СПОСОБ КОММУТАЦИИ В СИЛЬНОТОЧНЫХ ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2007 года по МПК H01H33/04 H01H33/59 

Изобретение относится к сильноточной электроэнергетике, а более конкретно к способам коммутации.

Из уровня техники известны различные способы повышения долговечности (увеличения числа допустимых отключений) вакуумных контакторов. Так в авторском свидетельстве SU - А - №196960, 1967, описан способ коммутации в сильноточных цепях постоянного тока, включающий разведение на заданное расстояние электродов вакуумного контактора с образованием между электродами дугового разряда, после чего осуществляют гашение дугового разряда путем пропускания через электроды вакуумного контактора импульса противотока, длительность которого не меньше времени, необходимого для восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора.

Недостаток известного способа заключается в том, что при его осуществлении возникают следующие технические трудности, а именно:

- необходимо с высокой точностью измерять ток дугового разряда,

- необходимо сформировать импульс противотока, т.е. импульс тока, величина которого равна, а направление противоположно соответственно измеренной величине и направлению тока дугового разряда,

- необходимо обеспечить в соответствии с измеренной величиной тока дугового разряда требуемую длительность импульса противотока, поскольку, например, время восстановления электрической прочности вакуумного промежутка, образованного медными электродами, сильно зависит от тока дугового разряда, а именно: при изменении тока дугового разряда от 3 до 10 кА время восстановления электрической прочности вакуумного контактора возрастает более чем в 10 раз: от 30 до 400 мкс.

Известен также способ коммутации в сильноточных цепях постоянного тока, взятый в качестве прототипа и согласно которому перед коммутацией тока в цепи, содержащей вакуумный контактор, от дополнительного источника тока через вакуумный контактор пропускают импульс тока, величина которого равна, а направление противоположно соответственно величине и направлению коммутируемого тока, а разведение на заданное расстояние электродов вакуумного контактора осуществляют при равенстве нулю величины тока в вакуумном контакторе, иными словами при возникновении так называемой "паузы тока" (см. авторское свидетельство SU - A - №955262, 1979). Таким образом, суть способа, взятого в качестве прототипа, заключается в создании перед процессом коммутации условий, исключающих возможность возникновения дугового разряда между электродами вакуумного контактора.

Недостаток прототипа заключается в том, что обеспечение с высокой точностью "паузы тока" в течение не менее 2 мс в сильноточных (от 50 кА) цепях постоянного тока представляет собой сложную техническую задачу.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по упрощению технической реализации способа коммутации в сильноточных цепях постоянного тока с одновременным обеспечением достаточно высокой долговечности вакуумных контакторов.

Поставленная задача решена тем, что в способе коммутации в сильноточных цепях постоянного тока, в котором перед коммутацией тока в цепи, содержащей вакуумный контактор, от дополнительного источника тока через вакуумный контактор пропускают импульс тока, направление которого противоположно направлению коммутируемого тока, а затем осуществляют разведение электродов вакуумного контактора на заданное расстояние друг относительно друга, согласно изобретению подключают дополнительный источник тока параллельно вакуумному контактору через, по крайней мере, один вакуумный управляемый разрядник, после включения которого пропускают через вакуумный контактор от дополнительного источника тока импульс тока с амплитудой, превышающей, но не более чем на 5 кА, величину коммутируемого тока, при этом после разведения электродов вакуумного контактора на заданное расстояние и восстановления электрической прочности его межэлектродного промежутка вакуумный управляемый разрядник отключают путем уменьшения протекающего через него тока до нуля со скоростью при подходе к его нулевому значению, не превышающей 200 А/мкс.

Преимущество предложенного способа коммутации в сильноточных цепях постоянного тока перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что за счет предложенного изменения режимных параметров проведения операции по пропусканию импульса противотока от дополнительного источника тока через вакуумный контактор обеспечивается возникновение дугового разряда между его разводимыми электродами при существенно меньших значениях тока (не более 5 кА) по сравнению с током, протекающим по коммутируемому участку цепи (50-100) кА.

