Гибридный коммутационный аппарат Советский патент 1992 года по МПК H01H73/36 

Изобретение относится к низковольтным электрическим коммутационным аппаратам, в частности к гибридным аппаратам для защиты, управления и регулирования нагрузки (например, двигателей).

Известны электрические аппараты, интегрирующие как функции защиты от токов короткого замыкания и токов перегрузки, так и функции управления (включение, отключение, двигателями или другими приемниками электроэнергии). В указанных аппаратах имеется одна или две последовательно включенных пары контактов.

В аппаратах, имеющих одну пару контактов 1, указанная пара контактов работает как в режиме защиты, так и в режиме управления. При этом один из контактов пары кинематически связан со своим приводом и механизмом свободного расцепления, а второй контакт пары кинематически связан с оперативным приводом, обеспечивающим включение и отключение аппарата при выполнении им функций управления. Так как одна и та же контактная пара работает в режиме отключения токов короткого замыкания (КЗ) и в режиме коммутирования номинальных токов, то надежность работы такого аппарата не может быть достаточно высокой. Это является недостатком рассмотренной конструкции аппарата.

Существуют конструкции аппаратов, которые совмещают функции защиты и управления. Эти аппараты содержит две пары контактов, одна из которых работает в режиме токов КЗ, а другая пара контактов работает только в режиме оперативного отключения и включения

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является гибридный аппарат 2 для защиты и управления конденсаторными батареями. В этом аппарате в каждом полюсе имеетбя первая и вторая пара контактов, соединенные последовательно, причем параллельно первой паре контактов подключен бесконтактный коммутатор (блок тиристоров или семистор). Таким образом, аппарат представляет собой сочетание контактного и гибридного апСО

с

2

о

Јь

ho 4

паратов, в целом он является гибридным коммутационным аппаратом.

Аппарат имеет механизм свободного расцепления, кинематически связанный с второй парой контактов, электромагнитный привод для оперативного включения и отключения первой пары контактов. В каждом полюсе рассматриваемого аппарата вблизи одного из контактов второй пары располо- жец дугогасительный электрод для быстрой шунтировки, а значит и для защиты бесконтактного коммутатора. Для этого второй конец дугогасительного электрода подключен к отводящим зажимам первой пары контактов. Такая шунтировка необходима в связи с тем, что ограничение тока КЗ второй парой контактов, как и любого выключателя, оказывается недосаточным для защиты тиристоров,. Таким образом, конструктивное объединение выключателя (вторая пара контактов) и гибридного контактора (первая пара контактов) в одном гибридном коммутационном-аппарате позволяет обеспечить защиту тиристоров.

В режиме отключения токов КЗ рассматриваемый аппарат работает следующим образом. При срабатывании механизма свободного расцепления второй пары контактов через некоторое время начинается расхождение этих контактов и на них появляется дуга. При достижении определенного зазора между контактами, при котором дуга способна выйти из межконтактного промежутка, начинается движение дуги по дугогасительным рогам. В самом начале процесса этого движения дуга встречает расположенный вблизи контактов электрод, шунтирующий и тиристорный блок, и первую пару контактов. С момента, когда дуга перейдет на этот электрод, а это раньше, чем ограниченный ток достигнет своего максимального значения, тиристоры окажутся зашунтированными. Тем самым может быть обеспечена их защита при токе КЗ.

Недостатком данной конструкции аппарата является то, что для начала шунтировки тиристоров требуется сравнительно большое время необходимое для расхождения контактов на расстояние 3 мм и более, если токи КЗ велики: для перемещения дуги от контактов к шунтирующему электроду; для формирования опорной точки дуги на шунтирующем электроде.

При достаточно больших токах КЗ, когда скорость наростания тока велика и требуется больший зазор между контактами для выхода дуги к шунтирующему электроду, ток через тиристоры может превышать предельные для тиристора значения. Поэтому надежность работы такого аппарата в режиме токов КЗ может оказаться недостаточно высокой.

Целью изобретения является повышение надежности работы аппарата в режиме отключения им токов КЗ.

Поставленная цель достигается тем, чтр в гибридный коммутационный аппарат, содержащий в каждом полюсе первую и вторую

0 пары контактов, соединенных последовательно, причем параллельно первой паре контактов подключен бесконтактный коммутатор, а именно блок тиристоров или си- мистор, общий для всех полюсов механизм

5 свободного расцепления второй пары контактов, оперативный электромагнитный привод для включения и отключения первой пары контактов, дополнительно введен аварийный привод первой пары контактов, вы0 полненный в виде электромагнита, катушка которого включена последовательно в цепь второй пары контактов, при этом один из контактов первой пары контактов расположен на одном конце первого контактодер5 жателя, установленного вторым концом на оси вращения и подпружиненного к своему упору в сторону размыкания контактов, второй контакт первой пары контактов расположен на одном конце контактодержателя,

0 выполненного в виде петли с разными по длине плечами, охватывающей первый кон- тактодержатель, при этом контакт расположен на коротком плече петли, другой конец второго контактодержателя, расположен5 ный на длинном плече петли, установлен на оси вращения и подпружинен к своему упору в сторону замыкания контактов, при этом первый контакте держатель и длинное плечо второго контактодержателя расположены

0 параллельно друг другу, при этом в непосредственной близости от первого контакто- держателя первой пары контактов расположен толкатель аварийного быстродействующего привода, установленный с

5 возможностью перемещения указанного контактодержателя в сторону замыкания контактов первой пары.

