашения дуги. Как объясняется далее, это заданное направление протекания тока может изменяться от одной дугогасительной камеры к другой. Это заданное направление протекания тока определяется, с одной стороны, полярностью постоянных магнитов рассматриваемой дугогасительной камеры и, с другой стороны, подключениями питающего и входящего выводов модуля, в котором размещается рассматриваемая дугогасительная камера.
Более точно, магнитное поле, созданное постоянными магнитами, с одной стороны, и электрическим током в электрической дуге, образующейся между разъемными контактами, когда контакты разомкнуты, с другой стороны, позволяет появиться силам, которые перемещают электрическую дугу в одном или в другом направлении. Это направление перемещения дуги зависит, по существу, от направления тока в электрической дуге и от полярности постоянных магнитов. Таким образом, для заданной полярности постоянных магнитов электрическая дуга перемещается в камеру гашения дуги или от этой камеры гашения дуги в зависимости от направления тока в электрической дуге, то есть в зависимости от направления протекания тока в электрической линии 3.
В соответствии с одним признаком изобретения коммутационное устройство содержит четное количество Np дугогасительных камер и заданное направление протекания тока различно для части, в данном случае для половины дугогасительных камер. Таким образом, независимо от направления протекания тока в электрической линии первая половина дугогасительных камер перемещает электрические дуги к их соответствующим камерам гашения дуги, а вторая половина дугогасительных камер перемещает электрические дуги от их соответствующих камер гашения дуги.
В варианте осуществления, представленном на фиг.1, размыкание двух пар разъемных контактов создает две электрические дуги 51, 52. Электрическая дуга 51 в дугогасительной камере 14 перемещается от камеры 43 гашения дуги этой дугогасительной камеры, тогда как электрическая дуга 52 в дугогасительной камере 15 перемещается к камере 44 гашения дуги. Обратное имело бы место в случае, если бы ток в электрической линии 3 поменял направление на обратное. Дугогасительная камера 15 второго модуля 7 и дугогасительная камера 14 первого модуля 5 и их соответствующие электрические дуги 51, 52 также представлены схематично в другой продольной плоскости соответственно на фиг.3 и 4.
В варианте осуществления, представленном на фиг.1, первый питающий вывод Е1 и первый входящий вывод S1 установлены на одной и той же стороне, а постоянные магниты 47, 48 дугогасительных камер 14, 15 в первом и втором модулях 5, 7 имеют одинаковые полярности, чтобы создать магнитные поля, ориентированные в одном и том же направлении. Таким образом, в дугогасительной камере 14 направление тока в электрической дуге 51 позволяет этой дуге перемещаться от камеры 43 гашения дуги. В то же самое время в дугогасительной камере 15 направление тока в электрической дуге 52 позволяет этой дуге перемещаться к камере 44 гашения дуги. Таким образом, направление тока, протекающего в электрической линии 3, соответствует заданному направлению протекания тока, связанному с дугогасительной камерой 15, для которой электрическая дуга перемещается к камере гашения дуги.
В варианте осуществления, не представленном на чертежах, первый питающий вывод и первый входящий вывод могут быть расположены на двух противоположных сторонах, и в этом случае постоянные магниты дугогасительных камер в первом и втором модулях должны обеспечивать противоположные полярности, чтобы создавать магнитные поля, ориентированные в противоположных направлениях.
Дугогасительные камеры 14, 15, используемые в коммутационном устройстве 1, представляют структуру, которая в целом свойственна прерыванию однонаправленного постоянного тока и взаимосвязана с четным количеством дугогасительных камер, позволяющих прерывание двунаправленных постоянных токов. Эта специфическая структура дугогасительных камер описана далее со ссылкой на фиг.5 и 6. Взаимосвязь дугогасительных камер стала частично возможной благодаря их хорошим внутренним показателям, в частности, с точки зрения скорости роста напряжения электрической дуги, перемещающейся к камере гашения дуги. Таким образом, электрическая дуга 52 дугогасительной камеры 15, которая перемещается в камеру 44 гашения дуги, поглощает большую часть напряжения по сравнению с электрической дугой 51 дугогасительной камеры 14, которая перемещается от камеры 43 гашения дуги. Это, в частности, позволяет снизить или даже ликвидировать отрицательные эффекты перемещения электрической дуги от камеры гашения дуги. Чтобы минимизировать напряжение электрической дуги, подавляемой в каждой дугогасительной камере, можно увеличить количество дугогасительных камер, как описано далее со ссылкой на фиг.8 и 9.
