УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01R31/327 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к автоматическим выключателям для использования со средним и высоким напряжением, в частности, для измерения, с целью контроля, абляции контактов автоматических выключателей среднего и высокого напряжения.

Предшествующий уровень техники

Автоматические выключатели используются для переключения электрических соединений, предназначенных для подачи, выработки, распределения и передачи электрической энергии.

При работе автоматических выключателей, предназначенных для прерывания сильных токов, образуется электрическая дуга, которая приводит к абляции (разрушению и уносу материала) контактных областей автоматического выключателя. Следовательно, типичные высоковольтные автоматические выключатели имеют пару дугогасительных контактов и пару главных контактов, которые замыкаются или размыкаются с задержкой при срабатывании автоматического выключателя. В полностью замкнутом состоянии дугогасительный и главный контакт электрически соединены параллельно. В то время как пара главных контактов обеспечивает очень низкий импеданс в замкнутом состоянии, пара дугогасительных контактов проявляет более высокий импеданс в замкнутом состоянии, но при этом может выдерживать электрические дуги. В разомкнутом состоянии области дугогасительных контактов пары дугогасительных контактов обычно располагаются на расстоянии друг от друга ближе, чем области главных контактов пары главных контактов. Следовательно, при замыкании автоматического выключателя сначала контактируют друг с другом области дугогасительных контактов для того, чтобы сначала подавать ток во время замыкания автоматического выключателя и принимать на себя электрическую дугу, в то время как области главных контактов контактируют друг с другом после задержки во времени. С другой стороны, при размыкании автоматического выключателя области главных контактов отделяются раньше областей дугогасительных контактов для того, чтобы ограничить электрические дуги на дугогасительном контакте.

Вследствие образования электрической дуги при операциях переключения высокого напряжения/сильного тока, то есть при размыкании (и возможно при замыкании) автоматического выключателя, области дугогасительных контактов подвергаются абляции, которая физически уменьшает их длину или приводит к образованию выемок в системе контактов в результате абляции. Это уменьшение длины приводит к уменьшению разности между расстояниями областей дугогасительных контактов и областей главных контактов.

Перекрытие при размыкании, которое определяется как время между размыканием главного контакта и размыканием дугогасительного контакта, будет также уменьшаться в зависимости от длины областей дугогасительных контактов. Это повышает риск образования электрической дуги между областями главных контактов, что приводит к повреждению или разрушению автоматического выключателя.

Для того чтобы обеспечить постоянную надежную работу автоматического выключателя, уровень абляции дугогасительных контактов обычно отслеживается путем измерения в качестве времени перекрытия временного интервала между моментами времени соединения или разъединения пары дугогасительных контактов и пары главных контактов, соответственно. Так как для размыкания и замыкания пары контактов автоматического выключателя применяется постоянная скорость перемещения, разность между моментами времени контактирования пар контактов непосредственно связана с длиной контактов при абляции. Контроль времени перекрытия в качестве критического параметра позволяет обеспечить информацию относительно уровня абляции пары дугогасительных контактов.

В документе US 6850072 В1 раскрыто устройство для анализа состояния высоковольтных автоматических выключателей. Для анализа уровня абляции контактов автоматического выключателя каждый из контактов автоматического выключателя электрически соединяется с землей, тестовое напряжение подается на контакт автоматического выключателя, измеряется выходной сигнал напряжения, изменяется состояние пары контактов автоматического выключателя и обнаруживается ступенчатое изменение выходного напряжения, которое соответствует изменению состояния автоматического выключателя.

В документе US 6963203 В2 раскрыт способ анализа пары электрических контактов в автоматическом выключателе. Способ включает в себя этапы электрического подсоединения контакта к электрической земле, прикладывания тестового напряжения параллельно паре контактов и измерения времени между первым замыканием пары контактов и первым размыканием пары контактов с использованием тестового напряжения, а также определения временной синхронизации пары контактов на основании операции временной синхронизации работы пары контактов.

В указанных выше документах предложен способ и устройство для обнаружения уровня абляции контактов высоковольтного автоматического выключателя. Однако анализ автоматического выключателя нельзя выполнить в реальном времени, так как оба контакта автоматического выключателя необходимо заземлять перед выполнением измерения.

В документе US 2012081124 A1 раскрыта система для контроля физического состояния переключателя постоянного тока путем подачи переходного сигнала через соединительные элементы, которые обеспечивают гальваническую развязку. Соединительные элементы изолированы от потенциала переключателя.

В документе DE 20 2007018709 U1 описана система для контроля износа контактов автоматического выключателя с двумя контактными системами. Оценка состояния автоматического выключателя производится относительно временного интервала между замыканием или размыканием этих двух контактных систем. Датчики тока или напряжения используются для измерения сигналов напряжения или тока при включении/выключении.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить устройство для контроля в реальном времени уровня абляции контактных областей пары дугогасительных контактов автоматического выключателя, которое позволило бы анализировать состояние автоматического выключателя во время нормальной работы автоматического выключателя.

