Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H01H9/30 

вале, когда ток разряда конденсатора превышает отк;:ючаемый ток, обеспечивая фово- дящее состояние всех диодов одноЕЗремеи- но. Поскольку падение напряжения па веп-. тилях, шунтирующих размыкаемые контак

Изобретение относится к низковольтному электроанпаратостроению, в частности может быть иснользовано нри создаЕши ав- томатичееких выключателей трехфазного неременного тока (в дальнейн1ем нросто «вы- ключателей), имеющих высокоэф фективное токоог1)аничение нри отключениях токов коронного замыкания и новышениую цикло- CToii кость.

Цель изобретения -- новышение быстро- действия при включении и умешзшеиие э.лект- рического износа контактов.

Па фиг. 1 и 2 представлены вариа П ы схем выключателей; на фи1 . 3 и 4-времеи- иые диаграммы, характеризующие процесс отключения.

В вык.чючателе (фиг. ) 11ара,:1лельис) силовым контактам 1---3, устаг()вле1п-1ым в еоответствующих нолюсах фаз А. В, С, подключены диодные выпрямительные мосты 4- 6, к выводам коммутирующе цени 7 п(хтключеньл выводь диодных выпрямительных мостов но постоянному току, которые соединс иы между собой через тиристоры 8-10. Коммутирующая непь 7 образована из последовательно соединенtnjx нредварп- тельно заряженного конденсатора, катугикп индуктивности (в качестве которой может иснользоваться кату1ика управления индук- нионпо-дина ми чес кого привода размьп ании контактов 1--3 и тиристор) через развяз,- ваюпи1е диоды 11 --- 6.

В выключателе (фиг. 2), в отличие от вык.чючателя но фиг. 1, ветречно включенные диоды мостов 4--6 заи1ун.тированы нарами встречь Ю-последовательно включенных тиристоров 17---22, один выход, диодных зы- нрямите.чьных мост ов по постоянному току непосредственно подключен к соответствук )- Hic.My выводу коммутирующей, и.ени 7, другой вывод которой нодк. Почеи к д.ругому выходу диодных выпрямите;1ьных мостов по постоянному току через развязывающие диоды 14--16, причем диодные выпрямитель- ные мосты 4-6 здесь подключены меж, собой параллельно.

На фиг. 3 и 4 пр-иБе.:1ены време ные диаграммы токов (в одной из фаз сети -- /; в цепи контактов полюса этой же фазы -- /А.; ток разряда конденсатора коммутирующе( цепп ---- /с), напряже15ия па кон.дексато ое (Uc) и расстояния между э.чектродами размыкаемых контактов (X) при отключении выты, значительно MCHbUje напряжения горения дуги, в устройстве обеснечивается бездуговое размыкание контактов 1-3. Онисан также другой вариант устройства. 2 с.п.

ф-лы, 4 ил.

0

Q

5

--.;

0 5 .

5

ключателями токов нагрузки двумя способами. При первом способе (фиг. 3), когда в качестве катушки индуктивности в коммутирующей цепи 7 используется катущка управления индукционно-динамического привода размыкания контак Ч)в, разряд конденсатора осуществляется не посредетвепно в момент отключения / 0. а при второ.ч способе (фиг. 4). когда в вьшлючателях используется автономный источник нитания привода размыка1-пгл контактов (на фиг. и 2 1-:е показан), разряд ко11денсатора коммути- руюп1,ей цепи 7 осуществляется с задержкой во времени :-.ад относительно мо.мента ввода в действие гшивода .

Работу выклю чателей характеризуют режимы включений и отключения. Включение выключателей (фиг. 1 и 21 оеуществляется следующи.м образом. 3 момент включения од.ь овремеппо подается ко.манда на замыкание контактов i -3 и одиночный импулье управления (с длительЕ;остью, превышающей время замыкания контактов 1-3) подается на тиристоры 8--10 в выключателе на фиг. 1 и тиристоры 17--22-в выключателе на фиг. 2. При этом контакты i -3 на етадии замыкания оказываются зап1унтирова1111ыми токо- н| 1оводяишми иол у п рог-од ни ковы ми ключами неременного тока, благодаря чему обеспечивается как новьанение быстродействия, так и иск.иючается д.угооб 1азование на контак- т, :х при включении (учитывая, что падение напряжения на И1унтирующих контак- ть; нолуироводпиковы.х ключах значительно ниже напряжения дугообразования).