Также возможно увеличить размеры дугогасительных камер выше необходимых по отношению к требованиям прерывания однонаправленного тока, для которого электрическая дуга систематически перемещается к камере гашения дуги. Несмотря на превышение размеров, коммутационное устройство остается очень компактным и менее громоздким по сравнению с известными устройствами предшествующего уровня техники.
Дугогасительные камеры коммутационных устройств обычно представляют структуру, присущую прерыванию однонаправленных постоянных токов. Дугогасительная камера, представленная на фиг.5 и 6, в частности, пригодна для коммутационного устройства согласно изобретению.
В каждой из этих дугогасительных камер (фиг.5 и 6) размещается пара разъемных контактов, содержащих подвижный контакт 101 и неподвижный контакт 102. Камера 111 формирования дуги дугогасительной камеры 104 определяется первой стенкой 112 и второй стенкой 113, причем стенки, по существу, параллельны основным панелям 9. Один из питающего или входящего выводов модуля, содержащего дугогасительную камеру 104, со своей стороны электрически соединяется с неподвижным контактом 102 и вытягивается для формирования дугового электрода или рогового разрядника 114, который проходит в верхней части камеры формирования дуги. Другой вывод модуля, содержащего дугогасительную камеру 104, электрически подключается к подвижному контакту 101 и соединен с другим дуговым электродом или роговым разрядником 115, который проходит в нижней части камеры формирования дуги. Дуговые электроды или роговые разрядники 114 и 115 устанавливаются таким образом, чтобы отводить на себя электрическую дугу, возникающую между контактами 101 и 102, когда последние разделяются. Электрическая дуга, образовавшаяся между двумя контактами, таким образом, принимается на себя электродами, чтобы передать и переместить ее в камеру 121 гашения дуги из дугогасительной камеры при условии, что ток в электрической линии проходит в заданном направлении.
Следует отметить, что на фиг.5 разъемные контакты 101 и 102 и электрод 114 были представлены пунктирными линиями, поскольку они скрыты второй стенкой 113. Расстояние между подвижным контактом 101 и электродом 115 в нижней части камеры формирования дуги обычно составляет от 4 до 8 миллиметров. Это расстояние позволяет получить хорошие характеристики для прерывания больших токов.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) камера 121 гашения дуги образована пакетом деионизирующих пластин 122, которые обычно являются металлическими пластинами. Деионизирующие пластины содержат переднюю кромку, через которую электрическая дуга входит в камеру гашения. Передняя кромка деионизирующих пластин обычно содержит центральную впадину 123.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) камера 111 формирования дуги содержит секцию 131 повышенной индукции, в которой дуга продвигается в направлении камеры 121 гашения дуги магнитным полем, созданным первой частью постоянных магнитов. Магнитное поле, создаваемое вдоль продольной оси 110 камеры формирования дуги первой частью постоянных магнитов, в секции повышенной индукции больше того, которое создается другой частью постоянных магнитов в остальной части камеры формирования дуги. Эта конфигурация позволяет электрической дуге лучше продвигаться и заставляет ее покинуть разъемные контакты. Переключение основания электрической дуги с подвижного контакта на электрод 115 получается в основном за счет первой части постоянных магнитов в секции повышенной индукции камеры формирования дуги.
