Устройство для коммутации электрических цепей постоянного тока

 

О Il И С А Н И Е ()748547

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистичеснмн

Республик

-Ф к АвтоРскому свидетельству (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.06.?8 (21) 2624892/24-07 с присоединением заявки №вЂ”

{51) М. Кл.э

H 0l Н 33/!2

Государственный комитет

{23) Приоритет—

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 25.07.80 (53) УДК 621.316..54 (088.8) Il0 делам иэобретеннй и открытий (72) Автор изобретения

В. Н. Пупынин (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике,. а именно к устройствам для коммутации цепей постоянного тока, преимущественно сильноточных цепей высокого напряжения, в частности к устройствам коммутации с использованием контактных и вентильных элементов, и может быть, использовано в качестве выключателей на фи ерах ж. д. постоянного тока (трамвай, метро, магистральные и пригородные ж. д. 3,3 — 6,6 кВ, карьерный транспорт), на фидерах подстанций электролизных цехов и прокатных станов.

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

Недостатки этого типа устройств при использовании их в сильноточных цепях высокого напряжения заключаются в громоздкости самих устройств, необходимости выделения под их монтаж специальных ячеек

2 большого объема и, в конечном итоге, в ненадежности отключения, связанной с наличием внутри устройства мощнои, длительное время горящей дуги. Поэтому в последнее время на фидерах электрических ж. д., а также на фидерах карьерного транспорта

3,3 кВ для увеличения отключающей способности (увеличения длины дуги) соединя|от по два выключателя последовательно.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является дугогасительное устройство, в котором последовательно с силовым контактом включен диод, а вся цепочка из контакта и диода шунтироваиа коммутирующей цепочкой, состоящей из емкости, индуктивности и ключа. При необходимости отключить цепь замыкают ключ и разряжают предварительно заряженную емкость устройства на внешнюю цепь. На время, пока конденсатор устройства сохраняет первоначальный знак заряда, ток в цепи. диода и контактов отсутствует. Это и дает возможность без дуги разомкнуть силовой контакт !2).

Недостаток устройства . заключается в том, что для сильноточных цепей высокого напряжения практическое выполнение уст748547 ройства оказывается технически нецелесообразным. Это объясняется тем, что для таких цепей диод схемы в лейстЪительности вырождается в ряд параллельных цепочек с большим количеством лиолов в каждой из них, что в целом привалит к большим габаритам, значительной стоимости устройства и большим потерям энергии в нем от рабочего тока. Кроме того, при таком исполнении устройство теряет двустороннюю проводимость устройства.

Цель изобретения — создание устройства для коммутации сильноточных цепей постоянного тока высокого напряжения, обладающего малыми габаритами, умеренной стоимостью, имеющего все достоинства контактного аппарата, а именно обладающего лвусторонней проволимостью и незначительными потерями энергии от рабочего тока, но не требующего мощной дугогасительнай камеры для гашения дуги.

Указанная цель достигается тем, что силовые контакты устройства снабжены камерой с двумя направляющими рогами для движения дуги и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, причем между направляющими рогами включена коммутирующая цепочка, состоящая из управляемого вентиля, емкости и индуктивности, а между дополнительными рогамИ согласно с направлением тока цепи включен диод. Благодаря этому при нормальном рабочем режиме диод оказывается исключенным из схемы устройства и. оно работает как обычный выключатель, имея малые потери энергии и обладая двусторонней проводимостью. При отключении же тока между контактами устройства кратковременно возникает короткая дуга, которая входя в камеру, вводит в цепь тока диод и далее, после включения коммутирующей цепочки, гаснет. Благодаря короткому времени протекания тока через диод может быть использована его перегрузочная способность (по величине тока в 20 — 30 превосходящая номинальный ток), поэтому количество параллельных цепочек реальных диодов устройства существенно сокращается, устройство получается малых габаритов и небольшой стоимости.

Возможны варианты устройства с упрощенными камерами, имеющими один дополнительный рог в центральной части камеры.

