Гибридный автоматический выключатель Советский патент 1992 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам защиты, в частности к автоматическ-им выключателям гибридного исполнения.

Известны гибридные автоматические выключатели, содержащие главные контакты, быстродействующий привод главных контактов, тиристоры, включенные параллельно главным контактам,.блок его принудительной коммутации и блок управления.

Токоограничивающая способности таких выключателей, а также их габариты, масса и стоимость в значитёльной степени определяются временем полного .перехода тока из цепи главных контактов при их размыкании приводом в цепи тиристоров. Это обусловлено тем, что при росте тока короткого замыкания значение тока в сети (JKO), при котором ток в главных контактах становится равным нулю и после чего включается блок принудительной коммутации, определяется скоростью роста тока короткого замыкания и временем полного перехода тока из цепи главных контактов в цепи тиристоров.

Значение тока 1ко определяет в основном токосзграничивающую.способность выключателя. Оно также определяет номинальный ток тиристора и емкость, а следовательно, габариты, массу и стоимость конденсаторов в узле принудительной коммутации.

Данное время определяется напряжением короткой дуги в главных контактах и активным сопротивлением и индуктивностью контура: главные контакты - тиристор. Поэтому в конструкции гибридных выключателей стремятся уменьшить данный контур

до минимума. Однако возможность уменьшения индуктивности таким образом ограничена конструктивными ограничениями, электрической прочностью изоляции и т.д.. что не позволяет повысить более существенно токоограничивающую способность выключателей. -

Целью изобретения является повышение надежности систем электроснабжения посредством повышения токоограничивающей способности выключателя.

Поставленная цель достигается в гибридном автоматическом выключателе, содержащем главные контакты, быстродействующий привод, силовую схему из тиристоров, включенных параллельно главным контактам, блок ускорения перевода тока из главных контактов в силовую схему и схему управления, тем, что по меньшей мере два тиристора включены параллельно между собой и расположены симметрично относительных главных контактов.

Именно за счет того, что вместо одного тиристора применено по меньшей мере два тиристора, включенных параллельно между собой и расположенных симметрично относительно главных контактов, достигается уменьшение времени перехода тока из цепи главных контактов в. цепь тиристоров, повышение токоограничивающей способности выключателей, и, следовательно, повышение надежности систем электроснабжения.

На фиг. 1 и 2 показаны две проекции расположения основных блоков гибридного автоматического выключателя (без деталей их механического соединения); на фиг. 3 и 4 - направления магнитных потоков и ЭДС контуров; на фиг. 5- временные диаграммы.

Гибридный автоматический выключатель содержит главные контакты 1 (в частном случае - мостиковые), быстродействующий привод 2 главных контактов 1, тиристоры 3, 4, 5, 6, блок 7 принудительной коммутации тиристоров,датчик 8 токовой защиты и блок управления 9.

Тиристоры 3, 4, 5 и 6 включены параллельно главным контактам 1 и расположены вокруг них симметрично. На фиг, 1 и 2 показан частный вариант с четырьмя тиристорами 3, 4, 5. .6. Параллельно указанным тиристорам включен блок принудительной коммутации тиристоров, состоящий из конденсаторов, диодов и тиристоров. Возможно применение индивидуальных для каждого тиристора 3, 4, 5, 6 блоков 7 принудительной коммутации. На выводной шине расположен датчик 8. Связи управления между приводом 2. тиристорами 3, 4, 5 и 6, блоком 7 принудительной коммутации и

датчиком 8 могут быть осуществлены через блок управления 9.

.Выключатель работает следующим образом.

В номинальном включенном состоянии

главные контакты 1 замкнуты и через них прбходит номинальный ток. Тиристоры 3. 4. 5 и 6 заперты. Блок 7 принудительной коммутации тиристоров не включен. Датчик 8

0 не выдает сигнал в блок управления 9, поскольку его уставка срабатывания больше номинального тока. Привод 2 не включен.

При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания в момент времени ty

5 {фиг. 5), когда ток i достигнет значения уставки датчика 8, с его выхода через блок управления 9 подаются сигналы на срабатывание привода 2 и включение тиристоров 3, 4, 5, б. На размыкаемых главных контактах

0 1 в момент времени tn возникают электрические дуги с общим напряжением Уд. Под .действием его ток из цепи главных контактов 1 переходит в тиристоры 3, 4, 5 и 6, поскольку Уд больше прямого падения напряжения UT на каждом тиристоре. Скорость перехода тока зависит от индуктивности и взаимоиндуктивности контуров токов. На фиг, 5 показан уменьшающийся, ток ik в цепи главных контактов и увеличивающийся об0 щйй ток сети i (поскольку Уд значительно меньше напряжения генератора UH).