Как показано на фиг.6, перемещение электрической дуги представлено точками, соответствующими разным моментам времени. В секции повышенной индукции электрическая дуга представлена точками 141 и 142.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) первая часть постоянных магнитов содержит не только первый намагниченный участок 132, но также и второй намагниченный участок 133. Намагниченные участки 132 и 133 установлены позади каждой из стенок 112 и 113. Намагниченный участок первой части постоянных магнитов представляет собой участок, определяемый по отношению к первой части постоянных магнитов, то есть по отношению к части постоянных магнитов в секции повышенной индукции. Присутствие второго намагниченного участка 133 первой части постоянных магнитов создает магнитное поле, которое добавляется к полю, создаваемому первым намагниченным участком 132. Это позволяет значительно увеличить на электрической дуге напряженность магнитного поля, созданного первой частью постоянных магнитов. Второй намагниченный участок 133 первой части постоянных магнитов таким образом позволяет основанию электрической дуги переключиться с подвижного контакта 101 на электрод 115, а также дает возможность электрической дуге отклониться и переместиться к камере гашения. Поэтому влияние расстояния D между подвижным контактом 101 и электродом 115 компенсируется присутствием второго намагниченного участка 133.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) первый и второй намагниченные участки 132 и 133 первой части постоянных магнитов создают магнитные поля, по существу, равной напряженности. Напряженность магнитного поля для перемещения электрической дуги в направлении камеры 121 гашения таким образом удваивается, что позволяет электрической дуге быстрее перемещаться к камере гашения. Дополнительно, первый и второй намагниченные участки 132 и 133 первой части постоянных магнитов устанавливаются симметрично относительно продольной оси 110 камеры формирования дуги. Это позволяет еще больше усилить свойства, описанные выше, то есть более эффективно перемещать электрическую дугу к камере гашения.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) камера 111 формирования дуги содержит отклоняющую секцию 151, в которой электрическая дуга отклоняется относительно продольной оси 110 камеры формирования дуги к первой стенке 112 магнитным полем, создаваемым второй частью постоянных магнитов, причем магнитное поле, созданное второй частью постоянных магнитов, существенно слабее поля, созданного первой частью постоянных магнитов. Вследствие того факта, что магнитное поле вдоль продольной оси 110, созданное второй частью постоянных магнитов, более слабое, чем такое же поле, созданное первой частью постоянных магнитов, и несимметрично относительно продольной оси, электрическая дуга отклоняется от своего пути. Отклоняемый компонент электрической дуги таким образом получается за счет действия второй части постоянных магнитов в отклоняющей секции 151.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) вся вторая часть 152 постоянных магнитов установлена позади первой стенки 112. В других вариантах осуществления, которые не представлены на чертежах, за первой стенкой может быть установлен только участок второй части постоянных магнитов, чтобы магнитное поле, создаваемое участком, было более сильным, чем то, которое создается остальным участком второй части постоянных магнитов, причем последняя устанавливается позади второй стенки 113. Намагниченный участок второй части постоянных магнитов является участком, определяемым относительно части постоянных магнитов в отклоняющей секции.
Как показано на фиг.6, в отклоняющей секции 151 точки 161, 162, 163, 164 и 165 представляют положения электрической дуги в отклоняющей секции в различные моменты времени. Эти точки перемещаются к первой стенке 112 вследствие того, что вторая часть 152 постоянных магнитов позволяет электрической дуге отклоняться. Таким образом, электрическая дуга перемещается в направлении первой стенки 112, в то же время сохраняя достаточную напряженность магнитного поля вдоль продольной оси 110, чтобы не остановиться на ней и не разрушиться при контакте с ней.
Как показано на фиг.6, передняя кромка деионизирующих пластин имеет центральное углубление 123 и две боковые части 171 и 172, обращенные к отклоняющей секции 151 камеры формирования дуги. Когда ток в электрической линии проходит в заданном направлении, электрическая дуга направляется в отклоняющей секции в направлении боковой части 171. Таким образом, в случае прерывания тока малой величины, электрическая дуга может быть погашена на боковой части 171 передней кромки камеры 121 гашения дуги благодаря малому количеству энергии, которая должна рассеяться.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) расстояние между второй частью 152 постоянных магнитов и боковой частью 171 деионизирующих пластин предпочтительно меньше 1 миллиметра. Это расстояние является достаточно малым, чтобы предотвратить прохождение и гашение этой электрической дуги в камере формирования дуги. Дополнительно, стенки 112 и 113, определяющие камеру формирования дуги, обычно изготавливаются из электрически изолирующего материала. Чтобы получить хорошую электрическую стойкость к изнашиванию при постоянных токах малой величины с относительно длительными временами прерывания по сравнению с переменными токами, стенки могут быть изготовлены из электрически изолирующего материала, стойкого к разрушению, такого как керамика, например из стеатита. Чтобы получить хорошее прерывание при постоянных или переменных токах большой величины, стенки могут быть изготовлены из газообразующего электрически изолирующего материала, например из газообразующего нейлона. Предпочтительно, первая стенка 112 изготавливается из керамического материала и вторая стенка 13 изготавливается из газообразующего органического материала. Газогенерирующая стенка позволяет увеличивать давление в контактной зоне и таким образом увеличивает отклонение электрической дуги от контактной зоны к камере гашения дуги.