В этом случае диод включается между дополнительным рогом и одним из направ. ляющих рогов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 а и 2б — кривые токов и кривые напряжений при работе устройства соответственно; на фиг. 3 — пример жполнения схемы устройства; на фиг. 4а и 4 б — два варианта камер устройства, Устройство состоит из небольшой дугогасительной камеры 1. у нижнего края которой размещены неподвижный 2 и подвижный

3 силовые контакты, соединенные с направляющими рогами 4 и 5 для движения дуги.

В центральнои части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, межлу которыми включен диод 8. К направляющим рогам.

S присоединена коммутирующая цепочка, состоящая из последовательно включенных управляющего вентиля 9, емкости 10 и индуктнвности I I.

Как н в обычном выключателе контакты 2 и 3 служат для возбуждения дуги, направляющие рога 4 и 5 — для направления движения дуги вверх по камере, дополнительные рога 6 и 7 — для перехвата дуги и введения диода в цепь тока. По этой причине расстояние между дополнительными рогами выбрано таким, чтобы падение напряжения на длине дуги, равной этому расстоянию, было больше падения напряжения на диоде в проводящем направлении. Коммутирующая цепочка (9, 1О и 11) служит для гашения луги н тока цепи после введения диода в цепь тока.

Устройство работает слелующим образом.

В момент размыкания силовых контактов между ними возникает дуга (на фиг. 1 показана пунктиром}, которая под действием поперечного магнитного поля, создаваемого

Р одним из известных способов, поднимается вверх, занимая последовательно положения I, II u Ill. При переходе дуги из положения 11 в положение III часть дуги на участке а — б отмирает, поскольку падение напряжения на участке дуги такой длины больше, чем падение напряжения на диоде 8, в зоне а — б камеры восстанавливается электрическая прочность, и ток цепи протекает только через диод. В момент, когда дуга занимает положение IИ, открывается управзю ляемый вентиль 9, происходит разряд емкости 10, тем или иным способом предварительно заряженной до высокого напряжения с полярностью, указанной на фиг. I (без скобок). Ток разряда проходит па участкам дуги III и через диод в направлении, обратном направлению отключаемого тока, так что суммарный ток через камеру становится равным нулю. В связи с этим йачинает интенсивно развиваться процесс леиоиизацин остатков плазмы на месте участков 111

4 и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка и камеры в целом. Начиная с этого момента контакты устройства обесточены. Однако отключение така в цепи еще не произошло. Он продолso жает протекать по коммутирующей цепи, сначала разряжая до нуля, а потом перезаряжая конденсатор (полярность в скобках), и в конце концов под действием напряжения на емкости убывает ло нуля.

На фиг. 2 а показа ны кри вые тока в цепи и через диод (заштрнховано), на фиг. 2 б— кривые напряжения на контактах устройства.

В указанные на фиг. 2 моменты времени происходит:

748547

-- размыкание контактов, дуга занимает положение 1;

--дуга занимает положение II, часть дуги на участке а — б отмирает, ток начинает проходить через диод;

---дуга занимает положение Ill, от- у крывается коммутирующий вентиль 9;

-- ток в цепи диода спадает до нуля; — ток в отключаемой цепи достигает максимума, напряжение в межконтактном промежутке меняет знак; — ток в отключаемой цепи спадает до нуля, на перезаряженной емкости максимум напряжения, закрывается коммутирующий вентиль 9.

Пример исполнения устройства (фиг. 3)

ФЗ отличается от принципиальной схемы (фиг.!) наличием трансформатора !2 в цепи диода, вторичная обмотка которого подключена к формирователю 13 управляющих импульсов с задержкой времени, выход которого, в свою очередь, подключен к управляющему gati электроду и катоду коммутирукгщего уйравляемого вентиля, варистора 14, подключенного параллельно коммутирующей цепочке, и дополнительных контактов 15 в цепи коммутирующей цепочки.

Трансформатор !2 и формирователь 13

23 с задержкой времени предназначены для автоматического открывания коммутирующего вентиля 9, варистор 14 поставлен для уменьшения величины потребной емкости 10 и ограничения перенапряжений между кон- )е тактами 2 и 3 в процессе отключения, дополнительные контакты 15 нужны для полного отсоединения источника питания и кон- денсатора коммутирующей цепочки 10 от отключенной части цепи.

