ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2012 года по МПК H01H33/59 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, выполненному с возможностью прерывания постоянных токов, превышающих 2500А, протекающих по первой токовой цепи, и передачи упомянутых постоянных токов на вторую цепь переменного тока. Упомянутое устройство содержит:

по меньшей мере, один прерыватель, предназначенный для установки в упомянутой первой токовой цепи и имеющий контакты, выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга от положения замыкания до положения размыкания прерывателя для отключения протекающего через него тока,

резонансный контур, подключенный параллельно с упомянутым прерывателем и содержащий конденсатор и индуктивное сопротивление, подключенные последовательно и выполненные с возможностью создания колебательного тока, который накладывается на упомянутый постоянный ток для создания перехода через нуль тока, протекающего через прерыватель, тем самым обеспечивая отключение этого тока при раздвигании упомянутых контактов, а также

разрядник для защиты от перенапряжений, подключенный параллельно с упомянутым резонансным контуром и выполненный с возможностью начала проводки тока, когда напряжение на упомянутом прерывателе достигает определенного значения при раздвигании упомянутых контактов друг от друга, и обеспечения проводки тока, пока упомянутый постоянный ток не будет коммутирован на упомянутую вторую цепь переменного тока, подключенную к упомянутой первой токовой цепи, как следствие присутствия упомянутого напряжения на упомянутом прерывателе в упомянутой первой токовой цепи.

Предшествующий уровень техники

В патенте EP 0740320 A2 раскрыт выключатель постоянного тока с тщательно подобранной индуктивностью резонансного контура, а емкость конденсатора имеет относительно меньшую величину. Для автопневматического газового выключателя с величиной прерывания постоянного тока 3500A значения индуктивности находятся в диапазоне от 175 до 470 мкГн, а для емкости - в диапазоне от 18,4 до 49,2 мкФ.

Такие устройства могут быть использованы и приспособлены к любому мыслимому применению, где необходимо отключать высокий постоянный ток, протекающий по первой токовой цепи, и передать постоянный ток на вторую цепь переменного тока, которая в основном, но не исключительно, задействуется при возникновении неисправности в установке, оборудовании или других подобных устройствах обработки или использовании постоянного тока величиной более 2500 А. Однако оно может, например, также быть использовано во время планового технического обслуживания. Чтобы прерыватель был в состоянии отключить подачу тока, важно, чтобы переход тока через нуль достигался за ограниченное время, в течение которого прерыватель может воздействовать на дугу, которая создается между его контактами при раздвигании их друг от друга. Таким образом, резонансный контур должен быть сконструирован так, чтобы амплитуды колебательного тока, накладывающегося на постоянный ток, было вполне достаточно для достижения упомянутого перехода через нуль.

Для пояснения, но никоим образом не ограничения, изобретения применение устройства такого типа, определенного во введении как так называемый выключатель в цепи обратного тока по металлическому проводнику в установке для передачи электроэнергии по линии электропередачи высокого напряжения на постоянном токе (HVDC), теперь будет кратко объяснено со ссылкой на фиг.1-3. Эта установка имеет две преобразовательные станции 100 и 101 с преобразователями или преобразовательными вентилями 102-105 для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и наоборот. Станции соединены между собой линией 106 напряжения постоянного тока с двумя полюсными проводниками 107 и 108. Линии переменного тока (AC), подключенные к каждой преобразовательной станции, не показаны. При нормальной эксплуатации установки постоянный ток протекает по одному полюсному проводнику 107 от станции 100 до станции 101 и затем возвращается на станцию 100 через полюсный проводник 108.