В результате:

- упрощается техническая реализация этой операции поскольку отпадает необходимость в обеспечении с высокой точностью равенства нулю тока, протекающего через вакуумный контактор:

- длительность импульса противотока определяется практически временем, необходимым для разведения электродов вакуумного контактора на заданное расстояние, поскольку время восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора в указанном выше диапазоне токов (не более 5 кА) слабо зависит от величины тока дугового разряда и не превышает 50 мкс, что в 40 раз меньше времени, необходимого для разведения электродов вакуумного контактора с помощью быстродействующего индукционно-динамического привода (Л.Н.Карпенко, Быстродействующие электродинамические отключающие устройства, Л: Энергия, 1973),

- обеспечивается достаточно высокая долговечность вакуумных контакторов, так как их ресурс (число допустимых отключений) тем больше, чем меньше величина тока, возникающего при коммутации дугового разряда.

Подключение дополнительного источника тока через один (или несколько параллельно соединенных) вакуумных управляемых разрядников (т.е. элемента, используемого только в импульсной энергетике) обеспечивает надежное отключение дополнительного источника тока при переходе тока вакуумного управляемого разрядника через нулевое значение при скорости подхода тока к нулю, не превышающей 200 А/мкс.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.

На чертеже приведена электрическая схема устройства для осуществления предложенного способа, которое содержит основной источник 1 постоянного тока, подключенный через вакуумный контактор 2 к нагрузке 3, дополнительный источник 4 тока, вакуумный управляемый разрядник 5 с блоком поджига (на чертеже не показан) и конденсатор 6. В простейшем случае дополнительный источник 4 тока содержит двухобмоточный трансформатор 7, конденсатор 8, диод 9 и замыкатель 10. Первый вывод конденсатора 8 через замыкатель 10 соединен с плюсовым выводом диода 9, другой вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора 7. Второй вывод конденсатора 8 соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора 7. Параллельно вакуумному контактору 2 подключены последовательно соединенные вторичная обмотка трансформатора 7 и вакуумный управляемый разрядник 5, например описанный в журнала "Приборы и техника эксперимента", 1990, №5, с.139-142. Конденсатор 6 подключен параллельно вакуумному управляемому разряднику 5 через замыкатель 11.

Способ коммутации в сильноточных цепях постоянного тока осуществляется следующим образом. Предварительно от источников постоянного напряжения (на чертеже не показаны) заряжают конденсаторы 6 и 8. В исходном состоянии электроды вакуумного контактора находятся в замкнутом состоянии и через них протекает постоянный ток - I_o. Перед коммутацией тока в цепи, содержащей вакуумный контактор 2, с помощью блока поджига (на чертеже не показан) осуществляют включение вакуумного управляемого разрядника 5. В случае использования нескольких параллельно включенных вакуумных управляемых разрядников (для повышения мощностных параметров) инициирование разряда в каждом из них осуществляют с помощью соответствующего блока поджига, обеспечивающего ток в цепи поджигающего электрода 550-750 А с длительностью переднего фронта не более 3 мкс, а заднего фронта - 10 мкс. В результате дополнительный источник 4 тока подключают параллельно вакуумному контактору 2 через вакуумный управляемый разрядник 5.