Сущность изобретения

Эта задача была решена с помощью устройства для контроля состояния автоматического выключателя по п. 1 формулы изобретения и с помощью системы по другим независимым пунктам формулы изобретения.

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретение раскрыты в зависимых подпунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту выполнено устройство для контроля состояния автоматического выключателя, содержащее:

- блок подачи для подачи тестового сигнала на первый контакт автоматического выключателя;

- блок обнаружения для обнаружения результирующего тестового сигнала на втором контакте автоматического выключателя;

- первое средство связи для подачи тестового сигнала, предоставленного блоком подачи, в первый контакт; и

- второе средство связи для связи блока обнаружения со вторым контактом с целью приема результирующего тестового сигнала,

причем по меньшей мере одно из первого и второго средств связи обеспечивает гальваническую развязку с первым и вторым контактами. Устройство характеризуется тем, что первое средство связи подключено между первым контактом и землей, и второе средство связи можно подключить между вторым контактом и землей.

Области главных контактов выполнены с возможностью обеспечения очень низкого импеданса в замкнутом состоянии. Для выполнения нормальной операции размыкания автоматического выключателя области дугогасительных контактов пары дугогасительных контактов и области главных контактов пары главных контактов отделяются друг от друга в различные моменты времени или отсчеты времени. Области главных контактов сначала отделяются друг от друга таким образом, чтобы только пара дугогасительных контактов оставалась подсоединенной. После дополнительной задержки и вследствие раздельного перемещения областей дугогасительных контактов относительно друг друга пара дугогасительных контактов отсоединяется друг от друга. В этот момент времени может зажечься электрическая дуга, обеспечивающая протекание постоянного тока; причем, когда электрический ток достигает нулевых значений (каждые 10 мс при 50 Гц), электрическая дуга может гаснуть сама по себе, или ее можно погасить принудительным образом. Чем больше ток отключения, тем больше энергии содержится в электрической дуге. Однако пара дугогасительных контактов сконструирована/выполнена с возможностью выдерживать электрические дуги и таким образом проявляет относительно более высокий импеданс (по существу выше, чем импеданс областей главных контактов в замкнутом состоянии).

Для выполнения нормальной операции замыкания отсчеты времени имеют обратный порядок по сравнению с описанной операцией размыкания. Кроме того, возникновение электрической дуги может затем привести к электрическому пробою изоляционной среды внутри гасительной камеры, так как области дугогасительных контактов с различными потенциалами напряжения перемещаются навстречу друг к другу. Электрические дуги, которые возникли во время операций замыкания, содержат гораздо меньше энергии, чем электрические дуги, которые возникли во время операций размыкания и, таким образом, вызывают лишь незначительную абляцию дугогасительного контакта.

Цель такой конфигурации с двухпозиционным переключением состоит в том, чтобы защитить пару главных контактов с низким импедансом от воздействия электрической дуги, которая может быть вызвана прерыванием большого тока. Размыкание (соответственно, замыкание) пары дугогасительных контактов после (соответственно, перед) размыканием/замыканием пары главных контактов приведет к возникновению электрической дуги между областями дугогасительных контактов. Если они сильно разрушены, электрическая дуга может оказывать влияние на главный контакт.

В отличие от областей главных контактов, области дугогасительных контактов сконструированы таким образом, чтобы они лучше выдерживали воздействие электрической дуги и дополнительно подвергались абляции управляемым образом. Более того, области дугогасительных контактов можно заменять сразу же после их разрушения вплоть до специфического уровня.

Чтобы обнаружить уровень абляции контактов такого автоматического выключателя необходимо контролировать состояние автоматического выключателя. Основной критерий состоит в том, что в операции размыкания время перекрытия было достаточно высоким. Минимальное время перекрытия предварительно устанавливается таким образом, чтобы электрическая дуга не могла возникнуть между областями главных контактов. Если области дугогасительных контактов сильно разрушены, так как произошла слишком большой абляции материала контакта, расстояние между областями главных контактов является слишком коротким в момент времени, когда разделяются дугогасительные контакты. Если это так, то электрическая дуга может касаться областей главных контактов. Такая ситуация может повредить автоматический выключатель, и, таким образом, области дугогасительных контактов следует заменять заранее.

Так как операции размыкания создают очень сильные электрические помехи из-за большой энергии электрической дуги, предпочтительно, чтобы измерение отсчетов времени проводилось во время операций замыкания. Отсчеты времени операций замыкания фактически связаны с отсчетами времени операций размыкания. Однако технологии измерения являются аналогичными для обоих типов операций, поэтому в дальнейшем тексте описание будет ограничено замыканием.

Одним надежным способом контроля такого автоматического выключателя является измерение временной задержки между замыканием пары дугогасительных контактов и замыканием пары главных контактов или, соответственно, между размыканием главных контактов и размыканием дугогасительных контактов. Предполагая, что скорость переключения, то есть скорость, при которой области контактов перемещаются навстречу друг другу или отделяются друг от друга, будет в основном постоянной, время между изменением состояния, то есть замыканием или размыканием, пары дугогасительных контактов и изменением состояния, то есть замыканием или размыканием, пары главных контактов дает хорошее представление относительно разрушения/сокращения/эрозии областей дугогасительных контактов.