В дугогасительной камере 104 (фиг.5 и 6) дугогасительная камера содержит первый и второй постоянные магниты, соответственно установленные позади каждой из стенок 112 и 113. Магнит, установленный позади первой стенки 112, проходит как через секцию повышенной индукции, так и через отклоняющую секцию камеры формирования дуги, а магнит, установленный позади второй стенки 113, проходит только через секцию повышенной индукции. В этом случае первая часть постоянных магнитов секции повышенной индукции, по существу, образуется первым магнитом, то есть намагниченным участком 132, и участком второго магнита в секции повышенной индукции, то есть намагниченным участком 133. Таким же образом вторая часть постоянных магнитов отклоняющей секции образуется, по существу, участком второго магнита в отклоняющей секции, то есть намагниченным участком 152.
Дугогасительная камера может содержать два постоянных магнита, установленных позади первой стенки, соответственно в секции повышенной индукции и в отклоняющей секции, причем магнит в секции повышенной индукции создает магнитное поле с существенно большей напряженностью, чем в отклоняющей секции. Дугогасительная камера может содержать три постоянных магнита, первый и второй магнит, установленные позади первой стенки, соответственно в секции повышенной индукции и в отклоняющей секции, и третий магнит, установленный позади второй стенки в секции повышенной индукции.
Объединяя дугогасительные камеры, представленные на фиг.5 и 6, в коммутационном устройстве, соответствующем изобретению, характеристики, с точки зрения увеличения напряжения дуги в дугогасительной камере, при перемещении электрической дуги к камере гашения дуги улучшаются. Это позволяет минимизировать напряжение дуги в другой дугогасительной камере, в которой электрическая дуга перемещается от камеры гашения дуги.
Вариант осуществления коммутационного устройства, представленного на фиг.1, пригоден для сборочного узла, содержащего две электрические линии, одна из которых заземлена. В этом типе сборочного устройства коммутационное устройство должно просто устанавливаться последовательно в линию, которая не заземлена.
В случае изолированной энергетической системы, то есть системы, содержащей две электрические линии, имеющие обратные полярности, возможно использовать одиночное коммутационное устройство, устанавливаемое последовательно в эти две линии. Вариант осуществления коммутационного устройства, обеспечивающего такое соединение, представлен на фиг.7.
Со ссылкой на фиг.7 соединительные выводы содержат первый питающий вывод Е1 и первый входящий вывод S1, предназначенные для последовательной установки в линию 201, и второй питающий вывод Е2 и второй входящий вывод S2, предназначенные для последовательной установки в линию 202. Коммутационное устройство 200 содержит только два модуля 205, 206, первый питающий вывод Е1 и первый входящий вывод S1, являющиеся питающим и входящим выводами первого модуля 205, второй питающий вывод Е2 и второй входящий вывод S2, являющиеся питающим и входящим выводами второго модуля 206.
Чтобы минимизировать напряжение электрической дуги, рассеиваемой в каждой дугогасительной камере, количество дугогасительных камер может быть увеличено, как описано далее со ссылкой на фиг.8 и 9.
В варианте осуществления, представленном на фиг.8, коммутационное устройство 210 предназначено для прерывания двух электрических линий 211, 212 и содержит четыре модуля 215, 216, 217, 218. Коммутационное устройство 210 фактически объединяет первое и второе коммутационные устройства одного и того же типа, как представлено на фиг.7, причем первое устройство содержит модули 215 и 217 и второе устройство содержит модули 216 и 218.
В варианте осуществления, представленном на фиг.9, коммутационное устройство 230 предназначено для прерывания одиночной электрической линии 231 и содержит четыре модуля. Соединительные выводы содержат первый питающий вывод Е1 и первый входящий вывод S1, предназначенные для последовательного подключения в упомянутую электрическую линию 231. Коммутационное устройство 230 содержит первый, второй, третий и четвертый модули, соответственно упоминаемые как 233, 234, 235, 236. Первый питающий вывод Е1 является питающим выводом первого модуля 233 и первый входящий вывод S1 является входящим выводом второго модуля 234, причем входящий вывод первого модуля косвенно соединяется с питающим выводом второго модуля. Более точно, входящий вывод 241 первого модуля 233 подключается к питающему выводу 242 третьего модуля 235, входящий вывод 243 третьего модуля подключается к питающему выводу 244 четвертого модуля 236, входящий вывод 245 четвертого модуля подключается к питающему выводу 246 второго модуля.