При отключениях, осччцествляе.мых вы- к.лючателями (фиг. 1 и 2) по первому способу коммутации (разряд конденсаторов ком- му| ируюп1ей цепи 7 через катущку управ- ипдуКППопио-динамического привода щзмыкапия контактов без дополнительной 5ыдержки времени), з начальный мо.мент коммутации (фиг. 3) одиночный импульс управления подают ка тиристор ко.ммутирую- щей це1И4 7. В этом случае предварительно заряженный конденсатор перезаряжается через катушку управления общего на все три полюса чндукциопно-динамического привода размыкания контактов и тиристор ком- мутируюш.ей neiiH 7, а также диоды вы- прямителыи,1х мостов 4 --б и развязывающие диоды 11 -16 для выключателя на сЬиг. I, и 14---16 ---- для выключателя на

фиг. 2. При этом обеспечивается размыкание контактов (замкнутых в предкомму- тационный период) и на интервале , когда ток разряда конденсатора ic превышает отключаемый i, обеспечивается проводящее состояние всех одновременно диодов в схемах выключателей на фиг. 1 и 2. Поскольку падение напряжения на вентилях, шунтирующих размыкаемые контакты на интервале, значительно меньще напряжения горения дуги, в схеме обеспечивается бездуговое размыкание контактов 1-3.

На интервале времени to силовые клеммы выключателей оказываются закороченными между собой с помощью токопроводя- щих диодов 4-6, 11 -16 в выключателе на фиг. 1 и 4-6, 14-16 - в выключателе на фиг. 2, благодаря чему ограничивается скорость нарастания тока в цепи размыкаемых силовых контактов (диаграмма г д., фиг. -3) и практически устраняется зависимость времени деионизации межконтактного промежутка от скорости нарастания тока сети, т. е. повышается быстродействие выключателя. Кроме того, благодаря этому при отключении ограничивается по амплитуде и длительности ток в нагрузке, т. е. улучшаются защитные характеристики выключателей. Параметры катушки управления привода и конденсатора коммутирующей цепи 7 при данном способе коммутации выбираются из следующих условий: размыкание контактов должно осуществляться на достаточное расстояние, при котором обеспечивается восстановление электрической прочности межконтактных промежутков, за время выключения tb (практически это расстояние составляет 0,5-1 мм); время проводящего состояния шунтирующих силовые контакты диодов to, т. е. время, при котором обеспечивается выполнение условия при разомкнутых контактах, должно превыщать сумму времени горения короткой электрической дуги отключения (tn) и времени восстановления электрической прочности межконтактного промежутка (/вм).

При использовании в выключателях (фиг. 1 и 2) привода размыкания контактов с управлением от автономного источника питания (второй способ коммутации) ввод в действие тиристора коммутирующей цепи 7, как уже отмечалось, осуществляется с задержкой во времени (Ьад) относительно момента времени ввода в действие привода 0 (фиг. 4). В данном случае первую часть времени выключения (Ьад) размыкание силовых контактов 1-3 осуществляется без щунтирования силовых контактов полупроводниковыми ключами; т. е. с дугой, а оставшуюся часть времени выключения (Ь-Ьад) размыкание силовых контактов 1-3 осуществляется при их шунтировании полупроводниковыми ключами, т. е. без дуги. Последнее достигается за счет того, что в момент времени

0

5

5

включается тиристор коммутирующей цепи 7, благодаря чему происходит перезаряд конденсатора через катушку индуктивности и диоды выключателей, обеспечивая токопроводя- щее состояние последних на интервале /о. Поскольку ввод в действие тиристора в коммутирующей цепи 7 в данном случае осуществляется уже при наличии электрической дуги между электродами контактов, то при данном способе коммутации параметры катушки индуктивности и конденсатора в коммутирующей цепи 7 выбираются из условия превыщения времени проводящего состояния шунтирующих силовые контакты диодов (/о), т. е. из условия выполнения неравенства вида в течение времени to, а также из условия превышения временем to суммы времени гашения электрической дуги отключения (tn и времени восстановления электрической прочности межконтактного промежутка (tea). При этом в 0 момент времени выключения t« расстояние между электродами контактов должно превышать минимально допустимое, при котором обеспечивается восстановление электрической прочности межконтактного промежутка (0,5-1 мм).

При предъявлении требования к времени выключения более полупериода колебаний напряжения сети в выключателе (фиг. 2) может быть использована естественная коммутация, а не искусственная конденсаторная коммутация (как ранее рассматривалось) вентилей полупроводниковых ключей, шунтирующих силовые контакты, при которой выключение вентилей происходит в момент перехода тока в нагрузке через нулевое значение. Применение естественной коммутации в данном случае более рационально, поскольку при коммутации нагрузки индуктивного характера в момент перехода тока нагрузки через нулевое значение отсутствуют коммутационные перенапряжения в сети. Работа включателя (фиг. 2) при этом также зависит от того, как осуществляется управление приводом размыкания контактов и состоит в следующем. Если управление приводом осуществляется с помощью конденсатора коммутирующей цепи 7, то при отключении импульсы управления в схеме одновременно подаются на тиристоры 17-22 и тиристор коммутирующей цепи 7, причем длительность импульсов управления, поступающих на тиристоры 17-22, должна превышать время деионизации межконтактных промежутков разомкнутых контактов, т. е. время в, характерное для случая искусственной конденсаторной коммутации. При этом в течение времени действия импульсов управления тиристора.ми 17-22 работа выключателя аналогична ранее описанному для случая искусственной конденсаторной коммутации, а после окончания времени действия импульсов управления тиристорами 17-22, т. е. после окончания