Для того чтобы обнаружить замыкание/размыкание пары дугогасительных контактов и замыкание/размыкание пары главных контактов, используется переходный тестовый сигнал, который подается на первый контакт автоматического выключателя и обнаруживается на втором контакте автоматического выключателя. Переходный тестовый сигнал может предпочтительно соответствовать периодическому сигналу, например, синусоидальному сигналу с заданной частотой. Частота может изменяться в зависимости от времени, и форма сигнала может представлять собой более сложный сигнал переменного тока (например, сигнал прямоугольной формы, сигнал треугольной формы, шумовой сигнал, модулированный сигнал и т.д.) и также может изменяться в зависимости от времени. Вследствие ступенчатой характеристики импеданса процесса переключения автоматического выключателя, подаваемый переходный тестовый сигнал можно обнаружить с различными амплитудами после его прохождения через автоматический выключатель, причем амплитуда и изменения амплитуды зависят от состояний пар дугогасительных контактов и пар главных контактов. Другими словами, обнаруженный сигнал является амплитудно-модулированным в зависимости от динамического импеданса автоматического выключателя, который изменяется в зависимости от состояния переключения автоматического выключателя.

Чтобы обеспечить подачу и обнаружение переходного тестового сигнала, в то время как автоматический выключатель находится в нормальном рабочем состоянии, предусмотрены гальванически развязанные электрические связи между блоком подачи тестового сигнала и первым контактом автоматического выключателя и между блоком обнаружения тестового сигнала и вторым контактом автоматического выключателя. В этом случае преимущество состоит в том, что контроль автоматического выключателя можно осуществлять в реальном времени, тем самым избегая простоев высоковольтной системы.

Кроме того, первое средство связи может содержать элемент емкостной связи, включающий в себя емкость, соединяющую блок подачи с первым контактом для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт.

В качестве альтернативы, можно предусмотреть, чтобы первое средство связи содержало первый трансформатор в линии с первым конденсатором защиты от перенапряжений, то есть конденсатором, подсоединенным между линией электроснабжения и землей, причем блок подачи подсоединен к первому трансформатору для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт.

Более того, второе средство связи может содержать элемент емкостной связи, включающий в себя конденсатор, соединяющий блок обнаружения со вторым контактом для приема результирующего тестового сигнала от второго контакта.

В качестве альтернативы, второе средство связи может содержать второй трансформатор в линии со вторым конденсатором защиты от перенапряжений, причем блок обнаружения соединен со вторым трансформатором для приема тестового сигнала от второго контакта.

Согласно варианту осуществления блок подачи может дополнительно содержать первый пиковый индуктор (катушка индуктивности контура компенсации), причем частота подаваемого тестового сигнала соответствует частоте, которая отличается не более чем на 10% от резонансной частоты, которая определяется индуктивностью первого пикового индуктора и индуктивностью и емкостью первого средства связи.

В частности, блок обнаружения может дополнительно содержать второй пиковый индуктор, причем резонансная частота, которая определяется индуктивностью второго пикового индуктора и индуктивностью и емкостью второго средства связи соответствует частоте, которая отличается не более чем на 10% от резонансной частоты, которая определяется индуктивностью первого пикового индуктора и индуктивностью и емкостью первого средства связи.

Можно предусмотреть, чтобы блок управления был выполнен с возможностью приема показаний относительно первого времени замыкания или размыкания главной (первой) пары контактов и второго времени замыкания или размыкания дугогасительной (второй) пары контактов для определения временной задержки между первым и вторым временем замыкания или между первым и вторым временем размыкания и сигнализации о неисправном или небезопасном состоянии автоматического выключателя в зависимости от определенной временной задержки. Показание относительно первого времени замыкания или размыкания главной (первой) пары контактов может представлять собой начальный момент времени в зависимости от временной синхронизации пускового сигнала, выдающего команду на переключение автоматического выключателя. Другими словами, начальный момент времени относится к контакту, который размыкается первым или замыкается последним после подачи команды на переключение.

Согласно дополнительному аспекту система содержит автоматический выключатель, имеющий первый контакт и второй контакт, и вышеупомянутое устройство.

Более того, первый контакт может иметь первую область главного контакта и первую область дугогасительного контакта, и второй контакт может иметь вторую область главного контакта и вторую область дугогасительного контакта, причем первая и вторая области главных контактов образуют пару главных контактов, имеющую более низкий первый импеданс в замкнутом состоянии, и первая и вторая области дугогасительных контактов образуют пару дугогасительных контактов, имеющую более высокий второй импеданс в замкнутом состоянии, причем при замыкании пара дугогасительных контактов автоматического выключателя замыкается первой, и при размыкании автоматического выключателя пара главных контактов размыкается первой.

