ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ И СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H01H9/54 

Область техники, к которой относится изобретение и существующий уровень техники

Настоящее изобретение относится к устройству для подключения и отключения нагрузки к/от линии питания переменного напряжения с помощью вышеуказанного устройства, имеющего, по меньшей мере, один механический переключатель в токовой цепи, выполненный с возможностью соединения линии питания и нагрузки, а также блок, выполненный с возможностью управления вышеуказанным переключателем для замыкания и размыкания для выполнения вышеупомянутой операции включения и выключения, соответственно, а также к способу переключения, согласно вводной части прилагаемого независимого пункта формулы изобретения, описывающего способ.

Такие устройства могут использоваться для подключения и отключения нагрузки любого типа к/от линии питания переменного напряжения, особенно линии питания трехфазного переменного напряжения, такой как электрическая сеть для распределения или передачи электрической энергии. Однако изобретение направлено на такие линии питания, которые имеют, по меньшей мере, одну фазу, а не только три фазы, хотя это может быть наиболее распространенным его использованием. Таким образом, нагрузкой может быть, например, конденсаторная батарея, используемая для компенсации реактивной мощности и включаемая в зависимости от условий, преобладающих в такой сети, как потребление, например, промышленного оборудования, подключенного к ней, для уменьшения потерь. Использование переключающего устройства этого типа для включения и выключения нагрузки, содержащей один или более конденсаторов, будет в дальнейшем обсуждаться для разъяснения изобретения, но при этом оно не ограничивает каким-либо образом изобретение в этой заявке.

Известно использование так называемых вакуумных контакторов для подключения и отключения конденсаторов к/от линии питания трехфазного переменного напряжения для компенсации реактивной мощности. Однако переключение с помощью таких вакуумных контакторов не является синхронизированным ни с током, ни с напряжением в вышеупомянутой линии питания или сети, что может привести в результате к броску тока при замыкании токовой цепи между вышеупомянутыми двумя главными контактами (при включении) и повторному возникновению броска тока при размыкании (при выключении). Таким образом, необходимо устанавливать реакторы последовательно с конденсатором или конденсаторной батареей для ограничения переходного тока, который может быть губительным для оборудования, подсоединенного к сети.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства, тип которого определен во вводной части, которое уменьшает, по меньшей мере, один из недостатков, упомянутых выше, относящихся к уже известным переключающим устройствам такого типа.

Эта задача в соответствии с изобретением решается за счет обеспечения такого устройства, которое содержит два первых вышеуказанных механических переключателя, соединенных последовательно в вышеуказанной токовой цепи, при этом каждый переключатель имеет обходную ветвь, по меньшей мере, с одним элементом, имеющим способность блокировать проходящий через него ток, по меньшей мере, в блокируемом направлении и пропускать ток, по меньшей мере, в одном направлении, при этом вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления процедурой выключения синхронно с током, проходящим в вышеуказанной токовой цепи с помощью размыкания одного из вышеуказанных первых переключателей, когда, вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем состоянии для передачи тока через него и размыкания другого механического переключателя устройства, который является последовательно соединенным с вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом, который был упомянут последним, когда этот элемент находится в блокирующем состоянии и для управления процедурой включения синхронно с напряжением в вышеуказанной линии питания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, являющийся параллельным одному из вышеуказанных первых переключателей, находится в блокирующем состоянии, замыкается другой механический переключатель устройства и замыкается вышеуказанный первый переключатель, который был упомянут последним, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, являющийся параллельным ему, находится в проводящем состоянии.

С помощью расположения вышеуказанных двух механических переключателей с вышеуказанными обходными ветвями и проектирования блока для управления процедурой выключения и включения вышеуказанным синхронизированным способом получается ряд преимуществ. Нет необходимости в применении пусковых реакторов, поскольку контакт осуществляется вышеуказанными элементами, а они начинают проводить ток в тот момент, когда разница напряжений между стороной линии питания и стороной нагрузки изменяет знак. Не происходит повторного возникновения разряда при размыкании (выключении). За время срока службы такого переключающего устройства возможно большое количество операций.

Более того, вышеуказанные элементы во время включения и выключения активны только в течение менее, чем половины периода вышеуказанного переменного напряжения при каждой операции, поэтому протекающий по ним ток не может оказать большое воздействие на них в связи с недостаточной продолжительностью для протекания тока. Это обстоятельство, вместе с тем фактом, что переключающее устройство спроектировано только для переключения тока нагрузки, и, соответственно, не для токов короткого замыкания, с которыми может работать отдельный прерыватель, означает, что затраты на вышеуказанные элементы могут быть сохранены на привлекательно низком уровне. Этими элементами могут быть диоды, согласно варианту осуществления изобретения, и вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент может быть одним или множеством диодов, соединенных последовательно и/или параллельно.

Ключом для всех этих преимуществ является синхронизация управления вышеуказанными переключателями с током в линии питания во время выключения (размыкания) и напряжением в линии питания при включении (замыкании).

Устройства подобной конструкции известны из публикаций WO 01/95354 А1 и WO 01/95356 А1, но устройства, описанные в этих публикациях, являются переключающими устройствами, используемыми как прерыватели до появления неисправности, поэтому используемые в этом случае диоды должны быть способны выдержать токи короткого замыкания. Эти известные устройства также должны очень быстро реагировать на возникновение неисправности и должны быть способны прерывать прохождение тока в обоих направлениях, что может быть достигнуто за счет использования одного или другого диода, в зависимости от направления тока. Это является свойством, противоположным настоящему изобретению, которое направлено на устройство для выключения, а также подключения нагрузки к линии питания, в котором прерывание может быть сделано только одним вышеуказанным элементом, а использование другого вышеуказанного элемента может производиться при желании. Такое использование является возможным, т.к. устройство предназначено для работы только с известной нагрузкой и его использование не является критическим во временном отношении.

Согласно варианту осуществления изобретения устройство содержит, помимо двух вышеуказанных первых переключателей, по меньшей мере, один дополнительный второй механический переключатель, соединенный последовательно, по меньшей мере, с одним вышеуказанным элементом обеих вышеуказанных обходных ветвей. Такой второй механический переключатель расположен последовательно, по меньшей мере, с одним вышеуказанным элементом обеих вышеуказанных обходных ветвей, и это гарантирует, что может быть получено физическое разделение между линией питания и нагрузкой в тот момент, когда нагрузка отключается от линии питания, поэтому вышеуказанные элементы, такие как диоды, могут иметь более низкую запирающую способность, и, благодаря этому, более низкую стоимость.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения устройство имеет один вышеуказанный второй переключатель, и этот второй переключатель соединен последовательно с обоими вышеуказанными первыми переключателями, что делает возможным получить легкую и надежную процедуру включения и отключения синхронно с током и напряжением в вышеуказанной токовой цепи под управлением вышеуказанных первых переключателей и второго переключателя соответственно.