0

5

0

5

0

5

действия импульса перезаряда конденсатора коммутирующей цепи 7, ток нагрузки продолжает еще протекать часть полупериода колебаний напряжения сети через полупроводниковые ключи , шунтирующие контакты (ключи, образованные тиристорами 17-22 и включенными параллельно им диодами мостов 4-6), до моментов смены полярности токов нагрузки в соответствующих полюсах выключателя, т. е. до моментов естественной коммутации тиристоров полупроводни- ковых ключей в соответствующих полюсах. Если в выключателе (фиг. 2) используется привод размыкания контактов с питанием от автономного источника, то при отключении в схеме одновременно подается команда на размыкание контактов и подаются импульсы управления длительностью, превышающей время деионизации межконтактных промежутков разомкнутых контактов, на тиристоры 17-22. При этом имеет место бездуговое размыкание контактов с естественной коммутацией щунтирующих контакты полупроводниковых ключей.

Очевидно, что в выключателе (фиг. 2) может быть использовано два вида бездуго

вой коммутации: естественная и искусствен- 25 тиристоров, отличающийся тем, что, с целью

ная конденсаторная, причем естественная коммутация может быть использована в режимах отключений токов нагрузки, а искусственная конденсаторная коммутация может быть использована как в режимах отключений токов нагрузки при повышенных требованиях к быстродействию, так и в режимах аварийных отключений токов короткого замыкания. Исходя из ;)того схема на фиг. 2 имеет более широкую область применения в сравнении со схемой на фиг. 1.

Формула изобретения

. Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные диодными выпрямительными мостами, а также общую коммутирующую цепь, образованную из последо

вательно соединенных предварительно заряжаемого конденсатора, катушки индуктивности и тиристора, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия и уменьще- ния электрического износа контактов, в него введены три тиристора и шесть развязывающих диодов, причем выходы каждого из трех диодных выпрямительных мостов по постоянному току зашунтированы тиристором, первые выводы диодных выпрямительных мостов по постоянному току объединены между собой через первые три развязывающих диода и подключены к одному из выводов общей коммутирующей цепи, вторые выводы диодных выпрямительных мостов постоянного тока объединены между собой через Е торые три развязывающих диода и подключены к другому выводу общей коммутирующ.ей цепи.

2. Трехфазный быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, содержащий, в калсдом полюсе силовые контакты, защунтированные диодными выпрямительными мостами, а также общую коммутирующую цепь, образованную из последовательно соединенных предварительно заряжаемого конденсатора, катущки индуктивности и

тиристоров, отличающийся тем, что, с целью

повышения быстродействия при включении и уменьшения электрического износа контактов, в него введено щесть тиристоров и три развязывающих диода, причем первые выводы диодных выпрямительных мостов объединены между собой непосредственно и подключены к одному из выводов общей коммутирующей цепи, вторые выводы диодных выпрямительных мостов объединены между собой непосредственно и через развязывающие диоды, точка объединения вторых выводов диодных выпрямительных мостов через развязывающие диоды соединена с другим выводом обндей коммутирующей цени, силовой контакт в каждом полюсе за- шунтирован парой встречно-последовательно включенных тиристоров, точка соединения тиристоров каждой пары подключена к другому вывбду диодного выпрямительного моста, шунтирующего данный силовой контакт.

Изобретение относится к низковольтному электроаппаратостроению и, в частности, может быть использовано при создании автоматических выключателей трехфазного переменного тока, имеющих высокоэффективное токоограничение при отключении токов короткого замыкания и повышенную циклостойкость. Целью изобретения является повышение быстродействия при включении и уменьшение электрического износа контактов. В момент включения одновременно подается команда на замыкание контактов 1-3, и одиночный импульс управления (с длительностью, превышаюш,ей время замыкания контактов 1-3) подается на тиристоры 8-10. При этом контакты 1-3 на стадии замыкания оказываются зашунти- рованными токопроводяш,ими полупроводниковыми ключами переменного тока. При отключении одиночный импульс управления подают на тиристор коммутирующей цепи 7, использующей в качестве катушки индуктивности катушку управления индукцион- но-динамического привода размыкания контактов 1-3. В этом случае предварительно заряженный конденсатор перезаряжается через катушку управления привода, а также диоды выпрямительных мостов 4-6 и развязывающие диоды 11 -16. При этом обеспечивается размыкание контактов на интерВ (Л ю 00 со 00 ;о

Otl

Фиг.З

i,u,

ФигЛ

Редактор А. Сабо Заказ 6848/54

Составитель А. Каретников

Техред И. ВересКорректор А. Обручар

Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам нзобретений и открытий

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

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