Согласно другому аспекту предложен способ измерения состояния автоматического выключателя с использованием вышеупомянутого устройства, в котором предусматриваются показания, касающиеся первого времени замыкания или размыкания главной (первой) пары контактов автоматического выключателя и второго времени замыкания или, соответственно, размыкания дугогасительной (второй) пары контактов автоматического выключателя. Определяется временная задержка между первым временем и вторым временем, и обеспечивается сигнализация относительно неисправного состояния автоматического выключателя в зависимости от определенной временной задержки. Переходной тестовый сигнал подается на первый контакт, и тестовый сигнал обнаруживается на втором контакте, в то время как по меньшей мере один из первого и второго контактов находится под напряжением.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретение описаны более подробно в последующем описании совместно с сопроводительными чертежами, на которых показано:

фиг. 1 - схематично - система для контроля уровня абляции контактов автоматического выключателя;

фиг. 2 - схематично - автоматический выключатель;

фиг. 3 - временная диаграмма сигналов для тестового сигнала, обнаруженного на втором контакте;

фиг. 4 - более подробная схема системы согласно фиг. 1; и

фиг. 5 - более подробная схема альтернативного решения системы согласно фиг. 1.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 схематично показана система 1 среднего напряжения, имеющая автоматический выключатель 2 генератора, который подсоединяет источник 3 среднего напряжения, представленный, например, генератором электростанции или аналогичным источником, к потребителю 4 электрической энергии, такому как трансформатор, нагрузка, сеть электроснабжения или тому подобное. Автоматический выключатель 2 представлен здесь с дополнительным окружающим металлическим корпусом, подсоединенным к земле. Кроме того, выполнено устройство 5 контроля уровня абляции контактов автоматического выключателя 2.

На фиг. 2 схематично показан поперечный разрез дугогасительной камеры автоматического выключателя 2. Первый контакт 21 автоматического выключателя 2 предусматривает первую область главного контакта 23 и первую область 24 дугогасительного контакта. Второй контакт 22 автоматического выключателя 2 предусматривает вторую область главного контакта 25 и вторую область 26 дугогасительного контакта. Автоматический выключатель 2 показан на фиг. 2 в разомкнутом состоянии. В разомкнутом состоянии первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов находятся на первом расстоянии d₁ друг от друга, и первая и вторая области 23, 25 главных контактов находятся на втором расстоянии друг от друга.

Первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов выполнены в виде сопрягаемых деталей, например, первая область 24 дугогасительного контакта выполнена в виде U-образной конструкции контакта, которую часто называют гнездом, и вторая область 26 дугогасительного контакта имеет конструкцию контакта, которую часто называют штырем, который может перемещаться между плечами U-образной конструкции контакта первой области 24 дугогасительного контакта. Кроме того, можно также предусмотреть и другие сопрягаемые конструкции контактов.

Во время операции замыкания автоматического выключателя 2, контактные области первого и второго контактов 21, 22 перемещаются навстречу друг к другу. Следовательно, первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов и первая и вторая области 23, 25 главных контактов перемещаются навстречу друг к другу. Из-за более короткого первого расстояния d₁, первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов входят в контакт друг с другом раньше, чем первая и вторая области 23, 25 главных контактов в операции замыкания автоматического выключателя 2.

В состоянии контактирования (в замкнутом состоянии) первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов проявляют более высокий импеданс, чем первая и вторая области 23, 25 главных контактов в состоянии контактирования. Первая и вторая области 24, 26 дугогасительных контактов выполнены с возможностью обеспечения контроля абляции областей 24, 26 дугогасительных контактов в случае прерывания сильного тока (и подачи среднего напряжения). Главная задача областей 24, 26 дугогасительных контактов состоит в том, чтобы поддерживать электрические дуги и, таким образом, защищать области 23, 25 главных контактов, которые подвергаются воздействию электрических дуг.

Абляция областей 24, 26 дугогасительных контактов приводит к сокращению их длины или к образованию углублений в системе контактов при абляции. Другими словами, при абляции увеличивается расстояние между областями 24, 26 дугогасительных контактов. Кроме того, чем короче длина первой и второй областей 24, 26 дугогасительных контактов, тем выше риск возникновения электрической дуги между первой и второй областями 23, 25 главных контактов во время операции размыкания, что может привести к разрушению автоматического выключателя 2.

Устройство 5 контроля содержит блок 51 подачи для подачи переходного, например, периодического тестового сигнала на первый контакт 21 автоматического выключателя 2 и блок 52 обнаружения, подсоединенный ко второму контакту 22 автоматического выключателя 2 для обнаружения тестового сигнала после его прохождения через автоматический выключатель 2.

Устройство 5 контроля предназначено для контроля состояния первой и второй областей 24, 26 дугогасительных контактов таким образом, чтобы сигнализировать о состоянии для индикации, требуется ли замена первой и второй областей 24, 26 дугогасительных контактов во избежание серьезного повреждения.