Согласно варианту осуществления изобретения вышеуказанный второй переключатель соединен последовательно с обоими вышеуказанными первыми переключателями и располагается как средний переключатель между последовательностью вышеуказанных первых переключателей и каждым, по меньшей мере, одним элементом, а согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный второй переключатель расположен на одном конце последовательности соединения его и вышеуказанных первых переключателей. Возможный выбор расположения вышеуказанного второго переключателя как среднего переключателя, главным образом, дает возможность осуществлять надлежащее управление переключателями простым способом, особенно благодаря симметричности устройства, полученного таким способом.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство содержит два вышеуказанных вторых переключателя, и один вышеуказанный второй переключатель расположен последовательно с вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом в каждой из вышеуказанных обходных ветвей. Это означает, что каждый вышеуказанный второй переключатель может быть расположен близко к соответствующему вышеуказанному, по меньшей мере, одному элементу, который может облегчить управление устройством для выполнения процедуры включения и/или выключения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный другой переключатель является другим первым переключателем, а устройство имеет только два механических переключателя. Этот вариант осуществления изобретения предъявляет более высокие требования к вышеуказанным элементам в выключенном состоянии устройства, однако устройство такой простой конструкции может быть предпочтительным в определенных вариантах применения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, которое создает дополнительное развитие варианта изобретения, имеющего один второй переключатель, расположенный как вышеуказанный средний переключатель, а вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления процедурой вышеуказанного выключения при запуске из состояния, в котором первые переключатели и вторые переключатели замкнуты для управления одним из вышеуказанных первых переключателей для размыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, связанный с ними, находится в проводящем состоянии для передачи через себя тока, и вышеуказанным вторым переключателем для размыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, упомянутый последним, находится в блокирующем состоянии; и для управления процедурой включения через управление одним из вышеуказанных первых переключателей для замыкания, также вышеуказанным вторым переключателем для замыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, связанный с другим первым переключателем, находится в блокирующем состоянии и, наконец, вышеуказанным другим первым переключателем для замыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, параллельный с ним, находится в проводящем состоянии. Это означает, что переходные токи и пусковые токи могут быть эффективно уменьшены почти до нуля при выполнении вышеуказанных процедур включения и выключения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, которое создает дополнительное развитие варианта изобретения, имеющего один вышеуказанный второй переключатель, расположенный последовательно с вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом, в каждой из вышеуказанных обходных ветвей, вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления процедурой вышеуказанного выключения при запуске из состояния, в котором все первые и вторые переключатели замкнуты для управления одним из вышеуказанных первых переключателей, чтобы размыкать, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, связанный с ними, находится в проводящем состоянии для пропускания через себя тока, а вышеуказанный второй переключатель, последовательно соединен с вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом, упомянутым последним, и/или первый и второй переключатели, связанные с другим вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом, чтобы размыкать, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, упомянутый первым, находится в блокирующем состоянии, а также управления процедурой включения с помощью управления одним из вышеуказанных первых переключателей, чтобы размыкать, затем вторым переключателем, параллельным другому первому переключателю для замыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент в ветви второго переключателя, упомянутого последним, находится в блокирующем состоянии, и, наконец, вторым переключателем, упомянутым последним, для замыкания, когда вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, параллельный с ним, находится в проводящем состоянии.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанными процедурами включения и выключения с помощью использования проводящего состояния и блокирующего состояния вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента в одной из вышеуказанных обходных ветвей для процедуры включения и блокирующего состояния и проводящего состояния вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента в другой из вышеуказанных обходных ветвей для процедуры выключения. Это означает, что вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент в каждой из вышеуказанных обходных ветвей может быть точно измерен после процедуры такого типа, в которой он использовался, что особенно делает возможным экономию средств.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство имеет для формирования вышеуказанных переключателей, разнесенные, с одной стороны фиксированный первый главный контакт, выполненный с возможностью подсоединения к одной из вышеуказанных линий питания и вышеуказанной нагрузке, и с другой стороны, фиксированный второй главный контакт, выполненный с возможностью присоединения к другой из вышеуказанных линий питания и вышеуказанной нагрузке, при этом в зазоре между вышеуказанными главными контактами с одной стороны фиксированный первый контакт элемента подключен к вышеуказанному первому главному контакту с помощью первого вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента, а с другой стороны, фиксированный второй контакт элемента подключен к вышеуказанному второму главному контакту с помощью второго вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента, и подвижный контакт, который имеет возможность перемещаться между замыкающей позицией, в которой он соединяет вышеуказанный первый главный контакт и вышеуказанный второй главный контакт, и, таким образом, питающую линию с нагрузкой; и размыкающей позицией, в которой между вышеуказанными главными контактами сформирован зазор, при этом вышеуказанные контактные элементы расположены вдоль расположения вышеуказанного подвижного контакта. Таким образом, в вышеуказанной замыкающей позиции вышеуказанный подвижный контакт создает контакт с вышеуказанными контактами элемента для формирования соединения между вышеуказанным первым главным контактом и первым контактом элемента, а также вышеуказанным вторым главным контактом и вторым контактом элемента с одной стороны через вышеуказанный подвижный контакт, а с другой стороны через вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент, параллельный ему, при этом вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления процедурой выключения с помощью синхронизации перемещения подвижного контакта с током в вышеуказанной линии питания для разделения вышеуказанного первого главного контакта от вышеуказанного подвижного контакта, когда вышеуказанный первый, по меньшей мере, один элемент находится в проводящем состоянии для прохождения тока через него и тем самым отделить вышеуказанный первый контактный элемент от вышеуказанного подвижного контакта, когда вышеуказанный первый, по меньшей мере, один элемент в следующий раз находится в блокирующем состоянии; и процедурой вышеуказанного включения с помощью синхронизации перемещения подвижного контакта с напряжением вышеуказанной линии питания, в которой подвижный контакт начинает перемещение из позиции, в которой он создает контакт с первым главным контактом и первым контактом элемента, чтобы обеспечить контакт со вторым контактом элемента, когда вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент находится в блокирующем состоянии и обеспечить контакт со вторым главным контактом, тем самым замыкая цепь между первым и вторым главными контактами, когда вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент находится в следующий раз в проводящем состоянии.

Эта конструкция устройства, позволяющая получить два первых переключателя, и второй переключатель, расположенный между ними, с помощью размещения таких фиксированных контактов и подвижного контакта создает простой и надежный способ получить вышеуказанную синхронизацию процедур включения и выключения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство выполнено с возможностью подключения и отключения нагрузки к/от линии питания трехфазного переменного напряжения, при этом устройство имеет один набор вышеуказанных механических переключателей и обходных ветвей с вышеуказанным, по меньшей мере, одним элементом для каждой вышеуказанной фазы.

Согласно варианту осуществления изобретения вышеуказанные три подвижных контакта фиксировано соединены друг с другом для выполнения их перемещений, и, благодаря этому, включение и выключение трех фаз зависит друг от друга. Такое фиксированное соединение означает, что желаемая последовательность замыкания и размыкания контактов в соответствии с фазой может быть получена просто и надежно.

Согласно другому варианту осуществления изобретения соотношения длин вышеуказанных трех подвижных контактов и/или позиционирование вышеуказанных фиксированных контактов каждой фазы регулируются, чтобы получить механическое смещение, которое в результате создает в заданное время задержку между фазами во время выполнения вышеуказанных операций включения и выключения. Это означает, что будет необходимо начать перемещения только одного контакта и тем самым всех вышеуказанных подвижных контактов в заданное время, а затем перемещать их с определенной скоростью для получения точно определенной временной задержки (сдвига фазы) между фазами во время выполнения вышеуказанной операции включения и выключения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок содержит электрический двигатель и подвижный контакт/контакты, соединенный/соединенные с выходным валом вышеуказанного двигателя, что обеспечивает способ для точного управления перемещением вышеуказанного контакта/контактов и, таким образом, операций включения и выключения вышеуказанного устройства.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный подвижный контакт/контакты имеет дугообразную форму с центром вышеуказанной дуги, совпадающим с валом вышеуказанного двигателя, таким образом, поворот вышеуказанного вала двигателя приведет к перемещению вышеуказанного подвижного контакта/контактов по окружности.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный первый диод или множество диодов, соединенных последовательно, направлены противоположно вышеуказанному второму диоду или множеству диодов, соединенных последовательно.

Согласно варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления процедурой вышеуказанного выключения с помощью управления подвижным контактом первой фазы, чтобы он был разделен с вышеуказанным первым главным контактом этой фазы во время Т₀, а подвижный контакт третьей вышеуказанной фазы, находящейся на 240 электрических градусов после вышеуказанной первой фазы, чтобы он был разделен с первым главным контактом этой фазы на величину около Т/6 после Т₀, и подвижным контактом второй фазы, находящейся на 120 электрических градусов за первой фазой, чтобы он был разделен с первым главным контактом этой фазы на величину около Т/3 после Т₀ для передачи тока соответствующей фазы через соответствующий вышеуказанный первый, по меньшей мере, один элемент этой фазы; при этом вышеуказанные подвижные контакты продолжают перемещение для разделения вышеуказанного подвижного контакта первой фазы с вышеуказанным первым контактом элемента на величину около Т/2 после Т₀, и подвижными контактами второй и третьей фазы, чтобы они были одновременно отделены от вышеуказанного первого контакта элемента этих фаз на величину около 3Т/4 после Т₀, для того, чтобы начать создавать вышеуказанный зазор, когда никакой ток не протекает в соответствующей фазе, при этом Т является периодом вышеуказанного переменного напряжения. Эта процедура означает, что главные контакты размыкаются и токи коммутируются с вышеуказанными элементами после того, как ток соответствующей фазы пересекает нулевое значение, что приводит к процессу коммутации практически без образования дуги. Более того, контакты элемента размыкаются, когда вышеуказанные элементы, такие как диоды, переключились в блокирующее состояние, и токи, протекающие через фазы, равны нулю, что предотвращает искрообразование в контактах. Более того, за счет разделения первого главного контакта вышеуказанной третьей фазы, после этого разделения вышеуказанной первой фазы и затем вышеуказанного первого главного контакта второй фазы процедура выключения может быть укорочена.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанными подвижными контактами, чтобы они были отделены от соответствующего первого главного контакта с задержкой по отношению к моменту, когда ток будет пересекать нулевую отметку в соответствующей фазе, чтобы гарантировать, что вышеуказанный первый, по меньшей мере, один элемент находится в проводящем состоянии после разделения вышеуказанного подвижного контакта с соответствующим первым главным контактом. В таком случае предпочтительно, чтобы вышеуказанная задержка составляла, по меньшей мере, Т/40, чтобы гарантировать, что вышеуказанный первый, по меньшей мере, один элемент находится в проводящем состоянии, однако также она должна быть короче, чем Т/4, предпочтительно, короче, чем Т/8, чтобы можно было эффективно передавать ток к вышеуказанному, по меньшей мере, одному элементу практически без образования дуги.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанным подвижным контактом соответствующей фазы таким образом, чтобы он был отделен от соответствующего первого контакта элемента <Т/4, предпочтительно <Т/8 после того, как соответствующий первый, по меньшей мере, один элемент принял вышеуказанное блокирующее состояние. Хотя необходимо гарантировать, что первый, по меньшей мере, один элемент принял вышеуказанное блокирующее состояние перед тем, как подвижный контакт отделен от первого контакта элемента, при этом желательно сохранять задержку настолько короткой, насколько это возможно, с точки зрения уменьшения затрат, чтобы сохранять необходимую способность блокировки напряжения вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента и, тем самым, определенного числа таких элементов, необходимых для последовательного соединения, на низком уровне.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанными подвижными контактами каждой фазы при выполнении процедуры вышеуказанного включения с помощью создания контакта с вышеуказанным вторым контактом элемента для второй и третьей фазы, находящейся на 120 электрических градусов после второй фазы одновременно в момент времени t₀, когда вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент в этих фазах находится в блокирующем состоянии и создания контакта с вышеуказанным вторым главным контактом этих двух фаз, одновременно около Т/2 после t₀, когда вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент находится в проводящем состоянии для передачи тока в цепь от первого главного контакта ко второму главному контакту, и подвижным контактом первой вышеуказанной фазы, находящейся на 120 электрических градусов раньше вышеуказанной второй фазы, чтобы создавать контакт со вторым контактом элемента этой фазы около 3Т/4 после времени t₀, и создавать контакт с вышеуказанным вторым главным контактом вышеуказанной первой фазы около 5Т/4 после времени t₀, при этом Т является периодом вышеуказанного переменного напряжения. Оказалось, что эта последовательность включения фаз, уменьшает переходные процессы при прохождении токов почти до нуля. За счет обеспечения контакта с вышеуказанным вторым контактом элемента первой фазы на 3Т/4 после двух других фаз, переключающее устройство будет в случае нагрузки в виде конденсатора или конденсаторной батареи пропускать ток к ним в той же самой точке, где прохождение тока заканчивается вследствие прерывания, таким образом, пусковой ток минимизируется, когда такой конденсатор или конденсаторы уже заряжены.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанным подвижным контактом соответствующей фазы, чтобы обеспечить контакт с вышеуказанным вторым контактом элемента с задержкой по отношению к точке пересечения нулевого напряжения в соответствующей фазе, для того чтобы гарантировать, что вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент находится в блокирующем состоянии, когда осуществляется вышеуказанный контакт.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанная задержка составляет, по меньшей мере, Т/40 и короче, чем Т/4, предпочтительно, короче, чем Т/8.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанный блок выполнен с возможностью управления вышеуказанным подвижным контактом, чтобы запустить процесс образования контакта с вышеуказанным вторым главным контактом с задержкой после того, как вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент начал проводить ток, для того, чтобы гарантировать, что эти элементы фаз находятся в это время в проводящем состоянии. При этом, конечно, необходимо гарантировать, чтобы вышеуказанный второй, по меньшей мере, один элемент находился в проводящем состоянии при осуществлении контакта, но процесс образования контакта следует делать коротким, насколько это возможно, после того, как было получено вышеуказанное проводящее состояние, во избежание образования дуги. Вышеуказанная задержка составляет, предпочтительно, по меньшей мере, Т/40 и короче, чем Т/4, предпочтительно короче, чем Т/8.

Согласно другому варианту осуществления изобретения первый и второй, по меньшей мере, один элемент, связанный с третьей фазой, находящейся на 240 электрических градусов позже относительно первой фазы и на 120 электрических градусов позже относительно второй фазы, противоположно направлен относительно соответствующих первого и второго, по меньшей мере, одного элемента в первой и второй фазах, что делает возможным ускорить процедуры включения и выключения, благодаря чему уменьшаются переходные процессы в системе.

Согласно другому варианту осуществления изобретения количество вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента, выполненного с возможностью использования в процедуре включения, больше, чем количество вышеуказанного, по меньшей мере, одного элемента, выполненного с возможностью использования в процедуре выключения. Это различие возникает благодаря тому факту, что вышеуказанные элементы, используемые в процедуре включения, должны быть способны блокировать все напряжение фазы после замыкания соответствующего первого переключателя. Однако элементы, используемые в процедуре выключения, должны быть способны блокировать только часть этого напряжения, создаваемого до того, как соответствующий переключатель размыкается, поэтому с помощью использования элементов только одной обходной ветви для выключения и элементов другой обходной ветви для включения, затраты на элементы, упоминаемые первыми, могут быть таким образом уменьшены. Это, конечно, эквивалентно тому, чтобы иметь точно такое же количество элементов, упоминаемых первыми, но с более низкой стоимостью.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство имеет множество вышеуказанных элементов, соединенных последовательно в каждой из вышеуказанных обходных ветвей, которые могут хорошо подходить для того, чтобы вместе блокировать напряжение, которое должно блокироваться, когда вышеуказанные элементы находятся в заблокированном состоянии.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство содержит для каждой из обходных ветвей кожух, вмещающий все вышеуказанные, по меньшей мере, один элемент(ы), принадлежащие вышеуказанной ветви, который обеспечивает подходящий способ расположения таких элементов, таких как диоды, в то же время защищая их от воздействия окружающей среды.

Согласно другому варианту осуществления изобретения каждый из вышеуказанных, по меньшей мере, одного элемента(ов) является диодом, который составляет альтернативу с хорошей рентабельностью, чтобы получить такой элемент в переключающем устройстве, согласно изобретению.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанные фиксированные контакты спроектированы таким образом, чтобы частично обхватывать вышеуказанный подвижный контакт и подшипник, расположенный по окружности вокруг него. Это означает, что контакты с низким сопротивлением могут быть получены между фиксированными контактами и подвижным контактом, также во время его перемещения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанные главные контакты спроектированы таким образом, чтобы окружать и нажимать на, в основном, большую часть окружности соответствующего подвижного контакта, в отличие от вышеуказанных контактов элемента, которые не должны создавать контакт с вышеуказанным подвижным контактом в такой же степени, как вышеуказанные главные контакты. Это означает, что в случае использования дугообразного подвижного контакта и когда вышеуказанные фиксированные контакты расположены, в основном, с наружной части вышеуказанных подвижных контактов относительно центра вышеуказанной дуги, зазор между контактом элемента будет увеличенным по сравнению с тем случаем, когда он спроектирован как главный контакт, таким образом, более высокое напряжение может быть удержано с помощью зазора между ними.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанные фиксированные контакты расположены, в основном, с наружной части вышеуказанных подвижных контактов относительно центра вышеуказанной дуги.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из вышеуказанных фиксированных контактов обеспечен спиральной пружиной, расположенной таким образом, чтобы давить на вышеуказанный подвижный контакт, приспосабливая его для использования в качестве элементов, используемые для пропускания тока, что гарантирует надлежащий контакт, создаваемый таким фиксированным контактом с подвижным контактом, в то же время допуская приемлемые отклонения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, устройство выполнено с возможностью подсоединения к нагрузке в виде одного или более конденсаторов, таких как конденсаторная батарея, что является предпочтительным использованием устройства, согласно изобретению.

Изобретение также имеет отношение к использованию устройства, согласно изобретению, для подключения и отключения одного или более конденсаторов к линии трехфазного переменного напряжения для компенсации реактивной мощности. Также возможно использование множества устройств, согласно изобретению, для разделения большой конденсаторной батареи на маленькие блоки, при этом каждый блок работает с отдельным вышеуказанным переключающим устройством; таким образом, может быть получена ступенчато управляемая конденсаторная батарея. Поскольку устройство, согласно изобретению, может часто работать в условиях переменной нагрузки, подключенной к линии питания трехфазного переменного напряжения, такой как система распределения высокого напряжения, конденсаторная батарея может включаться или выключаться, например, ежечасно, чтобы минимизировать потери мощности и увеличить максимальный поток энергии в системе.

