Устройство для защиты от сквозных токов короткого замыкания Советский патент 1988 года по МПК H01H71/43 

Фиг.1

1137

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрооборудованию низковольтных электроэнергетических сетей, и может быть использовано для быстродействующей защиты пускорегулирующей аппаратуры, содержащей полупроводниковые элементы.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлено устройст

во, общий вид; на фиг. 2 - схема протекания тока в устройстве (направление тока показано стрелками); на фиг. 3 - осциллограммы изменения токов.

Устройство для защиты электрооборудования от сквозных токов короткого замыкания содержит (фиг. 1) двуплечий П-образный электродинамический элемент 1, жестко укрепленный на поворотной изоляционной раме 2 так, что ось 3 поворота рамы 2 совпадает с осью симметрии электродинамического элемента 1, два петлевых токоподвода 4 и 5, электрически соединенные последовательно .один с другим с помощью перемычки 6, соединяющей концы тех ветвей токопод- водов 4 и 5, в направлении к которьтм необходим поворот электродинамического элемента 1, и с электродинамическим элементом 1 с помощью гибкого соединения 7, токоподвод 8, соединенный электрически с электродинамическим элементом 1 с помощью гибкого соединения 9, токоподвод 10, электрически изолированный от токо- подводов 4, 5 и 8 и от электродинамического элемента 1, и шунтирующие контакты 11 и 12,из которых подвижный контакт 11 укреплен- на кон,- це того плеча электродинамического элемента Т, с которым соединен токоподвод 8, а неподвижный контакт 12 на изолированном токоподводе 10. I .

Поворотная рама 2 с укрепленным на ней электродинамическим элементом 1 удерживается в исходном положении возвратной пружиной 13. В этом положении поворотная рама 2 спирается на соответствующие ветви петлевых токоподводов4 и 5. Зазоры между плечами электродинамического элемента 1 и теми ветвями токоподводов 4 и 5, в направлении к которым необходим его поворот, выбирается больше, чем зазор шунтирующих контактов 11 и 12 с тем, чтобы в их

0

замкнутом состоянии предотвратить иные соприкосновения токоподводов 4 и 5 с электродинамическим элементом 1 .

Защищаемое электрооборудование 14 (фиг. 2) подключается к токопод- водам 8 и 10, а устройство включается в электроэнергетическую сеть токоподводами 4 и 10. Устройства может быть выполнено в виде конструктивного узла, встраиваемого в защищаемое электрооборудование,или может представлять.собой универсаль- ный конструктивный блок с регулятором тока срабатывания.Ток срабатывания устройства регулируется натяжением возвратной пружины 13.

На осциллограмме (фиг. 3) обозначено: 1 - ток в электроэнергетической сети, ток в защищаемом

- ток в це0

эо о электрооборудовании, I

шк

пи шунтирующих контактов, t, - момент возникновения короткого замыка- ния, t момент замыкания шунтирующих контактов устройства, t - момент срабатывания фидерного автоматического выключателя; t - момент полного отключения тока I., 1 - ток нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

При нормально возможных режимах работы электрооборудования протекаю5

0

5

0

5

щий по нему ток 1„ (фиг. 3) не превосходит предельно допустимый,Поворотный момент электродинамических усилий,создаваемых этим током между петлевыми токоподводами 4 и 5 и соответствующими плечами электродинамического элемента 1, недостаточен для преодоления момента, создаваемого усилием возвратной пружины 13. В этом случае весь ток сети,поступающий на токоподвод 10, протекает по цепи, состояющей из последовательного соединения электрооборудования 14 токоподвода 8,гибкого соединения 9, электродинамического элемента 1, гибкого соединения 7,петлевого токоподвода 5, перемычки 6 и

петлевого токоподвода 4.

I,

При возникновении в момент времени t (фиг.З) в электроэнергетической сети короткого замыкания в ней протекает быстро нарастающий сквозной ток 1. При этом момент, создаваемый электродинамическими силами относительно поворотной оси 3,

превьппает момент усилия возвратной пружины 13. Электродинамический элемент 1 вместе с поворотной рамой 2 поворачиваетбя вокруг поворотной оси 3,-и в момент времени t шунтирующие контакты 11 и 12 замыкаются после чего основная доля тока короткого замыкания протекает от токо- подвода 10 к петлевому токоподводу 4 через шунтирующие контакты 11 и 12, электродинамический элемент 1, гибкое соединение 7, петлевой токо- подвод 5 и перемычку 6. При этом ток в защищаемом электрооборудовании I,Q протекающий по защищенному устройством электрооборудованию 14 через токоподвод 8 и гибкое соединение 9, в десятки раз меньще,чем сквозной ток короткого замыкания. Поэтому за время отключения тока короткого замыкания фидерным автоматическим выключателем (интервал времени t,-t4 на фиг. 3) повреждения электрооборудования не происходит.

