Вакуумный выключатель постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H01H9/30 H01H33/66 

Изобретениь относится к электротехнике, а именно к коммутацинной аппаратуре постоянного тока высокого напряжения.

Известен выключатель постоянного тока, содержащий в силовой цепи дроссель насыщения и вакуумную камеру, ток в которой принудительно переводится через нуль разрядом предварительно заряженного конденсатора.

При разряде конденсатора скорость изменения тока в вакуумной камере и реакторе при подходе к нулю замедляется, что обеспечивает увеличение бестоковой паузы и повышает надежность восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Однако заметное снижение нарастания тока связано с увеличением габаритов и массы дросселя.

Известен также вакуумный выключатель, в котором для увеличения бестоковой паузы через камеру устанавливают шунтирующий ее диод, включенный встречно току в основной цепи.

СЛ

Недостатком известных выключателей { является то, что при отключении сильноточ- . л ной дуги вакуумными камерами в них обра- Е зуются макрочастицы из-за разрушения поверхности контактов, что приводит после прерывания тока к повторным пробоям и уменьшению надежности отключения. А для Чч4 увеличения бестоковой паузы в камерах не- s| обходим коммутирующий конденсатор Јь большой емкости, что увеличивает габари- Јд} то-стоимостные показатели выключателя.QQ

Известно устройство отключения посто- sQ янноготока вакуумным выключателем, в котором для повышения отключаемого тока и быстрого рассасывания макрочастиц на отключаемую дугу воздействуют магнитны;-; полем, создаваемым специальной формой электродов, либо катушкой силового тока на стороне неподвижного контакта или вспомогательной катушкой.

Однако габариты и вес катушки силового тока оказываются значительными, ii для регулирования продольного магнитного поля, создаваемого вспомогательной катушкой, требуется посторонний источник питания и сложная схема управления этой катушкой.

Целью изобретения является увеличение отключаемого тока и снижение габари- то-стоимостных показателей выключателя.

Это достигается тем, что в известном вакуумном выключателе, содержащем в силовой цепи последовательно соединенные дроссель насыщения и вакуумную камеру, шунтированную диодом в направлении, встречном направлению тока в силовой цепи, параллельно которым, через управляемый разрядник подключен колебательный контур, состоящий из индуктивности и предварительно заряженного конденсатора, параллельно которому подключен вари- стор, а также разрядную цепочку, состоящую из последовательно соединенных разрядного резистора и диода, причем анод диода присоединен через резистор к минусу источника питания, а катод диода к катоду управляемого разрядника и вакуумной камере со стороны нагрузки, изменено назначение и Пространственное расположение катушки индуктивности колебательного контура, которая в предложенном выключателе охватывает вакуумную камеру напротив места образования дуги и шунтируется вновь введенным диодом и последовательно соединенным с ним низкоомным резистором, причем вновь введенный диод включен встречно току силовой цепи.

Эффект от использования предложенного технического решения заключается в следующем.

При разряде коммутирующего конденсатора и пропуска тока через катушку индуктивности колебательного контура ею одновременно создается продольное магнитное поле, действующее на макрочастицы в плазме дуги и способствующие их быстрому рассасыванию. Существенно, что действие продольного магнитного поля не прекращается и после прекращения тока через камеру, так как спадающий ток в катушке индуктивности наводит по концам ее ