Выключатель переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H01H9/30 H03K17/56 

1

Изобретение относится к низко- , . вольтным электрическим аппаратам, в частности к выключателям пе рем енного тока, выпол1«1кщим функции аварийного отключения потребителей, а также, оперативного включения и отключения потребит«2лей.

Целью изобретения является расширение области применения,

На фиг.Г представлена схема выключателя переменного тока, на фиг.2 диаграммы тока в главной цепи выключателя и напряжений на элементах схемы.

Выключатель переменного тока фиг.1 содержит первый тиристорный коммутатор 1, последовательно с которым включены реактор 2и датчик 3 тока. Первый тиристорный коммутатор 1 содержит два .встречно-параллельно включенных тиристора 4 и 5, а датчик 3 тока состоит из трансформатора 6 тока, вторичная обмотка которого че1

рез выпрямительный мост 7 подключена к измерительному резистору 8.

Кроме того, выключатель переменного тока содержит блок 9 управления первым тиристорным коммутатором 1. Блок У управле1шя содержит инвертор 10 (логическая схема НЕ), выход которого .соединен с входом логической схемы И (на два входа) 11, вы- .ход, логической схемы И 1 соединен с входом усилителя 12, выходы которого соединены с цепями управления тиристоров 4 и 5, второй вход логической схемы И 11 соединен с зажимом 13 управления, на который поступает сигнал управления выключателем.

Выю.ючатель переменного тока содержит также блок 14 защиты, состоящий из порогового элемента 15 и элемента 16 памяти, причем вход блока 14 защиты (вход порогового элемента 15) соединен с выходом датчика 3 тока (с измерительным резис- TOROM 8), выход порогового элемента 15 соединен с входом элемента 16 памяти, выход которого соединен с.входом блока 9 управления (входом инвертора 10).

Выключатель переменного тока снабжен вторы м тиристор1й1м коммутатором 17, содержащим встречно-параллельно включенные тиристоры 18 и 19, и блоком 20 улравления вторым тиристорным коммутатором 17, Блок 20 управления содержит логическую схему И (на два входа) 21, элемент 22 памяти и уси

2772342

литель 23, выходы которого соединены с цепями управления тиристоров 18 и 19, Один из входов блока 20 управления (вход логической схем И 2)

5 соединен с вторым выходом блока 14 защиты, выход логической схемы 21 соединен с входом элемента 22 памяти, а выход последнего соединен с входом усилителя 23. В состав вы10 ключателя входит блок 24 контроля скорости изменения тока, который содержит трансформатор 25 напряжения, , первичная обмотка которого через ограничительшж резистор 26 под)5 ключена параллельно токоограничиваю- щему реактору 2, а вторичная обмотка - через выпрямительный мост 27 к измерительному резистору 28.

Нуль-орган 29 состоит из порого20 вого элемента 30 и инвертора (логической схемы НЕ) 31, причем вход нуль-органа 29 (вход порогового элемента ЗО) соединен с выходом блока 24 контроля скорости изменения

25 тока (с измерительным резистором 28 выход порогового элемента 30 соединен с входом инвертора 31, а выход нуль-органа 29 (вход инвертора 31} с вторым входом блока 20 .управления. Зажимы 32 и 33 выключателя служат для подключения силовой цепи. Блок 34 питания обеспечивает соответствующими напряжениями все элемергты схемы управления выключатеглем.

На фиг.2 приняты следующие обозначения; i -ток в главной цепи выключателя, и - напряжение на выходе блока 24 контроля скорости изменения тока (напряжение на измерительном резисторе 28), и„ - напряжение на

30

35

45

40 --- 2 выходе блока 14 защиты, U - напряжение на выходе нуль-органа 29, U - напряжение на выходе блока 9 управления, Ug - напряжение на выходе блока 20 управления.

Выключатель переменного тока работает следующим образом.

Предварительно включается блок 34 питания. При отсутствии сигнала на зажиме 13 управления отсутствует сигнал на выходе логической схемы И 1 так как на ее входе, связанном с зажимом 13 управления, сигнал отсутствует, следовательно, отсутствует сигнал на входе и, соответствен55 но, на выходе усилителя 12. Блок 9 управления не подает управляющие сигналы на тиристоры 4 и 5 тиристор- ного коммутатора 1, тиристоры 4 и 5

50

отключены, и выключатель находится в отключенном состоянии.

Для включения выключателя на зажим 13 управления подается сигнал, которьш поступает на вход логическо схемы И 11, на второй вход которой поступает сигнал с выхода инвертора 10 (сигнал на выходе инвертора 10 имеет место, так как на его вход не поступает в нормальном режиме сигна с блока 14 защиты). На выходе логической схемы И 1I появляется сигнал который поступает на вход усилителя 12, с выходов последнего сигналы управления поступают на управляющие электроды т-ристоров 4 и 5 тиристор ного коммутатора 1, чем обеспечивается включенное состояние тиристоров 4 и 5 и выключателя в целом.

Во включенном состоянии выключателя по его главной цепи первый тиристорный коммутатор 1 - реактор 2 - датчик 3 тока протекает переменный ток нагрузки. Указанный ток в датчике 3 тока трансформируется трансформатором 6 тока и через выпрямительный мост 7 поступает на измерительный резистор 8, В нормальном режиме падение напряжения на измерительном резисторе 8 ниже порога срабатывания порогового эле- .мента 15, и срабатывания его не происходит, а значит, не срабатывает и блок 14 защиты. Падение напряжения от тока нагрузки на реакторе 2 практически равно ЭДС самоиндукции реактора, т.е. пропорционально скорости изменения тока нагрузки. Указанное падение напряжения поступает на первичную обмотку трансформатора 25 напряжения и блока 24 контроля, с вторичной обмотки трансформатора 25 напряжения напряжение через выпрямительный мост 27 поступает на измерительный резистор 28, таким образом, напряжение на измерительном резисторе 28, т.е. напряжение на выходе блока 24 контроля, пропорционально модулю скорости изменения тока в главной цепи фиг.2 диаграмма для и, С выхода блока 24 контр- ля напряжение поступает на вход нуль-органа 29. Так как пороговое напряжение порогового элемента 30 достаточно мало (,U на диаграмме U, фиг.2), то пороговый элемент 30 на- ходится во включенном состоягши в течение почти всего полупериода, а выходит из включенного состояния тог

2344

да, когда сигнал на его входе достаточно мал, т.е. скорость изменения тока нагрузки близка к нулю. Поскольку выход порогового элемента 30 сое- динен с входом инвертора 31, на выходе инвертора 31 напряжение появляется тогда, когда пороговый элемент 30 отключен, следовательно, напряжение на выходе нуль-органа 29 имеет место только при скорости изменения тока нагрузки близкой к нулю (фиг.2 диаграмма для U на интервале от О до t|). Напряжение с выхода 1гуль-ор- гана 29 поступает на вход блока 20 управления, однако на втором входе этого блока сигнал в нормальном режиме отсутствует, и, соедовательно, блок 20 управления не включается.

Для оперативного отключения вы- ключателя снимается сигнал управления с зажима 13 управления, выключаются логическая схема И 1I и усилитель 12, снимаются сигналы управления с тиристоров 4 и 5, и при переходе тока нагрузки через ноль отключается тот из тиристоров, который находился во включенном состоянии. Цепь тока нагрузки разрывается - выключатель переходит в отключенное состояние.

Если при включенном выключателе происходит КЗ в главной цепи, ток начинает возрастать и напряжение на измерительном резисторе 8 датчика тока 3 достигает порога срабатывания

порогового элемента 15. Указанный порог срабатывания соответствует току уставки защиты (см. фиг.2, t, - момент начала КЗ, t , - момент достижения током в главной цепи значения

тока уставки I,,. Пороговый элемент 15 срабатывает, а на выходе его появляется сигнал, который поступает на вход элемента 16 памяти, приводит к срабатыванию последнего и возникновению сигналов на его выходах, т.е. срабатывает блок 14 защиты в целом (фиг.2, диаграммы для U). Сигнал с одного из выходов блока 14 защиты поступает на вход блока 9 управления, т.е. на вход инвертора 10. С выхода инвертора 10 снимается- сигнал, соответственно снимается сигнал с одного из входов логической схемы И II, последняя отключается и

снимает напряжение с входа усилителя 12, который, в свою очередь, снимает напряжение управления с тиристоров 4 и 5 (фиг.2, диаграмма для U). Тот

из тиристоров, который находился в проводящем состоянии, продолжает проводить .Ток. Когда ТКЗ достигает максимального значения, скорость его изменения становится близка к нулю и на выходе нуль-органа 29 появляет- cfi сигнал (момент времени t на фиг.2), Упомянутый сигнал поступает на вход блока 20 управления вторым тиристорным коммутатором 17, т,е, на вход логической схемы И 21, на второй вход которой поступает сигнал с блока 14 защиты. Логическая схема И 21 срабатывает и своим выходным сигналом включает элемент 22 памяти, крторый, в свою очередь, включает усилитель 23, выходные напряже:ния последнего, представляющие собой ходные напряжения блока 20 управления, поступают на цепи управле:ния

тиристоров 18 и 19 второго тиристор- ного коммутатора 17 (выходное напряжение блока 20 управления, диаграмма для Ug на фиг.2). Тиристор 18 (или 19,) включается и шунтирует реак тор 2, характер тока в главной цепи меняется (фиг.2 , диаграмма для i, штриховой линией показан ТКЗ при отсутствии второго тиристорного коммутатора). Ток в главной цепи достигает нулевого значе1дая в момент времени t , и в этот момент отключается тот из тиристоров (4 ипи 5) первого тиристорного коммутатора 1, который находился во включенном состоянии (штрих-пунктирной линией на фиг.2 показан ТКЗ, который был бы в цепи, если бы не произошло отключение первого тиристорного коммутатора,). Процесс отключения аварийного тока на этом заканчивается.

Для возврата схемы в исходное состояние готовности и включению выключателя достаточно отключить и вновь включить блок 34 питания, при этой операции элементы памяти 16 и 22 блока 14 защиты и блока 20 управления восстанавливают исходное состояние и снимаются сигналы с выходов упо1 инутых блоков.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает расширение области применения вследствие того, что допапнительно введенные элементы производят шунтирование токоограничивающего реактора в инт,ервале коммутации, чем изменяется соотношение принужденной и свободной сос

77234ft

тавляющих ТКЗ и обеспечивается изменение знака ТКЗ уже в течение первого полупериода после шунтирования токоограничивающего реактора, а это, в свою очередь, гарантирует отключение тир исторного коммутатора с естественной коммутацией.

Так, приЧ 0 максимальное з иаче- ние ТКЗ достигается при }0 при этом

Е

f- -

аГ

25к( 2 f. к

Еачи при этом происходит включение второго тиристорного коммутато- 15 ра, то параметры контура КЗ изменяются. ) 1дя этапа, который начинается с момента пунтирования реактора t t, +1 .

)(t, +1:) )t . 20 Принужденная составляющая на этом этапе

iU - f sin(.1- |),

X ц

где х - индуктивное сопротивление контура КЗ после шунтирования реактора,

а свободная составляющая ТКЗ на этом этапе, с учетом того, что , ) - начальное значение ТКЗ для рассматриваемого этапа.

Сб к(Ь,) - ), сб v -

л„ X .,

Из полученного соотношения следует, что величина свободной составляющей ТКЗ определиееся соотношением

Например, если х то

свободная составляющая ТКЗ в этом случае полностью исключена.

Пренебрегая, как и ранее, затуханием свободной составляющей, получим, что ТКЗ на этом этапе опреде

ляется по выражению i-K inp + i o6 i -| sin(u37-l)+E(§- - irX

x:

K, ,

i a (22j ,)

x;

K

Так как x x ,

TO -- 2, XK

a (

2x1

.5JS x,

- l), следовательно, при изменении t от О неизбежно имеет место изменение знака ТКЗ, т.е. переход через нулевое значение уже в первой половине периода после шунтирования токоограничивающего реактора, что

обеспечивает отключение тиристорного коммутатора с естественной коммутацией .

Формула изобретения

Выключатель переменного тока, содержащий первый тиристорный коммутатор, реактор, датчик тока, блок защиты и блок управления первым тирис- торным коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного коммутатора, первьй вход блока управления первым тиристорным коммутатором соединен с управляющим входом выключателя переменного тока, второй вход указанного блока управления соединен с первым выходом блока защиты, вход блока защиты подключен к выходу датчика тока, первый вход которого соединен с первым выходом выключателя переменного тока, а второй его вход подключен к первому выводу реактора, второй вывод реактора соединен с первым выходом

8

указанного первого тиристорного крм мутатора, второй выход которого подключен к второму выходу выключателя переменного тока, отличающи с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, в него введены второй тиристорньй коммутатор , блок управления вторым тиристорным коммутатором, блок контроля скорости изменения тока и нуль- орган, причем первый и второй выходы второго тиристорного коммутатора соответственно подключены к первому и второму выводам реактора, первый вход блока управления вторым тиристорным коммутатором подключен к выходу нуль-органа, второй вход блока управления вторым тиристорным ком- : мутатором соединен с рторым выходом блока защиты, вход нуль-органа подключен к выходу блока контроля скорости изменения тока, первый и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым вьгеода- ми реактора.

Изобретение относится к области низковольтной аппаратуры, в частности к выключателям переменного тока, выполняющим функции аварийного отключения потребителей, и к выключателям, выполняющим функции оперативного включения И отключения потребителей. Цель изобретения - расширение области применения. Существо предложения заключается в том, что реактор 2, включенный последовательно с главным ключом 1 переменного тока в силовой цепи, во время протекания тока КЗ по зтой цепи шунтируется дополнительным ключом 17 переменного тока. В результате этого ток КЗ всегда принимает нулевое значение и тиристоры 4,5 главного ключа 1 пе-г ременного тока всегда коммутируются. 2 ил, зг с € (Л 13 to ю со {ai gyvff/ 4J3

Составитель Г.Корсаков Редактор Л.Веселовская Техред Л. СердюковаКорректор А.Тяско

Заказ 6689/49Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

, Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4