Для подачи периодического тестового сигнала в линию 6 электроснабжения на первый контакт 21 автоматического выключателя 2 выполнено первое средство 53 связи. Первое средство 53 связи позволяет обеспечить связь непосредственно с первым контактом 21. Для приема тестового сигнала на втором контакте 22 автоматического выключателя 2 выполнено второе средство 54 связи. Второе средство 54 связи позволяет обеспечить связь непосредственно со вторым контактом 22. Первое и второе средства 53, 54 связи обеспечивают развязку/защиту блока 51 подачи и блока 52 обнаружения от режима среднего напряжения линии 6 электроснабжения за счет обеспечения гальванической развязки 60, которая способствует распространению тестового сигнала. Таким образом, чтобы выполнить измерение/контроль абляции контактов не нужно прерывать нормальную работу автоматического выключателя 2. Поэтому измерение времени перекрытия можно выполнить во время нормальной работы автоматического выключателя 2.

Чтобы исключить воздействие на периодический тестовый сигнал, первое средство 53 связи можно подключить между первым контактом 21 и землей, и второе средство 54 связи можно подключить между вторым контактом 22 и той же самой землей.

Таким образом, подсоединение к земле обеспечивает передачу точно определенного опорного сигнала и предотвращает какой-либо сдвиг тестового сигнала.

Обратный путь тестового сигнала может проходить через корпус автоматического выключателя. Можно также предусмотреть, чтобы обратный путь для тестового сигнала не включал в себя корпус автоматического выключателя.

Обратный путь тестового сигнала первого средства 53 связи и второго средства 54 связи может также проходить через корпус автоматического выключателя на землю через общий обратный путь расположенной здесь электроники.

Блок 20 управления выполнен с возможностью контроля состояния автоматического выключателя 2. Кроме того, блок управления можно выполнить с возможностью выключения генерации тестового сигнала в блоке 51 подачи тогда, когда автоматический выключатель 2 не работает.

Один способ контроля уровня абляции первой и второй областей 24, 26 дугогасительных контактов состоит в измерении временного интервала между соединением или разъединением первой и второй областей 24, 26 дугогасительных контактов и первой и второй областей 23, 25 главных контактов во время операции переключения. Предполагая, что скорости перемещения областей контактов автоматического выключателя 2 являются постоянными, моменты времени контактирования непосредственно связаны с первым и вторым расстояниями d₁, d₂. Критический параметр, который необходимо контролировать, представляет собой изменение зависимости от времени временного интервала между замыканием пары дугогасительных контактов и замыканием пары главных контактов.

Поэтому блок 51 подачи выполнен с возможностью подачи периодического тестового сигнала с частотой намного выше, чем частота среднего напряжения на линии 6 электроснабжения. Частоты могут находиться между 10 кГц и 100 МГц. Периодический тестовый сигнал подается на первый контакт 21 автоматического выключателя 2. На втором контакте 22 временной интервал измеряется между моментом времени возникновения тестового сигнала на втором контакте 22, который соответствует моменту времени замыкания пары дугогасительных контактов и моменту времени изменения принимаемого тестового сигнала, которое соответствует моменту времени замыкания пары главных контактов.

На фиг. 3 показана временная диаграмма сигналов тестового сигнала, который подается на второй контакт 22 автоматического выключателя 2. Показано, что в момент времени t₁ сначала принимается первый тестовый сигнал, тем самым показывая замыкание пары дугогасительных контактов. В момент времени t₂ амплитуда принимаемого тестового сигнала изменяется на уровень напряжения ΔV из-за более низкого импеданса замкнутой пары главных контактов, поэтому момент времени t₂ показывает замыкание пары главных контактов.

Согласно другой схеме контроля и в том случае, когда нельзя обнаружить различия в характеристике амплитуд напряжения во время замыкания или размыкания пары главных контактов из-за наличия высоких уровней шума и помех, можно использовать опорный сигнал в контрольный момент времени t_R, который запускается при переключении автоматического выключателя 2. Контрольный момент времени t_R можно обеспечить путем переключения системы управления, в которой контрольный момент времени t_R может зависеть от момента времени, когда начинается замыкание автоматического выключателя. Контрольный момент времени t_R может показывать, например, момент времени, когда операция замыкания закончилась надежным образом. В общем, контрольный момент времени t_R получается из системы, которая механически соединена с подвижным главным контактом.

На фиг. 4 показана более подробная схема системы 1. В частности, в иллюстрированном варианте осуществления первое и второе средства 53, 54 связи выполнены в виде элементов емкостной связи, каждый из которых содержит два последовательно соединенных конденсатора 55. Последовательное соединение конденсаторов 55 подсоединено между первым контактом 21 автоматического выключателя 2 и потенциалом земли, и последовательное соединение конденсаторов 55 второго средства связи подключено между вторым контактом 22 автоматического выключателя 2 и потенциалом земли. Промежуточный узел между конденсаторами 55 последовательного соединения первого средства 53 связи подсоединен к блоку 51 подачи. Промежуточный узел между конденсаторами 55 последовательного соединения второго средства 54 связи подсоединен к блоку 52 обнаружения. Нижние конденсаторы элементов 53, 54 емкостной связи, то есть конденсатор между промежуточным узлом и потенциалом земли, не нужны для системы контроля, но часто присутствуют в качестве побочного элемента конструкции элемента емкостной связи или по соображениям безопасности.