Благодаря тому,что инерционность П-образного электродинамического элемента 1, плечи которого на всем их протяжении максимально приближены к поворотной оси 3, значительно (на порядок) меньше, чем инерционность электродинамических элементов с одинаковыми размерами плеч в известных устройствах,быстродействие предлагаемого устройства существенн выше. Кроме того, повышению быстродействия способствует то, что независимо от состояния шунтирующих контактов 11 и 12 (замкнуты или разомкнуты) весь ток короткого протекает всегда по обоим петлевым токоподводам 4 и 5 .и электродинамическому элементу 1, т.е. электродинамическое усилие срабатывания развивается всем электродинамическим контуром устройства и не изменяется при замыкании шунтирующих контактов 11 и 12. Тем самым обеспечивается также надежное контактирование шунтирующих контактов

11и 12 после их замыкания. Повьш1ение надежности контактирования шунтирующих контактов 11 и

12достигается также тем,что у П- образного электродинамического элемента 1 они расположены на значительно меньшем расстоянии от оси поворота, чем в известных устройствах (при идентичных размерах плеч).

0

5

0

5

0

5

0

5

При этом соответственно возрастают контактные нажатия на шунтирующих контактах.

Повьш1енное быстродействие и надежное контактирование шунтирующих контактов позволяют применять его для .защиты электрооборудовання содержащего полупроводниковые элементы, как от сквозных токов короткого замыкания, так и от длительных недопустимых токов перегрузки поду- проводниковых элементов (например, в вынужденных аварийной ситуацией режимах работы).

Для исключения ложного срабатывания поворотного электродинамического элемента 1 при эксплуатации устройства в условиях ударных сотрясений и вибраций (например, на судах морского флота) он вместе с поворотной рамой 2 выполнен статически уравновешенным относительно поворотной оси 3,

При идентичных размерах плеч электродинамических элементов время срабатывания предлагаемого устройства в среднем примерно в 3 раза меньше, чем известного.

Например, при токе короткого замыкания в испытательной цепи, равном 10 кА (установившееся значение), и постоянной времени цепи 2,5 мс время срабатывания устройства с П- образным электродинамическим элементом составляет не более 0,003 с, а у . известного устройства достигает 0,005 с. Нажатия на шунтирующих контактах при этом токе составляют соответственно 68 и 38 Н. Испытания макета предлагаемого устройства с защищаемым им полупроводниковым преобразователем на номинальный ток 300 А показывают,что при всех сквозных токах короткого замыкания, которые устанавливаются в испытательной цепи (до 20 кА), выход из строя полупроводниковых элементов не наблюдается.

Предлагаемое устройство наиболее целесообразно использовать для быстродействующей защиты как от сквозных токов короткого замыкания, так и от токов недопустимой перегрузки низковольтного электрооборудования содержащего полупроводниковые элементы и/или установленного в мощных электроэнергетических сетях малой

протяженности,в которых токи короткого замыкания достигают сотен ки- поампер (например, в судовых электроустановках) .. Формула изобретени

Устройство для защиты от сквозных токов короткого замыкания ,содержащее поворотную ось, двуплечий поворотный электродинамический эле- мент,статически уравновешенный относительно поворотной оси, два петлевых токоподвода, электрически соединенные с двуплечим поворотным электродинамическим элементом гибки- ми соединениями, и шунтирующие контакты, из которых подвижный закреплен на одном из плеч двуплечего поворотного электродинамического элемента, а неподвижный - на третьем токоподводе, электрически изолированном от двуплечего поворотного

электродинамического элемента, о т- личающееся тем,что, с целью повышения быстродействия,оно снабжено перемычкой и поворотной изоляционной рамой, жестко связанно с поворотной осью, двуплечий поворотный электродинамический элемент выполнен П-образным и жестко укреплен на поворотной изоляционной раме так, что поворотная ось совпадает с осью симметрии двуплечего поворотного электродинамического элемента, а петлевые токоподводы электрическ соединены между собой указанной перемычкой по концам тех ветвей, к которым поворачивается двуплечий поворотный электродинамический элемент, и охватывает участки двупле- чено поворотного электродинамического элемента, которые расположены параллельно поворотной оси.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для быстродействующей защиты пус- корегулирующей аппаратуры. Целью изобретения является повышение быстродействия.Устройство содержит двуплечий П-образный электродинамический элемент (ЭДЭ) 1, жестко укрепленный на поворотной изоляционной раме (ПР) 2 так,что поворотная ось 3 ПР 2 совпадает с осью симметрии ЭДЭ 1. Петлевые токоподводы 4 и. 5 электрически соединены последовательно друг с другом с помощью перемычки 6, соединяющей концы тех ветвей токоподводов 4 и 5, в направлении к которым поворачивается ЭДЭ 1 и с ЭДЭ 1 с помощью гибкого соединения 7. 3 ил. «

„,-

Фаг. 2

IH 30

IH

4УА/

tj tztj tif

Фиг.З

ч