Устройство (фиг. 3) работает следующим образом.

После размыкания силовых контактов, появления дуги и перехода ее из положения 1 в положение ll через диод 8 и трансформатор 12 начйнает протекать ток, поэтому íà 4в вторичной обмотке трансформатора появляется напряжение, которым через формирователь !3 с задержкой времени, достаточной для передачи тока с участка а — б дуги в цепь диода и полной деионизации промежутка а — б, открывается управляемый вен. тиль 9, Происходит разряд предварительно заряженной емкости 10 через участки дуги, занимаемой к этому времени положение lll, трансформатор и диод в направлении обратном направлению отключаемого тока. Когда суммарный ток через диод становится равным нулю, начинает интенсивно развиваться

° процесс деионизации остатков плазмы на месте участков !!! и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка и камеры в целом, поэтому появление в дальнейшем при t >t; напряжения на контактах устройства не приводит к повторному зажиганию дуги. Таким образом, начиная с момента t =- t контакты устройства обесточены. Однако в отключае ой цепи еще протекает ток, замыкающийся через коммутируюн1ую пеночку. Вынуждаемый индуктивностью цепи этот ток перезаряжает емкость 10, напряжение на ней растет и при достижении напряжения открытия варистора 14 последний переключает ток цепи на себя. Управляемый вентиль 9 закрывается. По мере рассеяния энергии цепи в варисторе ток цепи уменьшается и, наконец, становится равным нулю. В заключение дополнительные контакты 15, сблокированные с контактом 3 и имеющие по отношению к нему выдержку времени на срабатывание, отключают источник питания и конденсатор коммутирующей цепочки от отключенной части цепи.

На фиг. 4 показаны варианты упрощенных камер устройства, в которых в средней части камеры размещен лишь один дополнительный рог, а диод включен между дополнительным рогом и одним из направляющих рогов. На фиг. 4 а диод 8 включен между дополнительным рогом 6 и направляющим рогом 5, соединенным с отрицательным полюсом источника напряжения. На фиг. 4 б диод 8 включен между дополнительным рогом 6 и направляющим рогом 4, соединенным с положительным полюсом источника напряжения.

Работа устройства с такими упрощенными камерами принципиально- не отличается от работы устройства по фиг. I, однако наличие гальванической связи диода с источником напряжения делает такие yhpoщенные камеры менее предпочтительными чем показанные на фиг. 1.

Формула изобретения !. Устройство для коммутации электрических цепей постоянного тока, преимущественно сильноточных цепей высокого напря. жения, содержащее силовые контакты, коммутирующую цепь из последовательно соединенных емкости, индуктнвности и управляемого вентиля с формирователем управляк>церих импульсов, а также диод в цепи гашения тока, отличающееся тем, что, с целью сокращения габаритов устройства, его стоимости и потерь энергии в нем, силовые контакты снабжены камерой, оборудованной направляющими рогами для движения дуги, и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, упомянутый диод присоединен к дополнительным рогам, а расстояние между дополнительными рогами выбрано таким, чтобы падение напряжения на длине дуги, равной этому расстоянию было больше падения напряжения на диоде в проводящем направлении.

748547

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса управления устройством, последовательно с диодом включен дополнительно введенный насыщающийся трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена ко входу формирователя управляющих импульсов управляемого вентиля.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, оно снабжено камерой с одним дополнительным рогом, который размещен в центральной части камеры, между которым и одним из направляющих рогов включен указанный диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели. «Энергия», 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 384866, кл. Н 01 Н 33/59, 1968.

748547

Редактор С. Лыжбва

Заказ 4374/l 5

Составитель В. Попова

Техред К. Шуфрич Корректор Ю. Макаренко

Тираж 844 Подписное

IIHHHllH Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий! 13035. Москва, Ж вЂ”.35, Раушская наб., д. 4/5

<Ьилнал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4