Изобретение также имеет отношение к использованию устройства, согласно изобретению, для электропитания в промышленности или в распределительных сетях или сетях электропередачи, также как и для использования такого устройства для подключения и отключения нагрузки к/от линии трехфазного переменного напряжения, при этом устройство должно быть выполнено с возможностью работы с напряжением между 1 и 52 кВ и пропускания тока между указанной линией и нагрузкой от 100 А до 2 кА.

Изобретение также имеет отношение к способу подключения и отключения нагрузки к/от линии трехфазного переменного напряжения, согласно способу в прилагаемой формуле изобретения, а его преимущества видны из приведенного выше обсуждения переключающего устройства, согласно изобретению.

Дополнительные преимущества и полезные свойства изобретения прояснятся из следующего описания.

Краткое описание чертежей

Со ссылкой на прилагаемые чертежи, ниже следует отдельное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, приведенных в качестве примеров.

На чертежах:

Фиг. 1 - схематичная принципиальная схема, иллюстрирующая возможное использование переключающего устройства, согласно изобретению;

Фиг. 2 - вид в перспективе переключающего устройства согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 3 - увеличенный вид переключающего устройства согласно фиг. 2 для показа дополнительных деталей;

Фиг. 4 - увеличенный вид, иллюстрирующий конструкцию фиксированных контактов переключающего устройства, согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 5 - упрощенная принципиальная схема, иллюстрирующая переключающее устройство, согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 6 и 7 изображают графики, показывающие напряжение U между главными контактами для соответствующей фазы и ток I между питающей линией и нагрузкой для соответствующей фазы в зависимости от времени, соответственно, во время операции отключения (размыкания) вышеуказанной нагрузки от соответствующей линии питания трехфазного переменного напряжения;

Фиг. 8а-8i показывают последовательные этапы процедуры выключения, согласно изобретению;

Фиг. 9 и 10 - графики, показывающие напряжение U между главными контактами для соответствующей фазы и ток I между питающей линией и нагрузкой для соответствующей фазы в зависимости от времени, соответственно, во время операции подключения (замыкания) вышеуказанной нагрузки к соответствующей линии питания трехфазного переменного напряжения;

Фиг. 11а-11h показывают последовательные этапы процедуры включения, согласно изобретению; и

Фиг. 12 и 13 - графики, показывающие напряжение U между главными контактами для соответствующей фазы и ток I между питающей линией и нагрузкой для соответствующей фазы в зависимости от времени, соответственно, во время операции отключения (размыкания) вышеуказанной нагрузки от соответствующей линии питания трехфазного переменного напряжения, для нагрузки из заряженных конденсаторов; и

Фиг. 14-17 - упрощенные принципиальные схемы, показывающие различные возможные варианты осуществления изобретения устройства, согласно настоящему изобретению.

Детальное описание вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1 схематически показывает возможное использование переключающего устройства согласно настоящему изобретению. Определенное количество переключающих устройств 1, согласно изобретению, скомпонованы для включения и выключения блоков 2-5 конденсаторной батареи, которые могут быть, например, 1, 2, 4 и 8 Mвар, относительно линии 7 питания трехфазного переменного напряжения в виде сети распределения высокого напряжения для компенсации реактивной мощности. Здесь проиллюстрировано, как конденсаторная батарея подключается к линии 7 питания через прерыватель 6, способный разрывать токи короткого замыкания. С помощью включения и выключения различного количества вышеуказанных блоков 2-5 конденсаторной батареи могут быть получены различные степени компенсации реактивной мощности для адаптации к различным условиям, преобладающим в системе, для минимизации потерь мощности.

Фиг. 2 показывает переключающее устройство более детально, согласно варианту осуществления изобретения. Ссылочные позиции одновременно сделаны к фиг. 3-5. Устройство имеет средства 8-10 в виде контактных пластин для подключения первой (I), второй (II) и третьей (III) фаз, соответственно, от линии питания трехфазного переменного напряжения, также как средства 11-13 служат для подключения нагрузки, например такой, как конденсаторная батарея. Каждая фаза имеет фиксированный первый главный контакт 14-16, выполненный с возможностью подсоединения к вышеуказанной линии питания и фиксированный второй главный контакт 15-19, выполненный с возможностью подсоединения к вышеуказанной нагрузке, также как подвижный контакт 20-22, перемещаемый между замыкающей позицией, в которой он соединяет вышеуказанный первый главный контакт с вышеуказанным вторым главным контактом, как показано на фиг. 2, и, таким образом, линию питания с нагрузкой; и позицией размыкания, в которой между вышеуказанными главными контактами образуется зазор.

Устройство также содержит для каждой вышеуказанной фазы разнесенные в зазоре между главными контактами фиксированный первый контакт 23-25 элемента (диод), соединенный с вышеуказанным первым главным контактом с помощью первого вышеуказанного элемента или множества элементов 26-28, соединенных последовательно и/или параллельно, например, расположенных в виде пакета, и фиксированный второй контакт 29-31 элемента (диод), подключенный ко второму главному контакту с помощью второго вышеуказанного элемента 32-34 или множества элементов, соединенных последовательно и/или параллельно, например, расположенных в виде пакета. Вышеуказанные элементы здесь являются диодами, и это слово будет впоследствии использоваться для обозначения элемента. Диоды, которые присоединены к тому же самому диодному контакту, вследствие этого помещаются в кожух 45.

На фигуре показано, как четыре фиксированных контакта каждой фазы расположены вдоль дугообразной траектории, и как каждый подвижный контакт имеет соответствующую дугообразную форму, для того, чтобы в вышеуказанной замыкающей позиции соответствующий подвижный контакт создавал контакт с вышеуказанными диодными контактами для формирования соединения между вышеуказанным первым главным контактом и первым диодным контактом, а также вторым главным контактом и вторым диодным контактом, с одной стороны через вышеуказанный подвижный контакт, а с другой стороны - через вышеуказанный диод или множество диодов, расположенных параллельно с ним.

Все три подвижных контакта 20-22 жестко присоединены к одной и той же самой подвижной части, а именно к выходному валу 35 электрического двигателя 36, выполненного с возможностью вращения вала 35 для перемещения подвижных контактов 20-22, и за счет этого - размыкания и замыкания переключающего устройства и, таким образом, соединения между вышеуказанной линией питания и нагрузкой. Блок 37 управления двигателем принимает информацию о токе и напряжении в вышеуказанной линии питания от датчиков 38 и 39 для управления двигателем 36. Блок 37 управления двигателем также принимает сигналы от датчика 50, отслеживающего позицию вала 35 двигателя для соответствующего управления перемещением вала 35 и, тем самым, подвижными контактами, в то же время учитывая информацию, принятую от датчиков 38, 39 и 50.

За счет выбора соотношений длин подвижных контактов и позиционирования различных фиксированных контактов каждой фазы может быть получен механический сдвиг, который приводит в результате к заданной временной задержке между фазами во время операций включения и выключения. Это означает, что нет необходимости в раздельном управлении для каждой отдельной фазы, но необходимо гарантировать, чтобы двигатель начинал вращать вал 35 в заданное время и вращать его с заданной скоростью для получения желаемой последовательности для процедуры включения и выключения. Эти процедуры в дальнейшем будут описаны более подробно.

Фиг. 3 и 4 ясно показывают, каким образом фиксированные контакты давят с внешней стороны на подвижный контакт, при этом они спроектированы таким образом, чтобы частично обхватывать вокруг подвижный контакт и давить на него по окружности. Упругое воздействие давления получается с помощью пружин 40, помещенных внутрь соответствующего фиксированного контакта. Здесь также показано, как сконструированы главные контакты 14, 17, чтобы окружать и нажимать на существенно большую часть окружности соответствующего подвижного контакта, чем диодные контакты 23, 29. Если более точно, то главные контакты покрывают более чем ¾ окружности подвижного контакта, в то время как диодные контакты покрывают менее чем ½ окружности подвижного контакта. Таким образом, каждый подвижный контакт имеет форму банана с практически круглым сечением и имеет возможность перемещаться вдоль траектории, определяемой фиксированными контактами.

Двигатель сконструирован таким образом, чтобы поворачиваться только в одном направлении для обеспечения размыкания и замыкания устройства, которое обозначено стрелкой 41 на фиг. 5. Из фиг. 5 также становится ясно, что первый и второй диоды, связанные с соответствующей фазой, направлены противоположно друг другу, при этом диоды третьей фазы направлены противоположно соответствующим диодам двух других фаз. Это сделано для того, чтобы дать возможность более мягкого подключения и отключения нагрузки к/от линии питания, как будет дополнительно объяснено в дальнейшем. Следует обратить внимание, что каждый символ диода на фиг. 5 может обозначать множество, такое как 4 или 8 диодов, соединенных последовательно.