На фиг. 3 показаны направления магнитных потоков, проходящих через контур: главные контакты 1 - тиристор 3, а на фиг. 4

5 - направления ЭДС, создаваемых магнитными потоками, где Фк - магнитный поток от тока в цепи главных контактов 1 между местами присоединения тиристоров; Фз, Ф4, Фб и Фб - магнитные потоки, соответственно, от тиристоров 3, -4, 5, 6; Фо - магнитный поток от подводящих шин с общим током i(;eo,ek,eз,e4,e5иe6нaпpaвлeния ЭДС от указанных выше магнитных потоков при росте токов io, 1з, 14, is и 1б и уменьшении тока

5 ik в главных контактах 1.

Как видно из фиг. 4, токи в тиристорах 4, 5 и б создают ЭДС, ускоряющие переход тока Ik в тиристоры, что необходимо для уменьшения времени полного перехода тока и, соответственно, для повышения токоограничивающей способности гибридного выключателя.

При этомтакже достигается уменьшение емкосчи конденсаторов в блоке принудительной коммутации за счет уменьшения тока IKO. (Аналогичный положительный эффект достигается при любом числе тиристоров).

Выбор числа параллельно соединенных . тиристоров опредепяется шкалой номинальных токов тиристоров, параметрами тока короткого замыкания и конструктивными ограничениями. Вышеуказанное обосновывается математическим анализом переходного процесса перехода toKa, Если ввести обозначения ao eo/io ,.ak ek/ik и т.д., где о , ik и т.д. скорости изменения токов, а ао, ak и т.д. постоянные величины, определяемые конструкцией, и для упрощения анализа не учитывать активные сопротивления игепей, то скорость уменьшения тока может быть определена по следующей формуле, получаемой из совместного решения уравнений для контуров каждого тиристора: где п - число тиристоров. Из формулы видно, что введение дополнительных параллельных тиристоров увеличивает числитель и уменьшает знаменатель, что отражает влияние дополнительных ЭДС. При одном тиристоре . +ао 1о-аз1о ak+аз т.е. скорость перехода тока ik меньше. После полного перехода тока из цепи главных контактов в цепи тиристоров в момент времени tk. определяемой временем деионизации tn воздушного зазора и восстановления электрической прочности, схема управления в момент времени tnk включает блок принудительной коммутации, благодаря чему происходит запирание тиристоров в течение времени Тзап.. нарастание напряжения на конденсаторах блока Uc и при (без учета активного сопротивления сети) ограничение тока короткого замыкания до уровня iorp и затем уменьшение тока i до нуля при Хотк. т.е. гюлное отключение тока. Для качественного сравнения на фиг. 5 показана пунктиром диаграмма отключения и параметры с индексом () при одном тиристоре, включенном параллельно контактам. Предлагаемая конструкция гибридного автоматического выключателя может быть применена для коммутации постоянного и переменного тока путем использования соотве ствующих известных схем принудительной коммутации. Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый выключатель обладает повышенным токоограничением при отключении токов короткого замыкания. Формула изобретения Гибридный автоматический вык/4ючатель, содержащий главные контакты, быстродействующий привод, силовую схему из тиристоров, включенных параплельнр главным контактам, блок ускорения перевода тока из главных контактов в силовую схему и схему управления, отличающийся тем. что, с целью повышения токоограничивающей способности выключателя, по меньшей мере два тиристора силовой схемы включены параллельно между собой и расположены симметрично относительно главных контактов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтным электрическим аппаратам защиты, в частности к автоматическим выключателям гибридного исполнения. Цель изобретения - повышениенадежности систем электроснабжения посредством повышения токоограничиваю- щей способности выключателя. Гибридный автоматический выключатель содержит главные контакты 1, быстродействующий привод 2, силовую схему из тиристоров 3, 4, 5 и 6 и схему управления. За счет того, что вместо одного тиристора применено по меньшей мере два тиристора, включенных параллельно между собой и расположенных симметрично относительно главных контактов, достигается уменьшение времени перехода тока из цепи главных контактов в цепь тиристоров и, как следствие, повышение то- коограничивающей способности выключателей при отключении токов короткого замыкания. Количество тиристоров определяется параметрами выключателя и цепи короткого замыкания. 5 ил.СОс

7/

I

(риг.1

{pus.2