Для повышения устойчивости контактов первой пары к отбросам их в процессе шун0 тировки ими тиристров при возникновении тока КЗ и повышения тем самым надежности работы устройства конец второго контактодержателя первой-пары контактов, установленный на оси вращения, соединен

5 гибким проводником с токоведущей шиной, расположенной параллельно первому кон- та кто держателю со стороны короткого плеча второго контактодержателя.

За счет того, что в известный аппарат .дополнительно введен аварийный привод

первой пары контактов, выполненный в виде электромагнита, катушка которого включена в цепь второй пары контактов, при этом один из контактов первой пары контактов расположен на одном конце первого контактодержателя, установленного вторым концом на оси вращения и подпружиненного к своему упору в сторону размыкания контактов, а второй контакт первой пары контактов расположен на од- ном конце второго контактодержателя, выполненного в виде петли с разными по длине плечами, охватывающей первый кон- тактодержатель, при этом контакт расположен на коротком плече петли, другой конец второго контактодержателя, расположенный на длинном плече петли, установлен на оси вращения и подпружинен к своему упору в сторону замыкания контактов, при этом первый контактодержатель и длинное плечо второго контактодержателя расположены параллельно друг другу, при этом в непосредственной близости бт первого контактодержателя первой пары контактов расположен толкатель аварийного быстро- действующего привода, установленный с возможностью перемещения указанного контактодержателя в сторону замыкания контактов первой пары, повышается надежность при отключении токов КЗ.

Действительно, металлическое шунтирование тиристоров (или симистора) контактами первой пары.можно обеспечить быстрее, чем шунтирование с помощью дуги, как в устройстве 2. так как для замыка- ния контактам надо пройти меньший путь (1,5...2мм), чем для размыкания и разведения на зазор, достаточный для выхода дуги из межконтактного промежутка (3-4 мм). Кроме, того, в предлагаемом аппарате не требуется двух других составляющих общего времени до начала шунтировки.

На фиг.1 приведена структурная схема с элементами конструкции одного полюса предлагаемого устройства в исходном со- стоянии; на фиг.2 - конструкция полюса предлагаемого устройства с дополнительной токоведущей шиной, расположенной параллельно контактодержателю первой пары контактов; на фиг.З - положение пер- вой пары контактов при срабатывании аварийного привода.

Гибридный коммутационный аппарат содержит первую пару контактов 1 и вторую пару контактов 2, соединенных последова- тельно. Параллельно первой паре контактов 1 подключен бесконтактный коммутатор 3. Вторая пара контактов 2, состоящая из неподвижного контакта 4 и подвижного контакта 5, имеет механизм б свободного

расцепления. Первая пара -контактов 1 включает подвижный контакт 7, расположенный на одном из концов первого контактодержателя 8, и второй малоподвижный контакт 9, закрепленный на одном из концов второго контактодержателя 10. Первый контактодержатель 8 вторым своим концом закреплен на оси 11 вращения и гибким соединением подключен к выводному зажиму 12 первой пары контактов 1. Первый контактодержатель 8 через свою консоль 13 подпружинен к упору 14 пружиной 15. Конец консоли 13жвходит в удлиненную прорезь толкателя 16 оперативного электромагнитного привода 17. В непосредственной близости от консоли 13 первого контактодержателя 8 расположен толкатель 18 аварийного быстродействующего электромагнитного привода 19, выполненного в виде электромагнита, катушка 20 которого включена последовательно в токовую цепь между второй парой контактов 2 и первой парой контактов 1. Указанный быстродействующий привод 19 имеет возвратную пружину 21.

Второй контактодержатель 10 первой пары контактов 1 имеет длинное плечо 22, расположенное параллельно первому кон- такт&держателю 8, и короткое плечо 23, на котором расположен малоподвижный контакт 9. Пружиной 24 контактодержатель 10 прижимается к упору 25. В варианте выполнения, конец второго контактодержателя 10 первой пары контактов 1, установленный на оси 26 вращения, соединен гибким проводником 27 с отводящим зажимом 28 токове- дущей шины 29, расположенной параллельно первому контактодержателю 8 со стороны короткого плеча 23 второго контактодержателя 10.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом.

В режиме оперативных включений и отключений вторая контактная пара 2 остается включенной, а первая контактная пара 1 занимает включенное или отключенное положение под действием толкателя 16 оперативного электромагнитного привода 17. Воздействие привода 17 на первый контактодержатель 8 осуществляется через консоль 13, конец которой входит в удлиненную прорезь толкателя 16.

При размыкании контактов 7 и 9 первой пары контактов ток начинает протекать через бесконтактный коммутатор 3, тиристор которого после первого прохождения тока через нуль закрывается, тем самым обеспечивается-бездуговое отключение цели.