Блок 51 подачи имеет источник 511 тестового сигнала, который обеспечивает подачу периодического тестового сигнала с частотой, которая может соответствовать резонансной частоте, возникающей в результате последовательной связи первого пикового индуктора 512 и эквивалентной емкости конденсаторов 55 первого средства 53 связи, а также паразитных емкостей и индуктивностей системы. Первый пиковый индуктор 512 соединен последовательно с первой схемой 514 защиты, который расположен между промежуточным узлом первого средства 53 связи и первым пиковым индуктором 512. Первая схема 514 защиты выполнена с возможностью поглощения любого сигнала с высокой энергией, возникающего при переходном процессе. Между первым пиковым индуктором 512 и источником 511 тестового сигнала предусмотрен первый полосовой фильтр 513, который дополнительно защищает любую активную. схему, ограничивающую энергию, от возможного широкополосного возмущения, исходящего от автоматического выключателя 2.

Блок 52 обнаружения предусматривает второй каскад 524 защиты, второй пиковый индуктор 522, второй полосовой фильтр 523 и блок 521 обработки сигналов, который позволяет принимать и обрабатывать периодический тестовый сигнал и определять и контролировать состояние автоматического выключателя 2, то есть разомкнутое состояние, замкнутое состояние или состояние перемещения. Работа второго каскада 524 защиты, второго пикового индуктора 522 и второго полосового фильтра 523 по существу соответствует работе первого каскада защиты 514, первого пикового индуктора 512 и первого полосового фильтра 513.

В операции переключения, в которой автоматический выключатель 2 замыкается или размыкается, временной интервал между временем замыкания пары дугогасительных контактов временем замыкания пары главных контактов или временной интервал между временем размыкания пары главных контактов и временем размыкания пары дугогасительных контактов, соответственно, можно измерить путем контроля изменений амплитуды напряжения принимаемого тестового сигнала.

Блок 521 обработки сигналов подсоединен к блоку 20 управления для приема показаний относительно момента времени t₁ и момента времени t₂ (и контрольного момента времени t_R, соответственно) с целью определения точной временной задержки в виде разности. Временные задержки в каждой операции переключения сравниваются с заданной пороговой задержкой и сигнализируют об ухудшении свойств автоматического выключателя 2 в том случае, если определенная временная задержка приближается к заданной пороговой задержке.

Вместо емкостной связи, существующей для тестового сигнала, направленной в сторону или от линии 6 электроснабжения, можно использовать также и индуктивную связь, как показано на схеме, показанной на фиг. 5. Индуктивную связь можно применить путем введения первого трансформатора 56 в линию с первым конденсатором 57 защиты от перенапряжений, между первым контактом 21 автоматического выключателя 2 и потенциалом земли и введения второго трансформатора 58 последовательно со вторым конденсатором 59 защиты от перенапряжений, между вторым контактом 22 автоматического выключателя 2 и потенциалом земли, как показано на фиг. 5. Согласно дополнительному варианту осуществления первый вывод первого конденсатора 57, защищающего от перенапряжений, непосредственно соединен с первым контактом 21 и первым трансформатором 56 подсоединено между вторым выводом первого конденсатора 57, защищающего от перенапряжений, и потенциалом земли. Аналогичным образом, первый вывод второго конденсатора 59, защищающего от перенапряжений, непосредственно соединен со вторым контактом 22 и вторым трансформатором 58, который подсоединен между вторым выводом второго конденсатора 59, защищающего от перенапряжений, и потенциалом земли.

Периодический тестовый сигнал вводится посредством первого трансформатора 56 при резонансной частоте, которая в основном определяется емкостью первого конденсатора 57, защищающего от перенапряжений, и его паразитной индуктивностью. Что касается случая емкостной связи, индуктивность пикового индуктора 512 можно выполнить с возможностью калибровки резонансной частоты. Тестовый сигнал обнаруживается посредством вторичной стороны второго трансформатора 58. Блок 51 подачи и блок 52 обнаружения по существу соответствуют аналогичным блокам варианта осуществления, показанного на фиг. 4.