При возникновении неисправности на одном полюсе такой установки преобразователи этого полюса блокируют и останавливают полюсный ток. Тогда ток будет использовать землю в качестве цепи обратного тока, что показано на фиг. 2 для случая, когда возникла неисправность на полюсе полюсного проводника 108 или соединенного с ним оборудования. В данной заземленной цепи 111 обратного тока установлено устройство, тип которого определен во введении, как так называемый металлический выключатель 109 с обратной передачей. За прошедшее время соответствующая мощность HVDC выросла, так что для некоторых применений такой металлический выключатель с обратной передачей должен быть разработан для постоянных токов, превышающих 2500А, например порядка 4000А. Такой металлический выключатель с обратной передачей или устройство, приспособленное для отключения таких постоянных токов, выполнены с возможностью предотвращения наличия тока в земле в течение длительного времени и достижения коммутации тока от цепи обратного тока через землю на металлическую цепь 112 обратного тока, как показано на фиг. 3. Очень высокая индуктивность между двумя цепями затрудняет коммутацию.

В известных устройствах, отличающихся от типа, описанного во введении, тем, что они выполнены с возможностью отключения постоянных токов меньше 2500А, используется пассивный резонансный контур, т. е. резонансный контур, имеющий емкость и индуктивность и не использующий элементов управления. Такой пассивный резонансный контур привлекателен с точки зрения стоимости, а также простоты и надежности. Однако такие известные устройства с пассивным резонансным контуром не имеют никаких опций для устройств, приспособленных для отключения постоянных токов, превышающих 2500А, так как они не имели возможности создать упомянутый колебательный ток с амплитудой, достаточно высокой для обеспечения отключения таких больших токов. Вследствие этого известные устройства того типа, что описан во введении, имеют конструкцию, показанную на фиг.4. Такое устройство имеет прерыватель 1' и резонансный контур 2', соединенный параллельно с ним. Резонансный контур имеет емкость 3' и индуктивность в виде подключенного последовательно индуктивного элемента 4'. Резонансный контур является активным и имеет зарядное устройство 5' емкости для предварительной зарядки конденсатора 3', например, до 20 кВ. Резонансный контур также содержит так называемый замыкающий переключатель 6', соединенный последовательно с конденсатором и индуктивностью и выполненный с возможностью размыкания, когда прерыватель находится в замкнутом проводящем состоянии, и замыкания после определенной времени скорости дугового разряда прерывателя. Такой активный резонансный контур позволяет получить переход тока через нуль, необходимый для прерывания постоянных токов, превышающих 2500А, например порядка 4000А, протекающих через прерыватель.

Из работы А. Ли и др.: "Развитие элегазового выключателя в линиях электропередачи высокого напряжения на постоянном токе" (“The development of a HVDC SF6 breaker”), публикации Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), «Операции на энергетических аппаратах и системах» (IEEE ”Trans. on Power Apparatus and Systems”), т. PAS-104, № 10, октябрь 1985, стр. 2721-2729, известен выключатель в линиях HVDC для переключения токов до 2200А, который содержит прерыватель и подключенное параллельно с прерывателем последовательное соединение так называемого переключателя с емкостными вставками и параллельное соединение конденсатора с разрядником для защиты от перенапряжений.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, приспособленного для отключения постоянных токов, превышающих 2500A, того типа, что описан во введении, улучшенного в, по меньшей мере, некоторых аспектах относительно уже известных устройств.

Поставленная задача изобретения решается путем создания такого устройства, в котором отношение емкости в мкФ к индуктивности в мкГн упомянутого резонансного контура ≥1.

Это является совершенно новым подходом к разработке конструкции резонансного контура устройства такого типа, что дает большие преимущества. Известно, что в резонансном контуре устройства такого типа существует максимальная резонансная частота, выше которой прерыватель не может охладить дугу, образующуюся при достаточно быстром прерывании. Резонансная частота составляет . Для снижения затрат на конденсатор резонансного контура до настоящего момента усилия были сосредоточены на подборе достаточно высокой индуктивности L, чтобы оставаться ниже упомянутой максимальной резонансной частоты. Обычно это означало, что упомянутое отношение емкости в мкФ к индуктивности в мкГн составляло порядка 1/3. Однако авторы изобретения посчитали, что существенно увеличенное значение этого отношения является очень благоприятным. Амплитуда упомянутого колебательного тока, созданного упомянутым резонансным контуром, на самом деле пропорциональна (C/L)^1/2, так что при увеличении этого отношения будет легче прерывать большие токи. Кроме того, скорость нарастания переходного восстанавливающегося напряжения в прерывателе пропорциональна 1/C, так что бόльшая величина емкости снизит скорость нарастания восстанавливающегося напряжения для данного постоянного тока. Эти два свойства, которые важны для отключения больших токов, сочетаются также с уменьшающим воздействием увеличенной емкости резонансного контура на его резонансную частоту.

