Автоматический выключатель Советский патент 1991 года по МПК H01H73/38 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в низковольтных коммутационных аппаратах, в частности в автоматических выключателях.

Целью изобретения является повышение точности работы выключателя.

На чертеже показана принципиальная схема выключателя в однополюсном исполнении.

Автоматический выключатель содержит механизм электродинамического разведения подвижных контактов 1 с неподвижными контактами 2, электромагнитный расцепитель 3, механизм свободного расцепления 4, рукоятку 5, исполнительный механизм 6 узла контроля энергии дуги отключения, содержащего блок питания 7, подключенный к независимому источнику, содержащий в свою очередь накопительный конденсатор 8, подключенный к выходу блока питания, безындуктивный шунт 9, включенный в рассечку шины соответствующего полюса, делитель напряжения 10. перемножитель сигналов 11, интегратор 12. первый пороговый элемент 13, второй пороговый элемент 14 и третий пороговый элемент 15,

логический элемент ИЛИ-НЕ 16. логический элемент И 17, преобразователь 18, электронное реле 19. дистанционный привод 20. воздействующий на рукоятку 5, и дугогасительную камеру 21, в которой размещены подвижные контакты 1 и неподвижные контакты 2.

Блок питания 7 содержит гальванически развязанные между собой цепи:

-входную цепь, подключенную к независимому источнику,

-выходную цепь с накопительным конденсатором 8. необходимым для обеспечения срабатывания исполнительного механизма 6 и питания преобразователя 18.

-выходную цепь, подключенную к остальным элементам узла контроля энергии дуги отключения.

Делитель напряжения 10. выполненный на резисторах, предназначен для преобразования высокого напряжения, снимаемого с подвижных и неподвижных контактов, в напряжение, необходимое для входного сигнала перемножителя сигналов 11. В качестве перемножителя сигналов может быть применена интегральная микросхема.

ё

О

ел о с о

00

Пороговые элементы 13, 14 и 15 представляют собой коммутирующие устройства, выполненные по схеме компаратора.

Порог срабатывания первого порогового элемента 13 настраивается на величину входного сигнала, соответствующего энергии дуги при коротком замыкании, происходящем на шинах, расположенных ниже второго (нижнего) выключателя.

Порог срабатывания третьего порогового элемента 15 настраивается на величину входного сигнала, соответствующего энергии дуги при коротком замыкании, происходящем на шинах, расположенных между первым и вторым (верхним и нижним) выключателями.

Так как энергия дуги при коротком замыкании на шинах между первым и вторым выключателями в 2-3 раза больше, чем в случае короткого замыкания на шинах ниже второго выключателя, то и порог срабатывания элемента 15 должен быть также в 2-3 раза больше порога срабатывания элемента 13

Преобразователь 18 представляет собой устройство, обеспечивающее гальвани- ческую развязку входного сигнала и усиление его по мощности, достаточной для управления электронным реле 19. В качестве преобразователя 18 может быть применен оптоэлектронный ключ.

Один из входов перемножителя сигналов 11 подключен через делитель напряжения 10 к подвижному контакту 1 и неподвижному контакту 2, а второй вход подключен к безындуктивному шунту 9. Выход перемножителя сигналов 11 подключен непосредственно по входу второго порогового элемента 14 и одновременно подключен через интегратор 12 ко входам первого порогового элемента 13 и третьего порогового элемента 15. Выходы второго порогового элемента 14 и третьего порогового элемента 15 подключены соответственно к первому и второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ 16, а его выход и выход первого порогового элемента 13 подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И 17, а выход последнего через преобразователь 18 подключен ко входу электронного реле 19, выход которого подключен к управляющей цепи исполнительного механизма 6 через блок питания 7

Автоматический выключатель работает следующим образом.

Во включенном положении выключателя подвижные и неподвижные контакты 1 и 2 замкнуты, конденсатор 8 заряжен до полного напряжения, при этом выходные цепи

блока питания 7 обеспечивают питанием все цепи узла контроля энергии дуги отключения.

При коротком замыкании под действием электродинамических сил. а затем после срабатывания электромагнитных расцепи- телей и под действием механизма подвижные 1 и неподвижные 2 контакты расходятся и в цепь вводится дуга, ограничивающая ток

0 короткого замыкания. При появлении дуги с делителя напряжения 10 на один из входов перемножителя сигналов 11 поступает напряжение, пропорциональное напряжению дуги, а на другой вход поступает напряже5 ние,снимаемое с шунга 9. пропорциональное току дуги, в результате на выходе перемножителя сигналов 11 появляется напряжение, пропорциональное мощности, выделяемой в дуге, а на выходе интегратора

0 12 появляется напряжение, пропорциональное энергии дуги.

Поскольку ток срабатывания электромагнитного расцепления 3 ниже уровня тока, ограниченного дугой, то за время

5 существования дуги происходит срабатывание механизма свободного расцепления 4, но при этом рукоятка 5 выключателя удерживается дистанционным приводом 20 во включенном состоянии.

0При коротком замыкании имеют место

два случая.