Процедура отключения нагрузки от линии питания для переключающего устройства, показанного на фиг. 2-5, будет сейчас описана, при этом будут делаться ссылки на фиг. 8а-8i, а также на фиг. 6 и 7, показывающие развитие процесса изменений напряжения между главными контактами и токов между нагрузкой и линией питания в соответствующей фазе, в зависимости от времени, в которых сплошные линии относятся к первой фазе I, пунктирные линии с длинным пунктиром - ко второй фазе II, а пунктирные линии с коротким пунктиром - к третьей фазе III. Эксперименты проводились с переключающим устройством, работающим с конденсаторной батареей 2,9 Мвар при напряжении 11 кВ, дающей емкостной ток, составляющий 150 А.

Процедура начинается в тот момент, когда датчик 38 воспринимает пересечение током нулевой отметки в первой фазе I, которая обозначена знаком «0». Подвижные контакты в это время имеют позицию, показанную на фиг. 8а. Двигатель 36 начинает вращать вал по часовой стрелке, если смотреть по направлению от двигателя к подвижным контактам, в точке времени один период Т, который, в случае использования частоты 50 Гц трехфазного переменного напряжения, означает 20 мс после времени «0», при значении времени Т₀ достигает позиции, согласно фиг. 8b, подвижных контактов, в которой подвижный контакт первой фазы отделяется от первого главного контакта этой фазы. Первый диод этой фазы входит в проводящее состояние, таким образом, ток I, проходящий через эту фазу, будет передаваться к диоду практически без образования дуги при дальнейшем продвижении в позицию, согласно фиг. 8с. Подвижный контакт третьей фазы будет в этой позиции около Т/6 после Т₀ (=Т₁), когда он отделяется от первого главного контакта этой фазы, таким образом, при дальнейшем продвижении в позицию, согласно фиг. 8d, ток в этой фазе III будет передаваться к первому диоду этой фазы, который находится в проводящем состоянии. Позиция, согласно фиг. 8е достигается в момент времени Т₂, которое составляет около Т/3 после Т₀, и когда при дальнейшем продвижении из этой позиции подвижный контакт второй фазы будет отделен от первого главного контакта этой фазы, для передачи тока через первый диод этой фазы.

Перемещение подвижных контактов затем продолжается, и в позиции согласно фиг. 8е первый диод первой фазы войдет в блокирующее состояние, таким образом, когда достигается позиция, согласно фиг. 8f, в момент времени Т₃, около Т/2 после Т₀, подвижный контакт 20 этой фазы будет отделен от первого диодного контакта этой фазы без какого-либо образования дуги и, в то же время, начинается образование зазора, который может выдерживать обратное напряжение между подвижным контактом и вышеуказанным диодным контактом (см. позицию согласно фиг. 8g), при этом первые диоды во второй и третьей фазах входят (Т₄) в блокирующее состояние. При дальнейшем продвижении, в позицию согласно фиг. 8h, подвижные контакты второй и третьей фаз будут в момент времени Т₅, которое составляет около 3Т/4 после Т₀, одновременно отделены от соответствующего первого диодного контакта для начала процесса образования вышеуказанного зазора также для этих примеров. И, наконец, достигается позиция, изображенная на фиг. 8i, в которой напряжение в соответствующей фазе берется в зазоре между первым и вторым диодными контактами в этой фазе. Как видно на фигурах, эта процедура выключения не приводит к возникновению каких-либо вредных переходных процессов.

Процедура или замыкание будет сейчас описано, при этом будут делаться ссылки на фиг. 11а-11h и фиг. 9 и 10, которые соответствуют фиг. 6 и 7. Процедура замыкания начинается с разомкнутой позиции, показанной на фиг. 11а, с началом вращения вала двигателя, с помощью которого производится перемещение подвижных контактов, согласно стрелке 41, через один период после того, как было зафиксировано пересечение нулевого напряжения в первой фазе. В момент времени Т₀, показанный на фиг. 11b, в котором вторые диоды второй и третьей фазы находятся в блокирующем состоянии, подвижные контакты этих фаз будут входить в контакт со вторыми диодными контактами этих фаз. Подвижные контакты второй и третьей фаз будут затем перемещаться дальше, через позицию согласно фиг. 11с, достигая затем позиции, изображенной на фиг. 11d в момент времени t₁ около Т/2 после t₀, в котором второй диод этих фаз входит в проводящее состояние. Таким образом, токи, протекающие через диоды, будут передаваться и протекать через главные контакты этих фаз. При дальнейшем перемещении к позиции, согласно фиг. 11е, подвижный контакт первой фазы будет образовывать контакт со вторым диодным контактом этой фазы в момент времени t₂ около 3Т/4 после t₀, когда второй диод находится в блокирующем состоянии, а затем, при достижении позиции, согласно фиг. 11е, этот диод приобретает проводящее состояние и проводит ток, который будет затем передаваться ко второму главному контакту этой фазы в момент времени t₃ около 5Т/4 после t₀. Таким образом, диодные контакты были замкнуты, когда диоды находились в блокирующем состоянии и токи подключались в момент пересечения нулевого напряжения соответствующим диодом для плавного наращивания тока, проходящего через соответствующую фазу.

Фиг. 12 и 13 соответствуют фиг. 9 и 10 и показывают напряжение и ток для трех фаз при осуществлении процедуры включения, показанной на фиг. 11а-11h для случая подключения нагрузки в виде заряженных конденсаторов. Оказалось, что никакие заметные пусковые токи не могут быть обнаружены, и это достигается с помощью замыкания второй и третьей фаз, когда фазовые напряжения этих фаз проходят через ноль, и затем через 3Т/4 после этого и последняя, первая фаза, таким образом, переключающее устройство будет запитывать конденсаторную батарею в той же самой точке, где ток прекращается, когда устройство прерывает ток и, таким образом, пусковой ток будет минимизирован. Таким образом, превосходные характеристики получаются за счет синхронизированного замыкания уже заряженного конденсатора без какого-либо измерения напряжения на стороне конденсатора.

Фиг. 14-17 очень схематично показывают различные способы реализации переключающего устройства согласно настоящему изобретению. На этих фигурах главная конфигурация устройства показана только для одной фазы. Когда переменное напряжение вышеуказанной линии питания имеет более чем одну фазу, то переключающее устройство будет иметь соответствующую структуру для других фаз.

Фиг. 14 показывает переключающее устройство, имеющее два первых переключателя 60, 61, выполненных с возможностью последовательного соединения в токовую цепь между линией питания переменного напряжения и нагрузкой, при этом каждый переключатель имеет обходную ветвь 62, 63 с, по меньшей мере, одним элементом 64, 65, который имеет возможность блокировать проходящий через него ток, по меньшей мере, в одном направлении блокировки и проводить проходящий через него ток, по меньшей мере, в одном направлении, при этом каждый элемент здесь обозначен как диод. Устройство также имеет второй переключатель 66, соединенный последовательно с вышеуказанными диодами 64, 65 и расположенный как средний переключатель между первыми переключателями 60, 61. Эта конфигурация соответствует варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 2-5, в которых первые переключатели сформированы, с одной стороны, первым главным контактом 14 и диодным контактом 23 в совокупности с подвижным контактом 20, а с другой стороны, вторым главным контактом 17 и диодным контактом 29 в совокупности с подвижным контактом 20. Второй переключатель сформирован двумя диодными контактами 23 и 29 в совокупности с подвижным контактом 20.

Фиг. 15 показывает альтернативную конфигурацию по отношению к той, которая изображена на фиг. 14, отличаясь от нее расположением второго переключателя 66 на одном конце его последовательного соединения и вышеуказанных первых переключателей 60, 61. Управление процедурами включения и выключения переключающего устройства с конфигурацией, произведенной в соответствии с фиг. 15, будет подобным тому, которое производится с конфигурацией согласно фиг. 14.