Это фактически означает, что устройство согласно изобретению может быть использовано для прерывания постоянных токов, существенно больших, чем это могут выполнить известные устройства, имеющие пассивный резонансный контур, так что такое устройство может быть выполнено с возможностью отключения постоянных токов, превышающих 2500А.

Согласно варианту осуществления изобретения упомянутое отношение ≥2. Оказалось, что отношение более 2 является очень благоприятным для устройства такого типа и позволяет надежно отключать токи, превышающие 2500А, например порядка 5000А, без необходимости использовать какой-либо активный резонансный контур того типа, что описан выше. Таким образом, согласно другому варианту осуществления, отношение может быть ≤8 и, в частности, иметь величину между 2 и 8. Отношение выше 8 может сделать конденсатор слишком дорогостоящим и при этом приводить к избыточной отключающей способности тока.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутое отношение имеет величину между 3 и 5, предпочтительно между 2,5 и 3,5, что приводит к благоприятному сочетанию эксплуатационных свойств и стоимости устройства этого типа.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутая индуктивность резонансного контура определяется исключительно собственной индуктивностью проводника, используемого для соединения упомянутой емкости параллельно с упомянутым прерывателем. Подбор большой величины отношения емкости к индуктивности в резонансном контуре устройства согласно настоящему изобретению позволяет использовать только собственную индуктивность упомянутого проводника в качестве индуктивности резонансного контура, что позволяет экономить на расходах на отдельный индуктор. Это также дает возможность получить большую амплитуду упомянутого колебательного тока без чрезмерного увеличения емкости, так как эта амплитуда будет возрастать с уменьшением индуктивности.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, индуктивность резонансного контура имеет величины между 5 и 35 мкГн или между 15 и 25 мкГн, что является благоприятными значениями для индуктивности упомянутого резонансного контура для получения упомянутого отношения согласно изобретению. Они также представляют собой величины индуктивности, которые могут быть получены собственной индуктивностью упомянутого проводника. Собственная индуктивность проводника в резонансных контурах этого типа, как правило, составляет около 1 мкГн на метр проводника, и такой проводник обычно имеет длину, приводящую к собственной индуктивности проводника в этих пределах.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, емкость резонансного контура находится 40 между 80 мкФ или находится между 50 и 70 мкФ. Выяснилось, что емкость в этих пределах будет достаточно большой для достижения снижения скорости нарастания упомянутого восстанавливающегося напряжения для данного постоянного тока, направленного на получение и по-прежнему обеспечивающего достижение его упомянутого благоприятного отношения к индуктивности резонансного контура для обеспечения отключения больших постоянных токов благодаря высокой амплитуде упомянутого колебательного тока, наложенного на постоянный ток. Затраты на конденсатор или конденсаторную батарею с такой емкостью будут также оставаться во вполне допустимых пределах.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутая индуктивность резонансного контура находится между 15 и 25 мкГн, а упомянутое отношение между 2,5 и 3,5. Это приводит к обеспечению преимущественных характеристик устройства согласно изобретению, что понятно из вышеизложенного.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутый резонансный контур является совершенно пассивным. Подбор упомянутого отношения емкости к индуктивности резонансного контура устройства согласно настоящему изобретению позволяет разработать совершенно пассивную конструкцию упомянутого резонансного контура и все еще иметь возможность достигать надежного отключения больших постоянных токов посредством прерывателя и передавать их на упомянутую вторую цепь переменного тока.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, устройство имеет только один упомянутый прерыватель, соединенный параллельно с упомянутым резонансным контуром. "Один прерыватель" в данном контексте означает прерыватель, имеющий только одну дуговую камеру, в которой при прерывании создается дуга. Такой простой экономный прерыватель может быть использован в большинстве применений для надежного прерывания постоянных токов, достигающих около 5000А.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, устройство имеет два или более упомянутых соединенных последовательно прерывателей, а последовательное соединение упомянутых прерывателей соединено параллельно с упомянутым резонансным контуром. "Два или более упомянутых подключенных последовательно прерывателей" относятся к случаю применения двух отдельных соединенных последовательно прерывателей, но также и к прерывателю, имеющему множество соединенных последовательно камер, так что при прерывании может создаваться множество дуг, соединенных последовательно. Этот вариант осуществления является более дорогостоящим, чем вариант осуществления с только одним прерывателем, но это приводит к более высокому общему напряжению дуги, большей вероятности осуществления этапа создания напряжения, запускающего колебания и повышению электрической прочности на стадии переходного восстанавливающегося напряжения прерывателя. Это также означает, что инициирование колебаний накладывающегося тока может быть более эффективным, так что переход через нуль этого тока может быть достигнут при использовании меньшей емкости, чем только с одним прерывателем.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, упомянутый резонансный контур содержит переключатель, подключенный последовательно с упомянутым конденсатором и упомянутой индуктивностью и выполненный с возможностью размыкания, когда упомянутый прерыватель находится в замкнутом проводящем состоянии, при этом устройство дополнительно содержит средство для управления замыканием упомянутого переключателя и соответственно замыканием упомянутого резонансного контура с задержкой относительно упомянутого размыкания упомянутого прерывателя. Соответственно, этот вариант осуществления имеет активный резонансный контур, но без зарядного устройства конденсатора, и он может быть использован для отключения очень больших токов, например, порядка 7000А. Путем синхронизации работы замыкающего переключателя с целью замыкания с определенной задержкой по отношению к размыканию прерывателя можно создать достаточно хорошо определенную стадию напряжения, эффективно инициирующую колебательния тока.

