Быстродействующий гибридный выключатель переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к низковольтным коммутационным аппаратам защиты электроустановок от токов короткого замыкания - гибридным выключателем трехфазного rfepsMeHHoro тока, в которых функции проведения и прерывания тока нагрузки распределены соответственно между контакт-ными и шунтирующими их бесконтактными элементами.

Известен быстродействующий выключатель переменного тока Cl3.

Однако при относительной простоте и дешевизне указанный выключатель характеризуется низким быстродействием, обусловленным Особенностями, свойственными контактным системам (инерционность подвижных механизмов и процессов дугогашения). Следствием этого являются ухудшенные токоограничивающие свойства.

Известен также тиристорный выключатель с искусственной конденсаторной коммутацией, обладающий эффективными токоограничивакадими свойствами С2.

Недостатком данного выключателя являются увеличенные потери энергии во включенном состоянии (обусловленные неидеальностью ключевых свойств тиристора) и, как следствие, ухудшенные массогабаритные показатели.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому, результату является гибридный выключатель, содержащий главные контакты, зашунтирова.нные полупроводниковым ключом (встречно-параллельно включенными тиристорами) 31

Для повышения быстродействия выключатель может быть снабжен приводом ускоренного отключения (преимущественно, индукционно-динамическим).

Однако используемый принцип естественной коммутации тиристоров (выключение при смене полярности тока нагрузки) ограничивает область применения известного выключателя вследствие низкого быстродействия (время выключения больше полупериода колебаний напряжения сети) и отсутствия токоограничивающих свойств.

Цель изобретения - повышение быстродействия выключателя.

Указанная цель достигается тем, что в быстродействуквдий гибридный выключатель переменного тока, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированныё тиристорным ключом, и общий блок управления, включакяций в себя быстродействуклдий привод ускоренного отключения, введены два дросселя цасыщения с встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми

контактами в цепь, зашунтированную тиристорным ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик направления тока включен в цепь сило.вых контактов одного из полюсов и подключен к блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен в (Виде двух параллельных цепей, в одну из .которых включены последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод, а в другую 5 цоследовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор.

На фиг.1 приведена схема полюса выключателя; на фиг.2 - схема выключателя, в котором функции ключа выполняет тиристорный мост; на фиг. 3 и 4 - схема блоков принудительной коммутации для выключателей,, изображенных на фиг.1 и 2 соответственно; на фиг-.5 и 6 - временные диаграммы, пояснякицие их работу.

Выключатель содержит главные контакты 1, тиристорный мост, содержащий тиристоры 2 - 5, блок б принудительной конденсаторной коммутации дроссели 7 и 8. насыщения, датчик 9 тока, блок 10 управления с приводом ускоренного отключения, тиристорный ключ, содержащий тиристоры 11 и 12, катушки индуктивности 13 15, предварительно заряженные конденсаторы 16 - 18, диод 19 и тиристор 20.

На фиг.5 и 6 Э,, обозначает ток уставки срабатывания выключателя, Ч 2 токи в цепях блока 6, IKJ отключаемый ток короткого замыкания

(т.к.з.),

- ток в цепи контактов

1, IT - ток в цепи тиристоров 11 и 12; Uf. , и , напряжения на конденсаторах, соответствующие токам i,it ,ii в блоке 6, (J - началь-- ное напряжение на конденсаторах.

Принцип действия.выключателя, изображенного на фиг. 1, состоит в следуицем.

В установившемся режиме дроссели 7 и 8 намагничиваются током нагрузки соответственно положительной и отрицательной полярности. При возникновении аварии в нагрузке и нарастании т.к.з. до величины тока уставки J,, блок 10 управления -.воздействует на контакты 1, приводя к размыканию последних.