Фиг. 16 показывает дополнительную альтернативную конфигурацию, которая имеет два вторых переключателя, в которых один второй переключатель 66', 66'' расположен последовательно с вышеуказанным элементом 64, 65 в каждой из обходных ветвей. Для этой конфигурации процедура выключения может быть запущена из состояния, в котором все первые и вторые переключатели являются замкнутыми, чтобы в дальнейшем с помощью управления одним из первых переключателей разомкнуться, когда связанный с ним элемент находится в проводящем состоянии, для прохождения через него тока, а второй переключатель подключен последовательно с вышеуказанным элементом, который упоминался последним; и/или первым и вторым переключателем, связанным с другим вышеуказанным элементом, чтобы разомкнуться, когда элемент, упомянутый первым, находится в непроводящем состоянии. Это означает, что при использовании диода 64 для этой процедуры выключения, завершение ее может быть получено или с помощью размыкания второго переключателя 66' или размыкания первого переключателя 61 и второго переключателя 66'' или всех этих переключателей. Процедура включения может быть выполнена с помощью управления одним из первых переключателей, чтобы замкнуться, затем вторым переключателем, параллельным другому первому переключателю, чтобы замкнуться, когда элемент, находящийся в ветви упомянутого последним второго переключателя, находится в блокирующем состоянии, и, наконец, вторым переключателем, упомянутым последним, чтобы замкнуться, когда вышеуказанный элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем состоянии.

И, наконец, фиг. 17 показывает дополнительную возможную конфигурацию переключающего устройства, согласно изобретению. Эта конфигурация отличается от тех, которые были выполнены в соответствии с фиг. 14 и 15, тем, что она не имеет второго переключателя. Это также означает, что элементы 64, 65 должны быть способны выдерживать возможное напряжение, которое будет воздействовать на устройство в выключенном состоянии. Процедура выключения может быть выполнена начиная с размыкания первого переключателя 60, когда элемент 64 находится в проводящем состоянии для прохождения через него тока без какого-либо заметного образования дуги. Когда элемент 64 затем переходит в непроводящее состояние, первый переключатель 61 размыкается без какого-либо образования дуги. Процедура включения выполняется посредством замыкания первого переключателя 60, когда элемент 65 находится в блокирующем состоянии, без какого-либо образования дуги, а затем замыкания первого переключателя 61, когда элемент 65 находится в проводящем состоянии, для прохождения тока через первый переключатель 61 без какого-либо заметного образования дуги и завершения процедуры включения.

Изобретение, конечно, никоим образом не ограничивается вариантами осуществления изобретения, описанными выше, при этом большое количество возможностей для его модификаций будет ясно специалисту среднего уровня квалификации в данной области техники, без отхода от главной идеи изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Переключающее устройство, согласно изобретению, может использоваться, как уже установлено, для включения и выключения других типов нагрузки, отличных от нагрузки в виде конденсаторов, к/от линии питания переменного напряжения. Более того, линия питания может быть линией другого типа, отличной от сети электроэнергии, например такой, как генератор.

Хотя это предпочтительно, но подвижные контакты необязательно должны перемещаться вдоль круговой траектории; другие траектории, такие как линейная, также возможны.

Переключающее устройство также может быть использовано для работы конденсаторной батареи в режиме возврата энергии в сеть, причем эксплуатационные испытания показали, что переключающее устройство, согласно изобретению, в этом случае дает очень низкие пусковые токи. Таким образом, можно будет удалить реакторы, ограничивающие пусковой ток в этих приложениях.

На фигурах показано, что для каждой фазы вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент одной обходной ветви имеет, в соответствии с вышеуказанным путем для тока, противоположное направление блокирования по отношению к вышеуказанному, по меньшей мере, одному элементу другой обходной ветви, однако изобретение также перекрывает случай, когда вышеуказанные элементы расположены с одинаковым направлением блокирования. Однако они должны иметь противоположное направление блокирования, когда заряженные конденсаторы составляют нагрузку, которая должна быть подключена к линии питания переменного напряжения. Это происходит благодаря предпочтительному признаку, описанному выше, который состоит в том, чтобы замыкать последнюю фазу линии питания трехфазного переменного напряжения на 3Т/4 после двух других.

Термин “обходная ветвь”, используемый при раскрытии этого изобретения, должен интерпретироваться как ветвь, подключенная параллельно соответствующему переключателю, таким образом вышеуказанный, по меньшей мере, один элемент является, в свою очередь, подключенным параллельно соответствующему переключателю.

Следует также указать, что вышеуказанный «другой механический переключатель устройства», упомянутый в формуле изобретения, не должен быть расположен близко к вышеуказанным первым переключателям, хотя он может, фактически, даже быть одним из первых переключателей, но он может быть расположен на значительном расстоянии от вышеуказанных первых переключателей и быть, например, отдельным разъединителем.

Также входит в объем настоящего изобретения изменение стороны подключения нагрузки и линии питания к переключающему устройству, таким образом, нагрузка на фиг. 2 была бы подключена к пластинам 8-10, а линия питания - к пластинам 11-13. Преимущество этой конфигурации состоит в том, что подвижные контакты 20-22 могут быть в выключенном состоянии передвинуты ближе к включенному состоянию, в то же время все еще гарантируя гальваническое отсоединение от линии питания, т.е. ближе к позиции, показанной на фиг. 11b, таким образом, включение может быть произведено быстрее из этой «подготовленной позиции». Однако в таком варианте осуществления изобретения гальванического разделения линии питания в результате не будет, как только подвижные контакты 20-22 оставят соответствующие фиксированные контакты, как это произойдет в случае использования варианта осуществления изобретения, описанного выше, но подвижные контакты должны для этого перемещаться дальше, чем показано на фиг. 8i.

Устройство для подключения и отключения нагрузки к или от линии питания переменного напряжения имеет два механических переключателя (60, 61), соединенных последовательно в токовой цепи между вышеуказанной нагрузкой и вышеуказанной линией питания, при этом каждый переключатель имеет обходную ветвь с, по меньшей мере, одним элементом (64, 65), способным блокировать проходящий через него ток, по меньшей мере, в направлении блокировки и проводить через него ток, по меньшей мере, в одном направлении, и блок, выполненный с возможностью управления процедурой выключения и включения синхронно с током в линии питания и напряжением линии питания, соответственно. Технический результат - уменьшение бросков тока при включении и отключении. 5 н. и 40 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Устройство для подключения и отключения нагрузки (2-5) к/от линии (7) питания переменного напряжения, содержащее, по меньшей мере, один механический переключатель в токовой цепи, выполненный с возможностью соединения линии питания и нагрузки, а также блок (36-39), выполненный с возможностью управления указанным переключателем для замыкания и размыкания для выполнения включения и выключения соответственно, отличающееся тем, что содержит два первых указанных механических переключателя (60, 61), выполненных с возможностью последовательного соединения в токовой цепи с имеющимися у каждого обходными ветвями, по меньшей мере, с одним элементом (26-28, 32-34) со способностью блокировать прохождение через него тока, по меньшей мере, в направлении блокирования и пропускать через него ток, по меньшей мере, в одном направлении; причем указанный блок выполнен с возможностью управления процедурой выключения синхронно с током в указанной токовой цепи путем размыкания одного из первых переключателей (60, 61), когда указанный, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем состоянии для пропускания через него тока и размыкания другого механического переключателя (60, 61, 66, 66', 66") устройства, подключенного последовательно с указанным, по меньшей мере, одним элементом, упоминавшимся последним, когда этот элемент находится в состоянии блокирования и управления процедурой включения синхронно с напряжением в линии питания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно одному из первых переключателей (60, 61) находится в состоянии блокирования, замыкая другой механический переключатель устройства и замыкая первый переключатель, упомянутый последним, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем ток состоянии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, кроме двух первых переключателей (60, 61), по меньшей мере, один дополнительный, второй механический переключатель (66, 66', 66"), подключенный последовательно с, по меньшей мере, одним элементом обеих обходных ветвей.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит один второй переключатель (66), причем указанный второй переключатель подключен последовательно с обоими первыми переключателями (60, 61).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что второй переключатель (66) расположен как средний переключатель между и последовательно с первыми переключателями (60, 61) и с каждым, по меньшей мере, одним элементом (64, 65).

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что второй переключатель (66) расположен на одном конце его последовательного соединения с первыми переключателями (60, 61).

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит два вторых переключателя (66', 66"), при этом один второй переключатель расположен последовательно с, по меньшей мере, одним элементом (64, 65) в каждой из указанных обходных ветвей.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный другой переключатель является другим первым переключателем, причем устройство имеет только два механических переключателя (60, 61).