Изобретение также относится к использованию устройства согласно настоящему изобретению для отключения постоянного тока I, в котором 2500А≤I≤7000А, предпочтительно для I≥4500А. Преимущества такого использования ясно видны из сказанного выше относительно устройств согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.

Изобретение также относится к установке для передачи электроэнергии через линии электропередачи высокого напряжения на постоянном токе (HVDC), имеющие, по меньшей мере, одну преобразовательную станцию, оснащенную устройством согласно настоящему изобретению для коммутации постоянного тока, протекающего по упомянутой первой токовой цепи из упомянутой установки в ее вторую цепь переменного тока. Это составляет предпочтительное применение устройства согласно настоящему изобретению. Таким образом, особенно предпочтительным является размещение упомянутого устройства в установке с двухполюсной линией постоянного тока, соединяющей две ее упомянутые преобразовательные станции, и размещение устройства в цепи возврата тока через землю, используемой упомянутым постоянным током при возникновении неисправности в соединительной цепи одного из двух полюсов линии постоянного тока и для коммутации постоянного тока через металлический выключатель с обратной передачей между упомянутыми станциями.

Дополнительные преимущества и предпочтительные признаки настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Со ссылкой на прилагаемые чертежи, ниже следует конкретное описание вариантов осуществления изобретения, приводимых в качестве примеров.

