Устройство для защиты от токов короткого замыкания Советский патент 1986 года по МПК H01H71/43 H01H73/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрооборудованию низковольтных электроэнергетических сетей, и может быть использовано для быстродействующей защиты тиристорных преобразователей и других объектов с полупроводниковыми элементами, питающихся от трехфазной сети переменного тока.

Цель изобретения - повыщение надежности защиты.

воды 10 и 17 с включенными между ними резисторами 18 должны подключаться со стороны преобразователя 15 (фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

При нормально возможных режимах работы преобразователя 15 и его нагрузки фазные токи, протекающие по нему и, следовательно, по электродинамическим элементам 5 устройства, не превосходят предельно допустимого значения. Электродинамические

На фиг. 1 п|зедставлено устройство, об- Ю усилия, создаваемые такими токами в электщий вид; на фиг. 2 - схема включения устройства в цепь защищаемого электрооборудования; на фиг. 3 - вариант конструктивного исполнения устройства с токоогра- ничивающими резисторами, общий вид; на фиг. 4 - схема включения устройства с токоограничивающими резисторами в цепь защищаемого электрооборудования.

Устройство для защиты от токов короткого замыкания содержит (фиг. 1) трех- плечий поворотный рычаг 1, укрепленный на оси 2 и имеющий на концах подвижные контакты 3 и противоположно им установленные изоляционные упоры 4, три идентично выполненных поворотных двуплечих электродинамических элемента 5, установленных в общем с рычагом 1 изоляционном корпусе на осях 6 под углом, например, 120° по отношению друг к другу и электрически соединенных гибкими соединениями 7 и 8 с петлеобразными токоподводами 9 и 10 соответственно, причем на токопод- водах 10 установлены неподвижные контакты 11. Упругим элементом - пружиной 12 трехплечий поворотный рычаг 1 удерживается в исходном положении совместно с электродинамическими элементами 5, сородинамических элементах 5, недостаточны для срабатывания устройства, так как усилие пружины 12 отрегулировано винтом 14 таким, чтобы срабатывание устройства, т. е. поворот трехплечего рычага 1 до за мыкания контактов 3 и 11, происходило лищь при достижении током в любом из электродинамических элементов 5 предельно допустимого значения. В нормальном режиме работы фазные токи, поступающие от ис20 точника питания через автоматический выключатель 16, протекают по цепям, состоящим из последовательного соединения то- коподвода 9, гибкого соединения 7, электродинамического элемента 5, гибкого соединения 8, токоподвода 10, преобразователя

25 15 и его нагрузки.

При возникновении в нагрузке преобразователя 15 однофазного, двухфазного или трехфазного короткого замыкания соответственно по одной, двум или всем трем указанным цепям будут протекать быстро нарастающие фазные токи короткого замыкания. При достижении током хотя бы в одной из фаз предельного значения включенный в эту фазу электродинамический элемент 5 поворачивается на оси 6 под дейст30

прикасающимися соответствующими рабо-вием электродинамических усилий и воздейчими плечами с изоляционными упорами 4. Исходное положение трехплечего рычага 1 фиксируется упором 13 корпуса. Усилие пружины 12 регулируется винтом 14. Каждый электродинамический элемент 5 своими токоподводами 9 и 10 подключается (фиг. 2) в одну из фаз цепи питания защищаемого трехфазного электрооборудования - полупроводникового преобразователя 15 на участке между защитным автоматическим выключателем 16 и преобразователем 15. При

ствует своим рабочим плечом на соответствующий изоляционный упор 4 трехплечего рычага 1. Так как в этом случае усилие электродинамического элемента 5, приложенное к трехплечему рычагу 1, создает 40 относительно оси 2 его вращения момент, превышающий момент усилия пружины 12, то трехплечий рычаг 1 поворачивается, отходя от упора 13, и замыкает контакты 3 и 11 во всех трех фазах. Тем самым осуществляется трехфазное защитное металэтом токоподводы 10, снабженные непод- 45 лическое короткое замыкание на входных вижными контактами 11, подключаются со стороны преобразователя 15.

Устройство, изображенное на фиг. 3 отличается от описанного тем, что в нем неподвижные контакты 11 установлены на дополнительных токоподводах 17, электрически изолированных от электродинамических элементов 5, а между токоподводом 10 каждого электродинамического элемента 5 и соответствующим ему дополнительным токоподводом 17 включен токоограничиваю- щий резистор 18 (как это показано пунктиром на фиг. 3). Подключение такого устройства в цепь питания преобразователя 15

токоподводах преобразователя 15. При этом фазные токи короткого замыкания будут протекать по всем полюсам автоматического выключателя 16, токоподводам 9, гибким соединениям 7, электродинамическим элементам 9, гибким соединениям 8, токоподводам 10, контактам 11 и 3 и трехплечему рычагу 1, минуя преобразователь 15. Защитное металлическое короткое замыкание отключается автоматически выклю- 55 чателем 16. Так как время срабатывания электродинамических элементов 5 устройства на порядок меньще, чем вре.мя срабатывания автоматического выключателя 16 с электромагнитными расцепителями максианалогично описанному, но при этом токоподводы 10 и 17 с включенными между ними резисторами 18 должны подключаться со стороны преобразователя 15 (фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

При нормально возможных режимах работы преобразователя 15 и его нагрузки фазные токи, протекающие по нему и, следовательно, по электродинамическим элементам 5 устройства, не превосходят предельно допустимого значения. Электродинамические

усилия, создаваемые такими токами в электродинамических элементах 5, недостаточны для срабатывания устройства, так как усилие пружины 12 отрегулировано винтом 14 таким, чтобы срабатывание устройства, т. е. поворот трехплечего рычага 1 до за мыкания контактов 3 и 11, происходило лищь при достижении током в любом из электродинамических элементов 5 предельно допустимого значения. В нормальном режиме работы фазные токи, поступающие от ис0 точника питания через автоматический выключатель 16, протекают по цепям, состоящим из последовательного соединения то- коподвода 9, гибкого соединения 7, электродинамического элемента 5, гибкого соединения 8, токоподвода 10, преобразователя

5 15 и его нагрузки.

При возникновении в нагрузке преобразователя 15 однофазного, двухфазного или трехфазного короткого замыкания соответственно по одной, двум или всем трем указанным цепям будут протекать быстро нарастающие фазные токи короткого замыкания. При достижении током хотя бы в одной из фаз предельного значения включенный в эту фазу электродинамический элемент 5 поворачивается на оси 6 под дейст0

вием электродинамических усилий и воздействует своим рабочим плечом на соответствующий изоляционный упор 4 трехплечего рычага 1. Так как в этом случае усилие электродинамического элемента 5, приложенное к трехплечему рычагу 1, создает 40 относительно оси 2 его вращения момент, превышающий момент усилия пружины 12, то трехплечий рычаг 1 поворачивается, отходя от упора 13, и замыкает контакты 3 и 11 во всех трех фазах. Тем самым осуществляется трехфазное защитное метал45 лическое короткое замыкание на входных

5 лическое короткое замыкание на входных

токоподводах преобразователя 15. При этом фазные токи короткого замыкания будут протекать по всем полюсам автоматического выключателя 16, токоподводам 9, гибким соединениям 7, электродинамическим элементам 9, гибким соединениям 8, токоподводам 10, контактам 11 и 3 и трехплечему рычагу 1, минуя преобразователь 15. Защитное металлическое короткое замыкание отключается автоматически выклю- 5 чателем 16. Так как время срабатывания электродинамических элементов 5 устройства на порядок меньще, чем вре.мя срабатывания автоматического выключателя 16 с электромагнитными расцепителями максимального тока, то повреждений полупроводниковых приборов преобразователя 15 не произойдет.

Устройство, изображенное на фиг. 3, работает аналогично, но применяется в тех случаях, когда токи защитного металлического короткого замыкания могут достигать значений, превышающих предельные отключаемые токи автоматического выключателя 16, что обычно имеет место в мощных электроэнергетических сетях малой протяженности, например суловых (особенно на ледоколах, плавучих бурильных установках и т. п.). Срабатывание такого устройства при возникновении в нагрузке преобразователя 15 короткого замыкания приводит к осуществлению защитного короткого замыкания через токоограничивающие резисторы 18. При этом фазные токи короткого замыкания будут протекать по всем по- люсам выключателя 16, токоподводам 9, гибким соединениям 7, электродинамическим элементам 5, гибким соединениям 8, токоподводам 10, токоограничивающим резисторам 18, контактам 11 и 3 и трехплече- му рычагу 1, минуя преобразователь 15. Выключатель 16 отключает токи защитного короткого замыкания, не превышающие его , предельный отключаемый ток.

Таким образом, предложенное устройство любой вид короткого замыкания в нагрузке преобразователя 15 переводит в трехфазное защитное короткое замыкание на выводах преобразователя 15, которое более надежно отключается защитным выключателем 16, чем другие виды короткого замыкания. При этом обеспечиваются одинаковые условия срабатывания для каждого электроди15

ния, что обеспечивает ударовиброустой чивость устройства при поступательных ускорениях, а расположение осей 6 элект родинамических элементов 5 под углом 120° друг к другу и в плоскости перпендикулярной оси 2 трехплечего рычага 1 повышает ударовиброустойчивость устройства при поворотных ускорениях.

Кроме того, симметричное и одинаковое по отношению друг к другу расположение 10 электродинамических элементов 5 и токопод- водов к ним обеспечивает одинаковые условия прохождения токов и, следовательно, одинаковые электродинамические взаимодействия и малые потери мощности в токоведу- щих элементах устройства.

Достаточно высокий уровень межфазной изоляции в предложенном устройстве обеспечивается двумя изоляционными промежутками - изоляционными упорами 4, укрепленными на смежных плечах трехплечего рычага 1. С этими упорами соприкасаются рабочие плечи смежных электродинамических элементов 5, к которым приложено полное линейное напряжение источника.

Предложенное устройство является до- 25 статочно компактным, так как все электродинамические элементы и трехплечий рычаг, на который они воздействуют, а также все токоподводы установлены в едином изоляционном корпусе.

Испытания, проведенные в ЛПЭО «Электросила на макете предложенного устройства, используемого для защиты полупроводникового преобразователя, показали что при опасных для преобразователя токах короткого замыкания в нагрузке время срабатывания устройства (т. е. осуществле20

30

намического элемента 5, так как противодей- ние трехфазного защитного короткого замыкания на входе преобразователя) не превышало 3,5 мс, тогда как время срабатывания защитного автоматического выключателя типа А3140 составляло не менее 32 мс. 40 Применение предложенного устройства возможно для быстродействующей защиты любого трехфазного электрооборудования, но наиболее целесообразно для защиты полупроводниковых преобразователей. При этом применение устройства с токоограничиваюствующее усилие создается одним и тем же упругим элементом - пружиной 12 и приложено через равные плечи трехплечего рычага 1 к равным рабочим плечам электродинамическим элементом 5. Одинаков и момент инерции подвижных частей при срабатывании любого из электродинамических элементов 5, так как каждый из них воздействует на один и тот же трехплечий рычаг 1. При трехфазном защитном коротком закания на входе преобразователя) не превышало 3,5 мс, тогда как время срабатывания защитного автоматического выключателя типа А3140 составляло не менее 32 мс. 40 Применение предложенного устройства возможно для быстродействующей защиты любого трехфазного электрооборудования, но наиболее целесообразно для защиты полупроводниковых преобразователей. При этом применение устройства с токоограничиваюмыкании фазные токи короткого замыка- щими резисторами позволяет использовать

автоматические выключатели с более низкими предельными отключаемыми токами, т. е. менее материалоемкие и более дешевые.

ния протекают по всем электродинамическим элементам 5 и все они воздействуют своими рабочими плечами на трехплечий рычаг 1, обеспечивая надежное контактирование всех контактов 3 и 11, При этом с увеличением тока короткого замыкания пропорционально его квадрату растет и сила нажатия на контактах 3 и 11.

Для исключения ложного срабатывания устройства при его эксплуатации в условиях ударных сострясений и вибраций все электродинамические элементы 5 и трехплечий рычаг 1 выполнены статически уравновешенными относительно их осей враще5

ния, что обеспечивает ударовиброустой- чивость устройства при поступательных ускорениях, а расположение осей 6 электродинамических элементов 5 под углом 120° друг к другу и в плоскости перпендикулярной оси 2 трехплечего рычага 1 повышает ударовиброустойчивость устройства при поворотных ускорениях.

Кроме того, симметричное и одинаковое по отношению друг к другу расположение 0 электродинамических элементов 5 и токопод- водов к ним обеспечивает одинаковые условия прохождения токов и, следовательно, одинаковые электродинамические взаимодействия и малые потери мощности в токоведу- щих элементах устройства.

Достаточно высокий уровень межфазной изоляции в предложенном устройстве обеспечивается двумя изоляционными промежутками - изоляционными упорами 4, укрепленными на смежных плечах трехплечего рычага 1. С этими упорами соприкасаются рабочие плечи смежных электродинамических элементов 5, к которым приложено полное линейное напряжение источника.

Предложенное устройство является до- 5 статочно компактным, так как все электродинамические элементы и трехплечий рычаг, на который они воздействуют, а также все токоподводы установлены в едином изоляционном корпусе.

Испытания, проведенные в ЛПЭО «Электросила на макете предложенного устройства, используемого для защиты полупроводникового преобразователя, показали что при опасных для преобразователя токах короткого замыкания в нагрузке время срабатывания устройства (т. е. осуществле0

0

ние трехфазного защитного короткого замыкания на входе преобразователя) не превышало 3,5 мс, тогда как время срабатывания защитного автоматического выключателя типа А3140 составляло не менее 32 мс. 40 Применение предложенного устройства возможно для быстродействующей защиты любого трехфазного электрооборудования, но наиболее целесообразно для защиты полупроводниковых преобразователей. При этом применение устройства с токоограничиваю щими резисторами позволяет использовать

щими резисторами позволяет использовать

автоматические выключатели с более низкими предельными отключаемыми токами, т. е. менее материалоемкие и более дешевые.

50

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от токов короткого замыкания, содержащее корпус, электродинамические элементы, каждый из 55 которых выполнен в виде статически уравновешенного относительно оси вращения поворотного двуплечего рычага и двух петлеобразных токоподводов, охватывающих плечи поворотного двуплечего рычага и электрически соединенных с ним гибкими соединениями, подвижные контакты, неподвижные контакты и регулируемый упругий элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты, оно снабжено трех- плечим рычагом и изоляционными упорами, трехплечий рычаг выполнен поворотным, равноплечим из электропроводного материала и статически уравновешенным относительно оси вращения, изоляционные упоры и подвижные контакты установлены на каждом плече трехплечего рычага, причем подвижные контакты и изоляционные упоры расположены на противоположных сторонах плеча трехплечего рычага, каждый из электродинамических элементов соприкасается с изоляционным упором каждого плеча трехплечего рычага, при этом ось каждого электродинамического элемента расположена параллельно оси вращения трехплечего рычага, а регулируемый упругий

9 5

элемент расположен между корпусом и одним из плеч трехплечего рычага.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижные контакты установлены

на петлеобразных токоподводах электродинамического элемента.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными токо- подводами, электрически изолированными от электродинамического элемента, и резисторами, неподвижные контакты установлены на дополнительных токоподводах, а резисторы включены в электрическую цепь между дополнительными токоподводами и петлеобразными токоподводами электродинамического элемента.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оси плеч трехплечего рычага расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения трехплечего рычага, под углом 120° друг к другу.

Изобретение относится к электрооборудованию низковольтных электроэнергетических сетей. Цель изобретения - повышение надежности защиты от токов короткого замыкания. Трехплечий поворотный рычаг (ТПР) I укреплен на оси 2 и имеет на концах подвижные контакты 3 и изоляционные упоры 4. Три идентично выполненных поворотных двуплечих электродинамических элемента (ДЭЗ) 5 установлены в общем с ТПР 1 изоляционном корпусе на осях 6 под углом, например 120°, по отношению друг к другу. ДЭЗ 5 соединены гибкими соединениями 7 и 8 с петлеобразными токопод- водами (ПТ) 9 и 10. На ПТ 10 установлены неподвижные контакты 11. ТПР 1 и ДЗЗ 5 удерживаются в исходном положении упругим элементом - пружиной 12. Исходное положение ТПР 1 фиксируется упором 13 корпуса. Каждый ДЭЗ 5 своим ПТ 9 и 10 подключается в одну из фаз цепи питания защищаемого электрооборудования 15. Это позволяет любой вид короткого замыкания перевести в защитное короткое замыкание на выводах защищаемого электрооборудования. Такое замыкание более надежно отключается защитным выключателем, чем другие виды короткого замыкания. Исключение ложного срабатывания в условиях ударных сотрясений и вибраций достигается за счет выполнения ДЭЗ 5 и ТПР 1 статически уравновещенными относительно их осей вращения. 3 з. п, ф-лы, 4 ил. сл o со 00 N0 ipuS.l

75

(fJtl8.2

10

Составитель В. Коносов

Редактор А. ГулькоТехред И. ВересКорректор А. Обручар

Заказ 3299/54Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фнлиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4