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления процедурой выключения путем запуска из состояния, в котором первые переключатели (60, 61) и второй переключатель (66) являются замкнутыми, для управления одним из первых переключателей для размыкания, когда, по меньшей мере, один элемент (64, 65), связанный с ним, находится в проводящем состоянии, чтобы пропускать через себя ток, и вторым переключателем для размыкания, когда, по меньшей мере, один элемент, упомянутый последним, находится в состоянии блокирования, и чтобы управлять процедурой включения путем управления одним из первых переключателей (60, 61) для замыкания, затем вторым переключателем (66) для замыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, связанный с другим первым переключателем, находится в состоянии блокирования и, наконец, указанным другим первым переключателем для замыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, параллельный ему, находится в проводящем состоянии.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления процедурой выключения путем запуска из состояния, в котором все первые (60, 61) и вторые (66', 66") переключатели являются замкнутыми, для управления одним из первых переключателей для размыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, связанный с ним, находится в проводящем состоянии, чтобы пропускать через себя ток, и указанным вторым переключателем, соединенным последовательно с, по меньшей мере, одним элементом, упомянутым последним, и/или первым и вторым переключателями, связанными с другим, по меньшей мере, одним элементом для размыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, упомянутый первым, находится в состоянии блокирования; а также для управления процедурой включения путем управления одним из указанных первых переключателей (60, 61) для замыкания, а затем вторым переключателем, соединенным параллельно с другим первым переключателем для замыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, в ветви второго переключателя, упомянутого последним, находится в состоянии блокирования, и, наконец вторым переключателем, упомянутым последним, для замыкания, когда указанный, по меньшей мере, один элемент, параллельный ему, находится в проводящем ток состоянии.

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления процедурами включения и выключения, используя проводящее состояние и состояние блокирования, по меньшей мере, одного элемента (64, 65) в одной из обходных ветвей для выполнения процедуры включения, а также состояние блокирования и проводящее состояние указанного, по меньшей мере, одного элемента (64, 65) в других обходных ветвях для выполнения процедуры выключения.

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно имеет для формирования указанных переключателей разнесенный, с одной стороны фиксированный первый главный контакт (14-16), выполненный с возможностью подключения к одной из линии питания и нагрузки, и с другой стороны фиксированный второй главный контакт (17, 19), выполненный с возможностью подключения к другой из линии питания и нагрузки, при этом в зазоре между главными контактами находятся с одной стороны фиксированный первый контакт (23-25) элемента, подключенный к первому главному контакту посредством первого, по меньшей мере, одного элемента (26-28), а с другой стороны - фиксированный второй контакт элемента, подключенный к второму главному контакту (29-31) посредством второго, по меньшей мере, одного элемента (32-34), и подвижный контакт (20-22), имеющий возможность перемещаться между замыкающей позицией, в которой он соединяет первый главный контакт с вторым главным контактом и, таким образом, линию питания с нагрузкой и размыкающей позицией, в которой формируется зазор между главными контактами, при этом указанные контакты элемента располагаются вдоль выступающей части подвижного контакта таким образом, что в замыкающей позиции подвижный контакт (20-22) создает контакт с контактами (23-25, 29-31) элемента для формирования соединения между первым главным контактом и первым контактом элемента, а также между вторым главным контактом и вторым контактом элемента с одной стороны через подвижный контакт, а с другой стороны через, по меньшей мере, один элемент, параллельный ему; при этом блок (36-39) выполнен с возможностью управления процедурой выключения с помощью синхронизации перемещения подвижного контакта (20-22) с током в линии питания для разделения первого главного контакта (14-16) с подвижным контактом, когда первый, по меньшей мере, один элемент (26-28) находится в проводящем ток состоянии для передачи через него тока, а также разделения первого контакта (23-25) элемента с подвижным контактом, когда первый, по меньшей мере, один элемент в следующий раз находится в блокирующем состоянии; и процедурой включения с помощью синхронизации перемещения подвижного контакта с напряжением линии питания, в которой подвижный контакт начинает перемещение из позиции, в которой он имеет контакт с первым главным контактом (14-16) и первым контактом (23-25) элемента, чтобы образовать контакт со вторым контактом (29-31) элемента, когда второй, по меньшей мере, один элемент (32-34) находится в блокирующем состоянии, и образовать контакт с вторым главным контактом (17-19), и тем самым замыкая цепь между первым и вторым главными контактами, когда второй, по меньшей мере, один элемент находится в следующий раз в проводящем состоянии.

12. Устройство по любому из пп.1-9 и 11, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подключать и отключать нагрузку к/от линии питания трехфазного переменного напряжения, причем устройство имеет один набор механических переключателей и обходных ветвей с, по меньшей мере, одним элементом для каждой указанной фазы (I, II, III).

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подключать и отключать нагрузку к/от линии питания трехфазного переменного напряжения, причем устройство имеет один набор механических переключателей и обходных ветвей с, по меньшей мере, одним элементом для каждой указанной фазы (I, II, III).

14. Устройство по любому из пп.11 и 13, отличающееся тем, что указанные три подвижных контакта (20-22) являются фиксировано соединенными для выполнения их перемещений, и благодаря этому включение и выключение трех фаз зависит друг от друга.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что соотношение длин указанных подвижных контактов (20-22) и/или позиционирование фиксированных контактов (14-16, 17-19, 23-25, 29-31) каждой фазы регулируются для получения механического сдвига, приводящего в результате к определенной временной задержке между фазами во время операций включения и выключения.

16. Устройство по любому из пп.11, 13 и 15, отличающееся тем, что указанный блок содержит электрический двигатель (36), при этом подвижные контакты/контакт (20-22) присоединены к выходному валу (35) указанного двигателя.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что подвижные контакты/контакт (20-22) имеют дугообразную форму с центром дуги, совпадающим с валом (35) двигателя.

18. Устройство по любому из пп.11 и 13, отличающееся тем, что указанный блок (36-39) выполнен с возможностью управления процедурой выключения путем управления подвижным контактом (20) первой фазы для отделения от первого главного контакта (14) этой фазы в момент времени То и подвижным контактом (22) третьей фазы, находящейся на 240 электрических градусов после первой фазы, для отделения от первого главного контакта (16) этой фазы около Т/6 после То, и подвижным контактом (21) второй фазы, находящейся на 120 электрических градусов после первой фазы, для отделения от первого главного контакта (15) этой фазы около Т/3 после То для прохождения тока соответствующей фазы через соответствующий первый, по меньшей мере, один элемент (26-28) этой фазы, и подвижными контактами для продолжения перемещения для разделения подвижного контакта (20) первой фазы с первым контактом (23) элемента около Т/2 после То, и подвижными контактами (21, 22) второй и третьей фаз для одновременного отделения от первого диодного элемента (24, 25) этих фаз около 3Т/4 после То, чтобы начать создание зазора, когда никакой ток не протекает в соответствующей фазе, Т в этом случае является периодом переменного напряжения.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления подвижными контактами (20-22) для отделения от соответствующего первого главного контакта (14-16) с задержкой относительно пересечения током нулевого значения в соответствующей фазе для гарантирования того, что первый, по меньшей мере, один элемент (26-28) находится в проводящем ток состоянии при отделении подвижного контакта от соответствующего первого главного контакта.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что указанная задержка составляет, по меньшей мере, Т/40 и короче, чем Т/4, предпочтительно короче, чем Т/8.

21. Устройство по п.18, отличающееся тем, что указанный блок выполнен с возможностью управления подвижным контактом (20-22) соответствующей фазы, для отделения от соответствующего первого контакта (23-25) элемента <Т/4, предпочтительно <Т/8 после того, как соответствующий первый, по меньшей мере, один элемент (26-28) принял состояние блокирования.

22. Устройство по любому из пп.11 и 13, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления подвижными контактами (20-22) каждой фазы в процедуре включения путем образования контакта с указанным вторым контактом (30-31) элемента для второй и третьей фазы, находящейся через 120 электрических градусов после второй фазы одновременно в момент времени to, когда второй, по меньшей мере, один элемент (33, 34) в этих фазах находится в состоянии блокирования и образует контакт с вторым главным контактом (18, 19) этих двух фаз одновременно около Т/2 после t₀, когда указанный второй, по меньшей мере, один элемент находится в проводящем состоянии для пропускания тока в цепь от первого главного контакта (15, 16) ко второму главному контакту (18, 19) и подвижному контакту (20) первой фазы, находящейся на 120 электрических градусов раньше относительно второй фазы, чтобы образовать контакт со вторым контактом (29) элемента этой фазы около 3Т/4 после t₀, и создавая контакт с вторым главным контактом (17) первой фазы около 5Т/4 после t₀, Т является периодом переменного напряжения.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления подвижным контактом (20-22) соответствующей фазы, чтобы создавать контакт с вторым контактом (29-31) элемента с задержкой по отношению к точке пересечения нулевого напряжения в соответствующей фазе, таким образом гарантируя, что второй, по меньшей мере, один элемент находится в состоянии блокирования, когда создается указанный контакт.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что указанная задержка составляет, по меньшей мере, Т/40 и короче, чем 174, предпочтительно короче, чем Т/8.