На чертежах:

Фиг. 1-3 изображают упрощенные виды, иллюстрирующие возможное применение устройства согласно настоящему изобретению;

Фиг. 4 изображает упрощенный вид устройства в соответствии с предшествующим уровнем техники;

Фиг. 5-7 изображают виды устройств, подобные тому, что показано на фиг. 4 согласно первому, второму и третьему соответственно вариантам осуществления настоящего изобретения,

Фиг. 8-11 изображают упрощенные виды, иллюстрирующие работу устройства согласно настоящему изобретению при отключении постоянного тока, протекающего по первой токовой цепи, и передаче этого тока во вторую цепь переменного тока;

Фиг. 12 изображает диаграмму колебательного тока, созданного в резонансном контуре устройства согласно настоящему изобретению в зависимости от времени для резонансных контуров с фиксированной емкостью и различными величинами индуктивности,

Фиг. 13 изображает диаграмму колебательного тока, созданного в резонансном контуре устройства согласно настоящему изобретению в зависимости от времени для резонансных контуров с фиксированной резонансной частотой, но с переменными величинами емкости и индуктивности, и

Фиг. 14 изображает диаграмму отношения индуктивности к емкости для фиксированной максимальной резонансной частоты, показывающую область, внутри которой может производиться выбор емкостей и индуктивностей резонансного контура в устройстве согласно настоящему изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

Фиг. 5 изображает устройство в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащее один одинарный прерыватель 1, установленный в первой токовой цепи 8 и имеющий контакты 9 и 10, подвижные по отношению друг к другу от положения замыкания до положения размыкания прерывателя для отключения протекающего через него тока. Устройство имеет также резонансный контур 2, соединенный параллельно с прерывателем и содержащий конденсатор 3 и индуктивность 4, сформированный исключительно собственной индуктивностью проводника 11, используемого для соединения конденсатора параллельно с прерывателем. Последовательное соединение конденсатора и индуктивности выполнено с возможностью создания колебательного тока, накладывающегося на постоянный ток через прерыватель для отключения на переходе тока через нуль в прерывателе, обеспечивая отключение этого тока при раздвигании контактов 9 и 10. Устройство имеет также разрядник 7 для защиты от перенапряжений, подключенный параллельно с резонансным контуром и выполненный с возможностью начала проводки тока при достижении напряжением на прерывателе 1 определенного значения при перемещении контактов 9 и 10 друг от друга и обеспечения проводки постоянного тока при коммутации на вторую цепь переменного тока, как описано ниже со ссылкой на фиг. 8-11. Эта коммутация имеет место вследствие наличия упомянутого напряжения на прерывателе в упомянутой первой токовой цепи. Разрядник для защиты от перенапряжений выполнен с возможностью начала проводки при напряжении ниже номинального напряжения прерывателя, например, около 50-200 кВ для прерывателя с номинальным напряжением 245 кВ.

Примером возможного прерывателя является элегазовый выключатель на 145 кВ и 245 кВ, выполненный по автопневматической технологии. Прерыватель предпочтительно имеет номинал, превышающий 100 кВ, например, находящийся в диапазоне 100 - 500 кВ.

Соответственно, устройство, показанное на фиг. 5 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, имеет только пассивный резонансный контур, действующий путем выбора отношения его емкости в мкФ к индуктивности в мкГн, величина которого ≥1, способный осуществить отключение токов, превышающих 2500А. Имеется только один блок 12 управления для управления размыканием прерывателя, происходящим при возникновении какого-либо события, например неисправности, что делает его необходимым или просто желательным.

Фиг. 6 изображает устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, отличающееся от варианта осуществления, показанного на фиг. 5, только последовательным соединением двух прерывателей 1а и 1b. Это последовательное соединение следует рассматривать как последовательное соединение двух дуг, образующихся при разделении двух пар контактов при отключении тока. Таким образом, речь может идти о двух отдельных прерывателях, соединенных последовательно, или прерывателе, снабженном двумя камерами с последовательно соединенными контактами. Этот вариант осуществления приводит к более высокому напряжению дуги, большей вероятности осуществления этапа создания напряжения, запускающего колебательние тока, и повышению электрической прочности на стадии переходного восстанавливающегося напряжения относительно варианта осуществления, показанного на фиг. 5. Последовательное соединение всего устройства также может быть возможным, равно как и последовательное соединение, показанное на фиг. 6.