Перечень ссылочных позиций

1 система

2 автоматический выключатель

3 источник питания среднего или высокого напряжения

4 потребитель электрической энергии

5 устройство контроля

6 линия электроснабжения

20 блок управления

21 первый контакт автоматического выключателя

22 второй контакт автоматического выключателя

23 первая основная область контакта

24 первая область дугогасительного контакта

25 вторая основная область контакта

26 вторая область дугогасительного контакта

51 блок подачи

52 блок обнаружения

53 первое средство связи

54 второе средство связи

55 конденсаторы

56 первый преобразователь

57 первый конденсатор, защищающий от перенапряжений

58 второй преобразователь

59 второй конденсатор, защищающий от перенапряжений

60 гальваническая развязка

511 источник тестового сигнала

512 первый пиковый индуктор

513 первый полосовой фильтр

514 первый блок защиты

521 блок обработки сигналов

522 второй пиковый индуктор

523 второй полосовой фильтр

524 второй блок защиты

Изобретение относится к контролю состояния автоматического выключателя (2). Сущность: устройство содержит блок (51) подачи для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт автоматического выключателя, блок (52) обнаружения для обнаружения результирующего переходного сигнала на втором контакте автоматического выключателя, первое средство (53) связи для подачи переходного тестового сигнала, предоставленного блоком подачи, на первый контакт (21) и второе средство (54) связи для подсоединения блока обнаружения ко второму контакту (22) с целью приема результирующего тестового сигнала. По меньшей мере одно из первого и второго средств связи обеспечивает гальваническую развязку от первого и второго контактов (21, 22). Причем первое средство (53) связи подключено между первым контактом (21) и землей, а второе средство (54) связи подключено между вторым контактом (22) и землей. Технический результат: обеспечение контроля в реальном времени уровня абляции контактных областей дугогасительных контактов. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для контроля состояния автоматического выключателя (2), содержащее:

- блок (51) подачи для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт автоматического выключателя;

- блок обнаружения (52) для обнаружения результирующего переходного сигнала на втором контакте автоматического выключателя;

- первое средство (53) связи для подачи переходного тестового сигнала, предоставленного блоком подачи, на первый контакт (21); и

- второе средство (54) связи для связи блока обнаружения со вторым контактом (22) для приема результирующего тестового сигнала,

причем по меньшей мере одно из первого и второго средства связи обеспечивает гальваническую развязку от первого и второго контактов (21, 22),

причем первое средство (53) связи подключено между первым контактом (21) и землей, и второе средство (54) связи подключено между вторым контактом (22) и землей,

отличающееся тем, что первое средство (53) связи содержит элемент емкостной связи, включающий в себя емкость (55), соединяющую блок (51) подачи с первым контактом (21) для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт (21), и

причем блок (51) подачи дополнительно содержит первый пиковый индуктор (512), и при этом одна частота подаваемого тестового сигнала соответствует частоте, которая отличается не более чем на 10% от резонансной частоты, определенной с помощью индуктивности первого пикового индуктора (512) и индуктивности и емкости первого средства (53) связи.

2. Устройство по п.1, в котором второе средство (54) связи содержит элемент емкостной связи, включающий в себя емкость (55), которая соединяет блок (52) обнаружения со вторым контактом (22) для приема результирующего тестового сигнала от второго контакта (22).

3. Устройство по п.1, в котором второе средство (54) связи содержит второй трансформатор (58) в линии со вторым конденсатором защиты от перенапряжений (59), причем блок (52) обнаружения соединен со вторым трансформатором (58) для приема переходного тестового сигнала от второго контакта (22).

4. Устройство по пп.1-3, в котором блок обнаружения дополнительно содержит второй пиковый индуктор (522), причем резонансная частота, которая определяется индуктивностью второго пикового индуктора (522) и индуктивностью и емкостью второго средства (54) связи, соответствует частоте, которая отличается не более чем на 10% от резонансной частоты, которая определяется индуктивностью первого пикового индуктора (512) и индуктивностью и емкостью первого средства (53) связи.

5. Устройство по любому из пп.1-3, в котором блок (20) управления выполнен с возможностью приема показаний относительно первого момента времени замыкания или размыкания пары (23, 25) главных контактов и второго момента времени замыкания или, соответственно, размыкания пары (24, 26) дугогасительных контактов для определения задержки между первым и вторым моментами временем замыкания или между первым и вторым моментами временем размыкания и сигнализации о неисправном состоянии автоматического выключателя (2) в зависимости от определенной временной задержки.

6. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором каждый элемент емкостной связи первого и второго средств (53, 54) связи содержит два последовательно соединенных конденсатора (55).

7. Устройство по п.6, в котором промежуточный узел между конденсаторами (55) последовательного соединения первого средства (53) связи подсоединен к блоку (51) подачи, и в котором промежуточный узел между конденсаторами (55) последовательного соединения второго средства (54) связи подсоединен к блоку (52) обнаружения.

8. Устройство по п.7, в котором первый пиковый индуктор (512) соединен последовательно с первой схемой (514) защиты, которая расположена между промежуточным узлом первого средства (53) связи и первым пиковым индуктором (512).

9. Устройство контроля состояния автоматического выключателя (2), содержащее:

- блок (51) подачи для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт автоматического выключателя (2);

- блок (52) обнаружения для обнаружения результирующего переходного сигнала на втором контакте автоматического выключателя;

- первое средство (53) связи для подачи переходного тестового сигнала, предоставленного блоком блока подачи, на первый контакт (21); и

- второе средство (54) связи для связи блока обнаружения со вторым контактом (22) для приема результирующего тестового сигнала,

причем по меньшей мере одно из первого и второго средств связи обеспечивает гальваническую развязку от первого и второго контактов (21, 22),

причем первое средство (53) связи подключено между первым контактом (21) и землей, и второе средство (54) связи подключено между вторым контактом (22) и землей,

отличающееся тем, что первое средство (53) связи содержит первый трансформатор (56) в линии с первым конденсатором (57) защиты от перенапряжений, на вторичной стороне первого трансформатора (56), причем блок (51) подачи подсоединен к первому трансформатору (56) для подачи переходного тестового сигнала на первый контакт (21), при этом периодический тестовый сигнал подается посредством первого трансформатора (56) с резонансной частотой, которая в основном определяется емкостью первого конденсатора (57) защиты от перенапряжений, и его паразитной индуктивности.