Коммутационные устройства, описанные выше, полностью пригодны для установок с фотоэлементами. Как показано на фиг.10 и 11, установки 301, 302 обычно состоят из множества панелей 311, 312, 313, интегрирующих фотоэлементы, которые часто соединяются последовательно и генерируют постоянный ток. Эти панели обычно подключаются параллельно к входу инвертора 321, выполняющего преобразование постоянного тока в переменный ток, который будет перераспределяться в основной энергетической системе.
Установки этого типа обычно обеспечивают напряжения высокого уровня, которые могут достигать, например, 1000 Вольт, и низкие токи короткого замыкания - обычно около 1,25 от номинального значения тока установки. Линии этого типа установки обычно обеспечивают постоянную времени, то есть отношение индуктивности к сопротивлению, которое часто меньше 2 миллисекунд. В установках, в которых количество панелей, работающих параллельно, больше или равно 3, часто необходимо устанавливать на линиях каждой панели соответствующие коммутационные устройства для прерывания постоянных токов при высоких напряжениях.
Коммутационные устройства способны прерывать ток в обоих рабочих направлениях. Фактически, в первом случае отключение панели иногда бывает необходимо по причинам технического обслуживания. Во втором случае эти коммутационные устройства могут использоваться, чтобы защищать панели в случае неисправностей. Например, в случае экранирования панель может вести себя как приемник и генерировать обратное протекание тока.
В установке 301, представленной на фиг.10, каждая панель подключается к инвертору 321 электрическими линиями 331, 332, причем линии 332 заземлены. В этом случае двухполюсное коммутационное устройство 335, содержащее два модуля и два разъемных контакта, такое как показано на фиг.1, устанавливается в линию 331 каждой панели. Предпочтительно, возможная замена коммутационных устройств 335 четырехполюсными устройствами, как показано на фиг.9, позволит распределять напряжение дуги на четыре модуля вместо двух.
В установке 302, представленной на фиг.11, каждая панель подключается к инвертору 321 электрическими линиями 341, 342, образуя изолированную систему питания. В этом случае двухполюсное коммутационное устройство 345, содержащее два модуля и два разъемных контакта, такие как те, которые представлены на фиг.7, было установлено в линии 341, 342 каждой панели. Предпочтительно эти коммутационные устройства 345 могут быть заменены четырехполюсными устройствами, как представлено на фиг.8. Это позволит распределить напряжение дуги на два модуля вместо одного.
Одним из преимуществ коммутационного устройства, соответствующего настоящему изобретению, является то, что оно позволяет реализовать дугогасительные камеры, которые уже были разработаны для прерывания однонаправленного постоянного тока.
1. Коммутационное устройство (1; 200; 210; 230) для прерывания, в частности, постоянного тока, по меньшей мере, в одной электрической линии (3; 201, 202; 211; 212; 231) независимо от направления протекания тока в линии, содержащее:
по меньшей мере, два соединительных вывода (E1, S1, E2, S2),
заданное четное количество (Np) разъемных контактов (11, 12), содержащих два контакта, электрически соединенных с соединительными выводами,
множество дугогасительных камер (14, 15), количество которых равно заданному четному количеству (Np), причем каждая дугогасительная камера связана с различной парой разъемных контактов и каждая дугогасительная камера снабжена камерой формирования дуги (41, 42), камерой гашения дуги (43, 44) и постоянными магнитами (47, 48) с полярностью, позволяющей перемещать электрическую дугу в камеру гашения дуги, когда ток, по меньшей мере, в одной электрической линии протекает в заданном направлении, причем заданное направление протекания тока отличается для части дугогасительных камер,
отличающееся тем, что устройство содержит множество размыкающих механизмов (27, 28), равное заданному четному количеству (Np), причем каждый размыкающий механизм связан с одной из пар разъемных контактов, чтобы разделять разъемные контакты пары при возникновении электрической неисправности, по меньшей мере, в одной электрической линии, причем размыкающие механизмы соединены друг с другом механической связью (29), позволяющей парам разъемных контактов размыкаться одновременно.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заданное направление протекания тока отличается для половины дугогасительных камер.
3. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что камера (43, 44) гашения дуги каждой дугогасительной камеры (14, 15) формируется пакетом деионизирующих пластин (46).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имеет модульный тип и содержит множество модулей (5, 7), равное заданному четному количеству (Np), причем каждый модуль содержит:
одну из пар разъемных контактов (11, 12),
дугогасительную камеру (14, 15), связанную с парой разъемных контактов,
размыкающий механизм (27, 28), связанный с парой разъемных контактов, и
питающий вывод (21, 23) и входящий вывод (22, 24), электрически подключенные соответственно к одному и к другому из упомянутых разъемных контактов.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый модуль (5, 7) размещен в корпусе, содержащем две параллельные основные панели (9), причем модули конструктивно примыкают друг к другу своими основными панелями.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждая пара разъемных контактов (101, 102) содержит подвижный контакт (101), способный перемещаться вдоль оси, по существу, параллельно основным панелям (9).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что все подвижные контакты (101) каждой пары разъемных контактов (101, 102) установлены на одной и той же стороне устройства.
8. Устройство по любому из п.6 или 7, отличающееся тем, что камера (41, 42) формирования дуги каждой дугогасительной камеры определяется первой и второй стенками (12, 13), проходящими параллельно основным панелям (9) модулей (5, 7), причем позади, по меньшей мере, первой стенки (12) установлены постоянные магниты (47, 48) дугогасительной камеры с полярностью, позволяющей создавать магнитное поле, ориентированное в направлении, по существу, перпендикулярном к основным панелям.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что камера формирования дуги каждой дугогасительной камеры содержит:
секцию (131) повышенной индукции, содержащую первую часть постоянных магнитов дугогасительной камеры, формирующую магнитное поле, позволяющее продвигать электрическую дугу, причем первая часть постоянных магнитов содержит два намагниченных участка (132, 133), установленных позади каждой из стенок (112, 113), и
отклоняющую секцию (151), содержащую вторую часть (152) постоянных магнитов, формирующую магнитное поле вдоль продольной оси (110), которое существенно слабее поля, формируемого первой частью постоянных магнитов, и обеспечивает возможность электрической дуге отклоняться относительно продольной оси.
10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что коммутационное устройство (1; 230) предназначено для прерывания на одиночной электрической линии (3; 231), причем соединительные выводы содержат первый питающий вывод (Е1) линии и первый входящий вывод (S1), предназначенные для последовательного подключения в упомянутую электрическую линию.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два модуля (5, 7; 233, 234), причем первый питающий вывод (Е1) является питающим выводом первого модуля (5; 233), первый входящий вывод (S1) является входящим выводом второго модуля (7; 234) и входящий вывод первого модуля подключен к питающему выводу второго модуля.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первый питающий вывод (Е1) и первый входящий вывод (S1) установлены на одной и той же стороне, причем постоянные магниты дугогасительных камер в первом модуле (5; 233) и втором модуле (7; 234) имеют одинаковые полярности для формирования магнитных полей, ориентированных в одном направлении.
13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит четыре модуля (233-234), причем входящий вывод (241) первого модуля (233) подключен к питающему выводу (242) третьего модуля (235), входящий вывод (243) третьего модуля подключен к питающему выводу (244) четвертого модуля (236), входящий вывод (245) четвертого модуля подключен к питающему выводу (246) второго модуля (234).
14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что коммутационное устройство (200; 210) предназначено для прерывания тока на двух электрических линиях (201, 202; 211, 212), а соединительные выводы содержат первый питающий вывод (Е1) и первый входящий вывод (S1), предназначенные для последовательного подключения к одной из линий (201; 211), и второй питающий вывод (Е2) и второй входящий вывод (S2), предназначенные для последовательного подключения к другой из линий (202, 212).
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что содержит два модуля (205, 206), причем первый питающий вывод (Е1) и первый входящий вывод (S1) являются питающим и входящим выводами первого модуля (205), второй питающий вывод (Е2) и второй входящий вывод (S2) являются питающим и входящим выводами второго модуля (206).
16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что содержит четыре модуля, объединяющих два коммутационных устройства по любому из пп.9-12, причем первый питающий вывод (Е1) и первый входящий вывод (S1) одного из устройств соответствуют второму питающему выводу (Е2) и второму входящему выводу S2) соответственно.
17. Устройство по п.4, отличающееся тем, что модули являются неразборными.
18. Установка с фотоэлементами (301; 302), содержащая, по меньшей мере, одну панель (311, 312, 313), на которой установлены упомянутые фотоэлементы, причем панель подключена к двум электрическим линиям (331, 332; 341, 342), предназначенным для обеспечения электропитания постоянного тока, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, одно коммутационное устройство (335, 345) по любому из предшествующих пунктов, содержащее, по меньшей мере, два соединительных вывода, подключенных, по меньшей мере, к одной электрической линии.