1. Короткое замыкание происходит на шинах, расположенных ниже второго выключателя. В этом случае энергия дуги будет

5 в 2-3 раза меньше по сравнению с энергией дуги в том случае, если бы короткое замыкание произошло на шинах, расположенных между первым и вторым выключателями. В результате сначала сработает второй поро0 говый элемент 14, настроенный на начальную мощность дуги, а затем сработает первый пороговый элемент 13, настроенный на меньший уровень энергии дуги, при этом третий пороговый элемент 15 не будет

5 срабатывать, так как он настроен на больший уровень энергии дуги. В результате на первом входе логического элемента ИЛИ- НЕ 16 и на втором входе логического элемента И 17 появится логическая 1, а на

0 втором входе логического элемента ИЛИ- НЕ 16 и первом входе логического элемента И 17 будет логический О. При этом на выходе логического элемента И 17 будет также сигнал нулевого уровня, в результате элект5 ронное реле 19 останется отключенным, а управляющая цепь исполнительного механизма 6 будет обесточена. Такое состояние будет поддерживаться в момент горения дуги. Как только дуга погаснет, выходной сигнал второго порогового элемента 14 станет

равен О, а на выходе первого порогового элемента 13 останется сигнал прежний, т.е. 1, так как интегратор 12 удерживает в памяти сигнал предшествующего режима горения дуги.

В результате на двух входах логического элемента ИЛИ-НЕ 16 будет О, а на двух входах логического элемента И 17 и на его выходе установится 1. Полученный сигнал через преобразователь 18 воздействует на вход электронного реле 19, которое сработает и подключит цепь питания исполнительного механизма 6, который в свою очередь сработает, в результате замкнутся подвижные 1 и неподвижные 2 контакты.

2. Короткое замыкание происходит на шинах, расположенных между вторым и первым выключателями. В этом случае в момент горения дуги на двух входах логического элемента ИЛИ-НЕ 16 будет 1, на первом входе логического элемента И 17 будет О, на втором входе логического элемента И 17 будет 1, в результате на выходе логического элемента И 17 будет О. При исчезновении дуги на первом входе логиче ского элемента ИЛИ-НЕ 16 установится О, на его втором входе будет 1. в результате на первом входе логического элемента И 17 будет О, на втором входе останется 1. а на выходе логического элемента И 17 будет оставаться сигнал нулевого уровня.

В результате электронное реле 19 не включится и исполнительный механизм 6 не сработает, как в момент горения дуги, так и после ее исчезновения.

В первом случае будет подана команда на взвод выключателя, это соответствует режиму КЗ, когда выключатель расположен по условиям селективности вне зоны срабатывания. Во втором случае когда на взвод вы- ключателя подаваться не будет, этот случай соответствует режиму КЗ, когда выключатель расположен ближе к источнику энергии, а в токоограничении участвуют как минимум два выключателя.

Таким образом, благодаря введению в узел контроля энергии дуги отключения вместо преобразователя Холла, допускающего искажения выходного сигнала, перемножителя сигналов, а также благодаря введению дополнительных логических и пороговых элементов и подключению блока питания к независимому источнику создается возможность значительно повысить точность работы выключателя и тем самым расширить область его применения.

Формула изобретения

Автоматический выключатель, содержащий механизм свободного расцепления, дистанционный привод, расположенные в каждом полюсе токоподвода подвижный контакт и дугогасительную камеру, механизм электродинамического разведения контактов с неподвижным контактом, электромагнитный расцепитель, исполнительный механизм, который установлен с возможностью воздействия на расцепляющий рычаг механизма свободного расцепления в сторону зацепления с отключающей защелкой механизма свободного расцепления, узел контроля энергии дуги отключения, состоящий из блока питания, подключенного к источнику питания, интегратора, порогового элемента, вход которого подключен к выходу интегратора, реле, выходная цепь которого подключена к исполнительному механизму через блок питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, в узеп контроля энергии дуги отключения дополнительно введены перемножитель сигналов, делитель напряжения, безындуктивный шунт, преобразователь, логические элементы ИЛИ-НЕ и И. второй и третий пороговые элементы, причем один из входов перемножителя сигналов подключен через делитель напряжения к зажимам контактов, другой вход подключен к безындуктивному шунту, включенному в рассечку токоподвода, выход перемножителя сигналов подключен ко входу интегратора, вход второго порогового элемента подключен к выходу перемножителя сигналов, вход третьего порогового элемента подключен к выходу интегратора, выходы второго и третьего пороговых элементов подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ-НЕ. а выход первого порогового элемента и выход логического элемента ИЛИ-НЕ подключены к соответствующим входам логического элемент а И, выход которого подключен через преобразователь к входу реле, при этом блок питания подключен к независимому источнику.

JI

-1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматических выключателях. Цель изобретения - повышение точности работы выключателя. Это обеспечивается тем, что в узел контроля энергии дуги отключения введены перемножитель сигналов и логические и пороговые элементы. Блок питания этого узла подключен к независимому стабильному источнику питания. Последовательно с контактами автоматического выключателя включен безындуктивный шунт, который подключен к первому входу перемножителя сигналов, второй вход которого подключен через делитель напряжения к клеммам контактов. 1 ил.