10. Устройство по п.9, в котором второе средство (54) связи содержит элемент емкостной связи, включающий в себя емкость (55), которая соединяет блок (52) обнаружения со вторым контактом (22) для приема результирующего тестового сигнала от второго контакта (22).

11. Устройство по п.9, в котором второе средство (54) связи содержит второй трансформатор (58) в линии со вторым конденсатором защиты от перенапряжений (59), причем блок (52) обнаружения соединен со вторым трансформатором (58) для приема переходного тестового сигнала от второго контакта (22).

12. Устройство по пп.9-11, в котором блок обнаружения дополнительно содержит второй пиковый индуктор (522), причем резонансная частота, которая определяется индуктивностью второго пикового индуктора (522) и индуктивностью и емкостью второго средства (54) связи, соответствует частоте, которая отличается не более чем на 10% от резонансной частоты, которая определяется индуктивностью первого пикового индуктора (512) и индуктивностью и емкостью первого средства (53) связи.

13. Устройство по любому из пп.9-11, в котором блок (20) управления выполнен с возможностью приема показаний относительно первого момента времени замыкания или размыкания пары (23, 25) главных контактов и второго момента времени замыкания или, соответственно, размыкания пары (24, 26) дугогасительных контактов для определения задержки между первым и вторым моментами временем замыкания или между первым и вторым моментами временем размыкания и сигнализации о неисправном состоянии автоматического выключателя (2) в зависимости от определенной временной задержки.

14. Устройство по любому из пп. 9 или 10, в котором каждый элемент емкостной связи первого и второго средств (53, 54) связи содержит два последовательно соединенных конденсатора (55).

15. Устройство по п.14, в котором промежуточный узел между конденсаторами (55) последовательного соединения первого средства (53) связи подсоединен к блоку (51) подачи, и в котором промежуточный узел между конденсаторами (55) последовательного соединения второго средства (54) связи подсоединен к блоку (52) обнаружения.

16. Устройство по п.15, в котором первый пиковый индуктор (512) соединен последовательно с первой схемой (514) защиты, которая расположена между промежуточным узлом первого средства (53) связи и первым пиковым индуктором (512).

17. Система контроля состояния автоматического выключателя, содержащая:

- автоматический выключатель (2), имеющий первый контакт (21) и второй контакт (22); и

- устройство по любому из пп.1-6 и 9-14.

18. Система по п.17, содержащая блок (20) управления для использования с устройством по любому из п.п.1-16, выполненный с возможностью приема показаний относительно первого момента времени замыкания или размыкания главной пары (23, 25) контактов автоматического выключателя (2) и второго момента времени замыкания или, соответственно, размыкания пары (24, 26) дугогасительных контактов автоматического выключателя (2) для определения временной задержки и сигнализации неисправного состояния автоматического выключателя (2) в зависимости от определенной временной задержки.

19. Система по п.17 или 18, в которой первый контакт (21) имеет первую область (23) главного контакта и первую область (24) дугогасительного контакта, и второй контакт (22) имеет вторую область (25) главного контакта и вторую область (26) дугогасительного контакта, при этом первая и вторая области (23, 25) главных контактов образуют пару (23, 25) главных контактов, имеющую более низкий первый импеданс в замкнутом состоянии, и первая, и вторая области (24, 26) дугогасительных контактов образуют пару (24, 26) дугогасительных контактов, имеющую более высокий второй импеданс в замкнутом состоянии, причем при замыкании автоматического выключателя (2) пара (24, 26) дугогасительных контактов замыкается первой, и при размыкании автоматического выключателя (2) пара главных контактов (23, 25) размыкается первой.

20. Система по любому из пп.17 или 18, в котором автоматический выключатель (2) представляет собой автоматический выключатель генератора.

21. Способ измерения состояния автоматического выключателя (2) с использованием устройства по любому из пп.1-16, в котором получают показания первого момента времени замыкания или размыкания пары (23, 25) главных контактов автоматического выключателя (2) и второго момента времени замыкания или, соответственно, размыкания пары (24, 26) дугогасительных контактов автоматического выключателя (2), причем определяют временную задержку между первым моментом времени и вторым моментом времени и сигнализируют о неисправном состоянии автоматического выключателя (2) в зависимости от определенной временной задержки, причем переходный тестовый сигнал подают на первый контакт (21), и тестовый сигнал обнаруживают на втором контакте (22), в то время как по меньшей мере один из первого и второго контактов находится под напряжением.

22. Способ по п.21, в котором измерение состояния автоматического выключателя (2) выполняют в реальном времени во время нормальной работы автоматического выключателя (2).