В момент ,j одновременно блок управления вырабатывает импульсный сигнал управления тиристорами 2, 5 и 11 (для указанного направления т.к.з.). При этом конденсатор 16 в цепи диода 19 (фиг. 3 и 5 разряжается через еще замкнутые контакты 1 на дроссели 7 и 8 насыще ния, В результате этого магнитопровод дросселя 7 перемагничивается (за время перемагничивания -t ток if. спадает донуля) и сопротивление це пи с главными контактами возрастает для тока IKS при этом последний переходит в цепь тиристора- 11, благодаря чему размыкание контактов 1 происходит в обесточенном состоянии В интервале коммутации происходит бездуговой разрыв контактов и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. В момент tctj импульс, управления поступает на тиристор 20, благодаря чему тиристор 11 принудительно запирается в течение времени Наличие дросселей насыщения в цепи главных контактов и данное построение системы бездуговой комму тации позволяет повысить быстродействие выключателя, изображенного на фиг.1, за счет практического исключения короткой дуги на контакторах и уменьшения стадии существования метсшлических мостиков размыкания контактов. Аналогичным образом осуществляетс и коммутация т.к.,з. отрицательной полярности, отличие заключается в том, что управляются тиристоры 3, 4 и 12 и перемагничивается дроссель 8 В выключателе, изображенном на фиг.2, функции бесконтактного ключа и блока принудительной коммутации совмещены. Это достигается за счет того, что проводящее состояние тирис торов 2 - 5 в обратном направлении обеспечивается под действием разрядного тока конденсатора. Так, в процессе перемагничивания дросселя насыщения (О фиг,6) управление мостом 2-5 происходит аналогично рассмотренному (включаются тиристоры 2 и 5 для указанного направления т.к.з.). При этом разрядный ток конденсатора 18 (фиг.4) протекает по контуру, обозначенному сплошной линией на фиг.2. После перемагничивания дросселя 7 () управление подается на все тиристоры моста 2 - 5 и конденсатор начинает разряжаться по контурам, обозначенным пунктирной линией на фиг.2, обеспечивая проводящее состоя ние тиристоров 2 - 5 в обратном раправлении, если (интервгш ). Учитывая возросшее Сопротивление цепи с элементами (после перемагничивания дросселя 7) и уменьшенное сопротивление тиристорного моста (в результате протекания разрядного тока в цепи тиристоров), т.к.з. переходит полностью в момент в цепь тиристоров, В результате этого разрыв контактов также осуществляется без дуги в интервале . На данном интервале осуществляется также восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. При .этом должно выполняться условие i-/Vi t,i в выключателе, изображенном на фиг.2, возможно применение блока б, выполненного согласно фиг.З. При такой его реализации достигается увеличение времени превышения суммарным разрядным током кднденсаторов 2 величины кз т.е. времени. предоставленного блоком 6 на восстановление электрической прочности межкоитактного промежутка. В данном случае включение тиристора 20 происходит в течение времени действия В слуаае исполь.разрядного тока |зования. привода ускоренного отключения с питанием от накопительнОго конденсатора (например, индукционнодинамического) возможно применение в качестве индуктивности 15 (фиг.4) катушки управлений данного привода. При этом конденсатор блока 6 служит одновременно для управления приводом и принудительной коммутацией тиристоров моста, благодаря чему достигается уменьшение габаритов (массы) аппарата. Выключатель, изображенный на фиг.2, характеризуется более высоким быстродействием, что обусловлено отсутствием дополнительной стадии выключения ключа после восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Таким образом, благодаря установке дросселей насыщения в цепи с главными контактами, применению избирательной бездуговой коммутации (в зависимости от полярности коммутируемого тока), а также принятой схеме реализации блока принудительной конденсаторной коммутации достигается облегчение условий бездугового размыкания контактов на переменном токе и, как следствие, повышение быстродействия гибридного выключателя и улучшение его массогабаритных показателей.

. 2

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содер жащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные тиристорным ключом, и общий блок управления, включакнций в себя быстродействукщий привод ускоренного отключения, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый полюс введены два дросселя насьшдения с встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок-принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми контактами в цепь, зашунтированную тиристорньвл ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик направления тока включен в цепь силовых контактов Одного из полюсов и подключен к блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен в виде двух параллельных цепей, в одну из которых включены доследовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод| а в другую - последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор.

i.U