При возникновении в цепи тока КЗ раота аппарата осуществляется следующим бразом.

Если КЗ произошло при замкнутых конактах 7 и 9 первой пары контактов (фиг.З), о ток КЗ протекает через эти контакты с амого начала короткого замыкания. Через иристоры 3 ток КЗ не протекает, Под дейтвием механизма 6 свободного расцепления происходит размыкание контактов 5 и 4 второй пары контактов 2. Так как при этом происходит ограничение тока КЗ, контакты 7 и 9 первой пары контактов не отбрасываются. Этому способствуют и электродинамические усилия, возникающие между первым контактодержателем 8 и длинным плечом 22 второго контактодержателя 10. Направление протекания тока КЗ через указанные элементы показано на фиг.З.

В случае, если КЗ прозошло пир разомкнутых контактах 7 и 9 и открытых тиристорах бесконтактного коммутатора 3, происходит быстрое срабатывание аварийного быстродействующего электромагнитного привода 19 первой пары контактов 1. При протекании через катушку 20 тока КЗ толкатель 18 воздействует на консоль 13 первого контактодержателя 8 первой пары контактов 1. При этом конец консоли 13 перемещается в прорези толкателя 16 оперативного электромагнитного привода 17, а контактодержатель 8 перемещается в сторону короткого плеча 23 контактодержателя 10. В определенный момент контакты 7 и 9 замкнутся, шунтируя бесконтактный коммутатор 3. От надежности шунтировки зависит надежность работы бесконтактного коммутатора 3 и всего аппарата в целом. Надежность шунтировки характеризуется отсутствием отбросов (размыканий) контактов после их первого замыкания. Возможность появления отбросов контактов обусловлена, во-первых, из-за механического соударения контактов при их быстром замыкании, во вторых, из-за разной скорости движения контактов после их замыкания.

Особенностью предлагаемого аппарата является устранение условий размыкания контактов после их замыкания. Так, возможность механического отброса контактов в первый момент времени после их соударения устраняется за счет того, что контакто- держатель 10 с закрепленным на нем контактом 9 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 26 в сторону замыкания контактов и подпружинен контактной пружиной 24. Благодаря этому запасенная кинетическая энергия контактодержателя 10 тратится не на отброс контактов, а на совершение работы по преодолению усилий пружин 15 и 24 при совместном движении всей контактной системы (контактодержателей 20 и 8) в сторону упоров 14 и 25. При совместном движении контактов 7 и 9 возможность их отбросов устраняется тем, что первый контактодержатель 8 первой пары 1 расположен параллельно длинному плечу 22 контактодержателя 10, в результате чего

0 возникающие между ними электродинамические усилия обеспечивают прижимание контактов 7 и 9 друг к другу. Именно поэтому обеспечивается надежное металлическое шунтирование бесконтактного

5 коммутатора 3, т.е. повышается надежность его в работе.

Учитывая, чго и время от начала КЗ до момента надежной шунтировки получается меньшим, чем в прототипе 2, а значит

0 меньше будет и ток через бесконтактный коммутатор до его шунтирования, в предлагаемом гибридном коммутационном аппарате обеспечивается по сравнению с прототипом 2 повышение надежности его

5 в работе.

Формула изобретения Гибридный коммутационный аппарат, содержащий в каждом полюсе первую и вторую пару контактов, соединенных последо0 вательно, причем параллельно первой паре контактов подключен бесконтактный коммутатор, общий для всех полюсов механизм свободного расцепления второй пары контактов, оперативный электромагнитный

5 привод для включения и отключения первой пары контактов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при отключении токов КЗ, в него дополнительно введен аварийный привод первой пары кон0 тактов, выполненный в виде электромагнита, катушка которого включена последовательно в цепь второй пары контактов, при этом один из контактов первой пары контактов расположен на одном конце

5 первого контактодержателя, установленного вторым концом на оси вращения и подпружиненного к своему упору в сторону размыкания контактов, второй контакт первой пары контактов расположен на одном

0 конце второго контактодержателя, расположенного параллельно первому контактодер- жателю и выполненного в виде петли с разными по длине плечами, охватывающей первый контактодержатель, при этом кон5 такт расположен на коротком плече петли, другой конец второго контактодержателя, расположенный на длинном пелче петли, установлен на оси вращения и подпружинен к своему упору в сторону замыкания контактов, причем аварийный привод установлен

относительно первого контактодержателя первой пары контактов так, что его толкатель имеет возможность воздействия на указанный контактодержатель в сторону замыкания контактов первой пары.

2. Аппарат по п. 1,отличающийся тем, что он снабжен дополнительной токоведущей шиной, расположенной параллельно первому контакте держателю со стороны короткого плеча второго контактодержателя первой пары контактов и соединенной с концом второго контактодержателя гибкой связью.

Использование: для защиты нагрузки, например электродвигателей, от токов короткого замыкания. Сущность: в аппарате, содержащем две пары последовательно включенных контактов, одна пара выполнена с электродинамическим компенсатором Введен аварийный привод, воздействующий при токах короткого замыкания на упомянутые контакты в сторону их замыкани 3 ил.

Фи.г.1

Фае 2

гА