Третий вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению представлен на фиг. 7 и он отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 5, тем, что резонансный контур содержит переключатель 6, соединенный последовательно с конденсатором и индуктивностью и выполненный с возможностью размыкания, когда прерыватель находится в замкнутом проводящем состоянии. Блок 12 управления приспособлен для управления переключателя 6 для замыкания и, таким образом, замыкания резонансного контура с задержкой, например, 15 мс после размыкания контактов во время размыкания прерывателя. Это дает возможность создать достаточно хорошо определенный этап напряжения, эффективно инициирующий колебательние тока в резонансном контуре. Следует отметить, что вариант осуществления, показанный на фиг. 7, может, конечно, иметь более одного прерывателя или дуг, возникающих при размыкании последовательных соединений.

Последовательность отключения постоянного тока, протекающего по первой токовой цепи через прерыватель в устройстве согласно настоящему изобретению, и передачи этого постоянного тока во вторую цепь переменного тока теперь будет объяснена со ссылками на фиг. 8-11 и при допущении, что это устройство образует металлический выключатель с обратной передачей в установке, как показано на фиг. 1-3.

Фиг. 8 изображает, как ток течет через прерыватель и индуктивность 110 заземленной цепи 111, когда контакты прерывателя замкнуты, и возникла неисправность, как показано на фиг. 2. С момента начала размыкания прерывателем в резонансном контуре возникает колебательный ток, накладывающийся на постоянный ток посредством прерывателя. Амплитуда инжектированного колебательного тока должна быть выше, чем постоянный ток, для получения перехода через нуль объединенного тока. Инжектированный колебательный ток может быть рассчитан с использованием нижеприведенного выражения, если не учитывать потери:

(1)

в котором

(2)

в котором ω - угловая резонансная частота, L - индуктивность резонансного контура, С - емкость конденсатора и U_arc - напряжение дуги.

Таким образом, при повышении величины отношения С к L амплитуда упомянутого тока увеличится.

Для достижения перехода тока через нуль инжектированный колебательный ток I_inject должен быть больше, чем постоянный ток I_dc на прерывателе, т.е.

Таким образом, было установлено, что высокий скачок напряжения дуги U_arc и сочетание "большой" емкости и "малой" индуктивности являются ключевыми параметрами для отключения больших постоянных токов.

Кроме того, резонансная частота колебательного тока или производная по времени колебательного тока должны быть достаточно низкими по отношению к тепловой постоянной времени дуги для успешного прерывания тока. Это означает, что максимальная резонансная частота будет накладывать ограничения при подборе емкости и индуктивности для параллельного резонансного контура. У предшествующих конструкций резонансная частота находилась в диапазоне 4-5 кГц.

Следующим подлежащим рассмотрению явлением будет скорость нарастания восстанавливающегося напряжения, возникающего при размыкании контактов прерывателя. Скорость нарастания для переходного восстанавливающегося напряжения должна быть рассмотрена для предотвращения пробоя. Нижеприведенное уравнение (4) приводит скорость нарастания восстанавливающегося напряжения U_TRV в зависимости от постоянного тока I_dc и емкости С параллельного резонансного контура:

Это означает, что "большая" емкость снижает скорость нарастания восстанавливающегося напряжения для данного постоянного тока.

В состоянии, показанном на фиг. 9, постоянный ток будет заряжать конденсатор, и напряжение на конденсаторе и прерывателе будет возрастать. Когда напряжение на прерывателе растет, ток через индуктивность новой цепи медленно увеличивается. Напряжение на прерывателе увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут защитный уровень напряжения разрядника 7 для защиты от перенапряжений. Затем напряжение на прерывателе поддерживается постоянным и равным напряжению разрядника для защиты от перенапряжений до тех пор, пока постоянный ток не будет коммутирован на металлическую цепь 112 обратного тока, как показано на фиг. 11, как следствие присутствия напряжения на разряднике для защиты от перенапряжений и в силу этого на прерывателе в упомянутой первой токовой цепи. Время от прерывания на переходе тока через нуль до начала проводки разрядником для защиты от перенапряжений, как правило, может быть порядка 1 мс, а время, за которое разрядник для защиты от перенапряжений осуществляет проводку, как правило, может быть порядка 100 мс. Проводилось компьютерное моделирование для изучения влияния емкости и индуктивности резонансного контура в устройстве согласно варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг. 5.