25. Устройство по п.22, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления подвижными контактами (20-22), чтобы начать создавать контакт с вторым главным контактом (17-19) с задержкой после того, как второй, по меньшей мере, один элемент (32-34) начал проводить ток, таким образом гарантируя, что эти элементы фаз находятся в это время в проводящем состоянии.

26. Устройство по любому из пп.23 и 24, отличающееся тем, что блок (36-39) выполнен с возможностью управления подвижными контактами (20-22), чтобы начать создавать контакт с вторым главным контактом (17-19) с задержкой после того, как второй, по меньшей мере, один элемент (32-34) начал проводить ток, таким образом гарантируя, что эти элементы фаз находятся в это время в проводящем состоянии.

27. Устройство по п.25, отличающееся тем, что указанная задержка составляет, по меньшей мере, Т/40 и короче, чем Т/4, предпочтительно короче, чем Т/8.

28. Устройство по любому из пп.1-9, 11, 13, 15, 17, 19-21, 23-25 и 27, отличающееся тем, что первый (28) и второй, по меньшей мере, один элемент (34), связанный с третьей фазой, находящейся на 240 электрических градусов после первой фазы и на 120 электрических градусов после второй фазы, противоположно направлены относительно соответствующего вышеуказанного первого и второго, по меньшей мере, одного элемента (26, 27 и 32, 33) в первой и второй фазах.

29. Устройство по п.10, отличающееся тем, что количество, по меньшей мере, одного элемента (32-34), выполненного с возможностью использования в процедуре включения, больше, чем количество, по меньшей мере, одного элемента (26-28), выполненного с возможностью использования в процедуре выключения.

30. Устройство по любому из пп.1-9, 11, 13, 15, 17, 19-21, 23-25, 27 и 29, отличающееся тем, что множество указанных элементов соединены последовательно в каждой указанной обходной ветви.

31. Устройство по любому из пп.1-9, 11, 13, 15, 17, 19-21, 23-25, 27 и 29, отличающееся тем, что содержит кожух (45) для каждой вышеуказанной обходной ветви, вмещающий в себя все указанные, по меньшей мере, один элементы, принадлежащие указанной ветви.

32. Устройство по любому из пп.1-9, 11, 13, 15, 17, 19-21, 23-25, 27 и 29, отличающееся тем, что каждый указанный, по меньшей мере, один элемент является диодом.

33. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанные фиксированные контакты (14-16, 17-19, 23-25, 29-31) сконструированы таким образом, чтобы частично обхватывать подвижные контакты (20-22) и подшипник, расположенный по окружности вокруг него.

34. Устройство по п.33, отличающееся тем, что главные контакты (14-16, 17-19) сконструированы таким образом, чтобы окружать и нажимать в основном на большую часть окружности соответствующего подвижного контакта (20-22), чем контактные элементы (23-25, 29-31).

35. Устройство по любому из пп.17 и 33, отличающееся тем, что фиксированные контакты (14-16, 17-19, 23-25, 29-31) расположены в основном с внешней стороны от подвижных контактов (20-22) относительно центра дуги.

36. Устройство по любому из пп.33 и 34, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из фиксированных контактов (14-16, 17-19, 23-25, 29-31) снабжен спиральной пружиной, расположенной таким образом, чтобы давить на подвижный контакт своими витками и использоваться в качестве элемента для пропускания тока.

37. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подключения к нагрузке в виде одного или более конденсаторов (2-5).

38. Устройство по любому из пп.1-9, 11, 13, 15, 17, 19-21, 23-25, 27, 29, 33, 34 и 37, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один элемент (64) одной обходной ветви имеет относительно токовой цепи противоположное направление блокирования, чем у, по меньшей мере, одного элемента (65) другой обходной ветви, соединенной последовательно с обходной ветвью, упоминавшейся первой.

39. Применение устройства по п.1, для подключения и отключения одного или более конденсаторов (2-5) к линии (7) питания трехфазного переменного напряжения для компенсации реактивной мощности.

40. Применение устройства по п.39 для электроснабжения внутри промышленного помещения или в распределительных или передающих сетях.

41. Применение устройства по п.1 для подключения и отключения нагрузки (2-5) к/от линии (7) питания трехфазного переменного напряжения, выполненной с возможностью работы с напряжением 1-52 кВ.

42. Применение устройства по п.1 для подключения и отключения нагрузки (2-5) к/от линии (7) питания трехфазного переменного напряжения для пропускания тока между вышеуказанной линией питания и нагрузкой, составляющего 100А-2кА.

43. Способ для подключения и отключения нагрузки (2-5) к/от линии (7) питания трехфазного переменного напряжения, в котором, по меньшей мере, один механический переключатель расположен в токовой цепи, выполненной с возможностью соединения линии питания и нагрузки, отличающийся тем, что он выполняется для переключающего устройства, содержащего два первых механических переключателя (60, 61), соединенных последовательно в токовой цепи, и каждый из них имеет обходную ветвь, по меньшей мере, с одним элементом (64, 65), имеющим способность блокировать ток через него, по меньшей мере, в направлении блокирования и проводить через него ток, по меньшей мере, в одном направлении, причем процедура выключения производится синхронно с током в токовой цепи с помощью размыкания одного из первых переключателей (60, 61), когда, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем состоянии для прохождения тока через него, и размыкания другого механического переключателя (60, 61, 66, 66', 66") устройства, расположенного последовательно с, по меньшей мере, одним элементом, упомянутым последним, когда этот элемент находится в блокирующем состоянии; а процедура включения выполняется синхронно с напряжением в токовой цепи, когда, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно одному из первых переключателей (60, 61), находится в блокирующем состоянии, замыкая другой механический переключатель устройства и замыкая первый переключатель, упомянутый последним, когда, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему, находится в проводящем состоянии.

44. Способ по п.43, отличающийся тем, что он выполняется для включения и отключения нагрузки к/от линии питания трехфазного переменного напряжения с помощью управления указанным устройством, имеющим один набор механических переключателей и обходных ветвей с указанным, по меньшей мере, одним элементом для каждой указанной фазы (I, II, III).

45. Способ по п.44, отличающийся тем, что он выполняется для переключающего устройства, имеющего для каждой фазы с одной стороны фиксированный первый главный контакт (14-16), выполненный с возможностью подсоединения к одной из линии питания и нагрузке, а с другой стороны - фиксированный второй главный контакт (17-19), выполненный с возможностью подсоединения к другой из линии питания и нагрузке, при этом в зазоре между главными контактами с одной стороны имеется фиксированный первый контакт (23-25) элемента, подключенный к первому главному контакту с помощью первого, по меньшей мере, одного элемента (26-28), а с другой стороны имеется фиксированный второй контакт (29-31) элемента, подключенный к второму главному контакту с помощью второго, по меньшей мере, одного элемента (32-34) и подвижного контакта (20-22), способного перемещаться между замыкающей позицией, в которой он соединяет первый главный контакт с вторым главным контактом и, таким образом, линию питания с нагрузкой, и размыкающей позицией, в которой между главными контактами формируется зазор, при этом указанные контакты элемента расположены по линии, вдоль которой вытянут подвижный контакт, для того чтобы в замыкающей позиции подвижные контакты (20-22) создавали контакт с контактами (23-25, 29-31) элемента для формирования соединения между первым главным контактом и первым контактом элемента, а также вторым главным контактом и вторым контактом элемента с одной стороны через подвижный контакт, а с другой стороны через, по меньшей мере, один элемент, подключенный параллельно ему; при этом процедура выключения выполняется путем синхронизации перемещения подвижного контакта (20-22) каждой фазы с током в соответствующей фазе линии питания для разделения первого главного контакта (14-16) с подвижным контактом, когда первый, по меньшей мере, один элемент (26-28) находится в проводящем состоянии для пропускания тока через него, и после разделения первого контакта (23-25) элемента с подвижным контактом, когда первый, по меньшей мере, один элемент в следующий раз находится в блокирующем состоянии, а процедура включения выполняется путем синхронизации перемещения подвижного контакта каждой фазы с напряжением соответствующей фазы линии питания, в которой подвижный контакт начинает перемещение из позиции, в которой он создает контакт с первым главным контактом (14-16) и первым контактом (23-25) элемента, чтобы создать контакт со вторым контактом (29-31) элемента, когда второй (32-34), по меньшей мере, один элемент находится в блокирующем состоянии, и чтобы создать контакт с вторым главным контактом (17-19) и с помощью этого замкнуть цепь между первым и вторым главными контактами, когда второй, по меньшей мере, один элемент в следующий раз находится в проводящем состоянии.