В предпочтительном варианта осуществления предложенного способа первичную и вторичную обмотки трансформатора 7 выполняют каждую в виде двух секций, включенных последовательно, при этом секции вторичной обмотки соединяют между собой через вакуумный управляемый разрядник 5. После включения вакуумного управляемого разрядника 5 через вакуумный контактор 2 пропускают импульс тока от дополнительного источника 4 тока, при этом направление импульса тока от дополнительного источника 4 тока противоположно направлению тока I_o, а его амплитуда превышает ток I_o на величину ΔI, которая не больше 5 кА, так как при токах дугового разряда, превышающих 5 кА, имеет место сильная зависимость времени восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка от величины тока дугового разряда. Для этого замыкатель 10 переводят в замкнутое положение и конденсатор 8, разряжаясь через последовательно соединенные диод 9 и первичную обмотку трансформатора 7, индуцирует в контуре, образованном вторичной обмоткой трансформатора 7, вакуумным управляемым разрядником 5 и находящимися в замкнутом положении электродами вакуумным контактором 2, импульс тока, равный I_o+ΔI. После этого осуществляют разведение электродов вакуумного контактора 2, например, с помощью индукционно-динамического механизма на заданное расстояние. В результате между электродами вакуумного контактора 2 возникает вакуумный дуговой разряд с током, равным ΔI, который, по крайней мере, на порядок меньше тока I_o. После разведения электродов вакуумного контактора 2 горение дуги прекращается, ток через вакуумный управляемый разрядник уменьшается до I_o и начинается процесс восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора 2, при этом время восстановления электрической прочности в выбранном диапазоне токов ΔI не превышает 50 мкс. Иными словами, отпадает необходимость в корректировке длительности импульса от дополнительного источника 4 тока в зависимости от величины тока дугового разряда. Таким образом, через время, равное времени, необходимого для разведения электродов вакуумного контактора 2 на заданное расстояние, а также времени, необходимого для восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора 2 (иными словами, не менее чем через 2,05 мс относительно момента, соответствующего началу пропускания через вакуумный контактор 2 импульса тока от дополнительного источника 4 тока, и при использовании быстродействующих индукционно-динамических механизмов), отключают вакуумный управляемый разрядник 5 путем уменьшения протекающего через него тока I_o до нуля со скоростью при подходе к его нулевому значению, но превышающей 200 А/мкс. Для этого замыкатель 11 переводят в замкнутое положение и конденсатор 6, разряжаясь через вакуумный управляемый разрядник 5, создает импульс противотока, обеспечивающий при соответствующих значениях емкости и индуктивности его разрядного контура требуемую скорость спада тока при подходе к нулевому значению. В результате отключение вакуумного управляемого разрядника 5 происходит при первом переходе тока через нулевое значение, что обеспечивает формирование заднего фронта импульса от дополнительного источника 5 тока.

Таким образом, формирование импульса противотока через вакуумный контактор 2 с амплитудой I_o+ΔI обеспечивает создание перед процессом коммутации условий для возникновения дугового разряда, который не вызывает существенного уменьшения ресурса вакуумного контактора 2, а также с достаточно малым временем для восстановления электрической прочности по сравнению со временем, необходимым для разведения электродов вакуумного контактора 2 на заданное расстояние друг от друга.

Промышленная применимость изобретения подтверждается возможностью использования известных из уровня техники средств для его осуществления. Изобретение может быть использовано в электроэнергетике, системах питания источников электромагнитного излучения и т.п.

Изобретение относится к сильноточной электроэнергетике. Способ коммутации согласно изобретению осуществляется следующим образом. Перед коммутацией постоянного тока в сильноточной цепи, содержащей вакуумный контактор, параллельно ему подключают дополнительный источник тока через вакуумный управляемый разрядник. После включения вакуумного управляемого разрядника от дополнительного источника тока через вакуумный контактор пропускают импульс тока, направление которого противоположно направлению коммутируемого тока, а амплитуда превышает, но не более чем на 5 кА, величину коммутируемого тока. Затем осуществляют разведение электродов вакуумного контактора на заданное расстояние друг относительно друга, а после разведения электродов вакуумного контактора на заданное расстояние и восстановления электрической прочности его межэлектродного промежутка вакуумный управляемый разрядник включают путем уменьшения протекающего через него тока до нуля со скоростью при подходе к его нулевому значению, не превышающей 200 А/мкс. Технический результат - упрощение технической реализации способа коммутации в сильноточных цепях постоянного тока. 1 ил.

Способ коммутации в сильноточных цепях постоянного тока, согласно которому перед коммутацией тока в цепи, содержащей вакуумный контактор, от дополнительного источника тока через вакуумный контактор пропускают импульс тока, направление которого противоположно направлению коммутируемого тока, а затем осуществляют разведение электродов вакуумного контактора на заданное расстояние относительно друг друга, отличающийся тем, что подключают дополнительный источник тока параллельно вакуумному контактору через, по крайней мере один, вакуумный управляемый разрядник, после включения которого пропускают через вакуумный контактор от дополнительного источника тока импульс тока с амплитудой, превышающей, но не более чем на 5 кА, величину коммутируемого тока, при этом после разведения электродов вакуумного контактора на заданное расстояние и восстановления электрической прочности его межэлектродного промежутка вакуумный управляемый разрядник отключают путем уменьшения протекающего через него тока до нуля со скоростью при подходе к его нулевому значению, не превышающей 200 А/мкс.