Сначала были проведены три компьютерных моделирования с различными величинами индуктивности, но с одинаковой величиной емкости для постоянного тока силой 3кА. Величины емкости и индуктивности были следующими:

С=20 мкФ

L1=15 мкГн

L2=60 мкГн

L3=120 мкГн

Диаграмма на фиг. 12 изображает ток I через прерыватель в зависимости от времени для этих трех случаев. Видно, что увеличение индуктивности уменьшает резонансную частоту, но время до перехода через нуль увеличивается.

Соответствующие моделирования для постоянной индуктивности и различных величин емкости показывают, что большая величина емкости обеспечивает более быстрое прерывание тока и наиболее низкую резонансную частоту, так как большая величина емкости позволяет улучшить два важных свойства, а именно нижнюю резонансную частоту и большую амплитуду колебательного тока.

Были проведены три моделирования с различными величинами емкости и индуктивности, но с одинаковой резонансной частотой для постоянного тока силой 3кА в соответствии со следующими величинами:

C1=20 мкФ и L1=60 мкГн

C2=40 мкФ и L2=30 мкГн

C3=60 мкФ и L3=20 мкГн

Таким образом, резонансная частота поддерживается постоянной.

Фиг. 13 изображает диаграмму постоянного тока с наложенным колебательным током в зависимости от времени для этих трех случаев. Показано, как более быстрый ток прерывания достигается в случае с большей величиной емкости.

Таким образом, можно сделать вывод, что целесообразно иметь большую величину отношения емкости к индуктивности резонансного контура для получения большой амплитуды колебательного тока и большую величину емкости для ограничения скорости нарастания восстанавливающегося напряжения для предотвращения пробоя после прерывания.

Фиг. 14 изображает, как индуктивность и емкость резонансного контура в устройстве согласно настоящему изобретению могут быть выбраны для получения требуемых свойств устройства согласно изобретению. Индуктивность L показана в зависимости от емкости С, а линия А соответствует максимальной резонансной частоте 4,5 кГц. Соответственно, более низкие частоты находятся путем сочетания емкости и индуктивности выше этой линии А. Кроме того, амплитуда упомянутого колебательного тока задается отношением емкости к индуктивности, которое согласно настоящему изобретению должно составлять по меньшей мере 1. Прямая линия В соответствует такому отношению, равному 1. Это означает, что два требования по амплитуде и частоте колебательного тока приводят к образованию возможной области G, заштрихованной на фиг. 14 для обозначения сочетаний емкости и индуктивности.

Разумеется, изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, но дает много возможностей для его модификаций, очевидных для специалиста в данной области техники в пределах объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Задержка замыкания переключателя в варианте осуществления в соответствии с фиг. 7 может в любом случае рассматриваться как допустимая, например, при величине задержки 5 мс или 10 мс.

Выключатель имеет резонансный контур (2), соединенный параллельно с прерывателем (1), и разрядник (7) для защиты от перенапряжений, соединенный параллельно с резонансным контуром. Резонансный контур имеет последовательно соединенные конденсатор (3) и индуктивность (4). Отношение емкости в мкФ к индуктивности в мкГн резонансного контура ≥1. Технический результат - возможность отключения постоянных токов, превышающих 2500А. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство, выполненное с возможностью отключения постоянных токов, превышающих 2500 А, протекающих по первой токовой цепи, и передачи упомянутых постоянных токов в альтернативную вторую токовую цепь, содержащее:
по меньшей мере, один прерыватель (1), установленный в упомянутой первой токовой цепи и имеющий контакты (9, 10), выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга из положения замыкания в положение размыкания прерывателя для отключения протекающего через него тока,
резонансный контур (2), соединенный параллельно с упомянутым прерывателем и содержащий конденсатор (3) и индуктивность (4), соединенные последовательно и выполненные с возможностью создания колебательного тока, накладываемого на упомянутый постоянный ток для создания перехода через нуль тока, протекающего через прерыватель, тем самым обеспечивая отключение этого тока при раздвигании упомянутых контактов, и
разрядник (7) для защиты от перенапряжений, соединенный параллельно с упомянутым резонансным контуром (2) и выполненный с возможностью начинать проводить, когда напряжение на упомянутом прерывателе (1) достигает определенного значения при раздвигании упомянутых контактов, и проводить до тех пор, пока упомянутый постоянный ток не будет коммутирован на упомянутую альтернативную вторую токовую цепь, соединенную с упомянутой первой токовой цепью, как следствие присутствия упомянутого напряжения на упомянутом прерывателе в упомянутой первой токовой цепи,
отличающееся тем, что отношение емкости в мкФ к индуктивности в мкГн упомянутого резонансного контура ≥1.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое отношение ≥2.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что упомянутое отношение ≤8 и предпочтительно находится между 2 и 8.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое отношение находится между 3 и 6, предпочтительно между 2,5 и 3,5.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая индуктивность (4) упомянутого резонансного контура (2) образована исключительно собственной индуктивностью проводника (11), использованного для соединения упомянутого конденсатора параллельно с упомянутым прерывателем.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая индуктивность (4) упомянутого резонансного контура находится между 5 и 35 мкГн или между 15 и 25 мкГн.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость (3) резонансного контура находится между 40 и 80 мкФ или между 50 и 70 мкФ.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая индуктивность (4) резонансного контура находится между 15 и 25 мкГн, а упомянутое отношение находится между 2,5 и 3,5.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый резонансный контур (2) является исключительно пассивным.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет только один упомянутый прерыватель (1), соединенный параллельно с упомянутым резонансным контуром (2).

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет два или более упомянутых прерывателя (1a, 1b), соединенных последовательно, и тем, что последовательное соединение упомянутых прерывателей соединено параллельно с упомянутым резонансным контуром (2).

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый резонансный контур содержит переключатель (6), соединенный последовательно с упомянутым конденсатором (3) и упомянутой индуктивностью (4) и выполненный с возможностью размыкания, когда упомянутый прерыватель (1) находится в замкнутом проводящем состоянии, и тем, что устройство дополнительно содержит средство (12), выполненное с возможностью управления упомянутым переключателем для его замыкания и тем самым замыкания упомянутого резонансного контура с задержкой относительно упомянутого размыкания упомянутого прерывателя.

13. Применение устройства по любому из пп.1-12 для отключения постоянного тока I, в котором 2500А≤I≤7000 А, предпочтительно для I≥4500 А.

14. Установка для передачи электроэнергии через линию электропередачи высокого напряжения на постоянном токе (HVDC), имеющую на по меньшей мере одной своей преобразовательной подстанции (100, 101) устройство (109) по любому из пп.1-12 для коммутации постоянного тока, протекающего по первой токовой цепи (111) упомянутой установки, на ее альтернативную вторую токовую цепь (112).

15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что упомянутая установка имеет двухполюсную линию постоянного тока, соединяющую ее две упомянутые преобразовательные подстанции (100, 101), и что упомянутое устройство установлено в цепи (111) возврата тока через землю, используемой упомянутым постоянным током при неисправности связи с одним из двух полюсов (107, 108) линии постоянного тока, и для коммутации упомянутого постоянного тока для протекания через металлическую цепь (112) возврата тока между упомянутыми подстанциями.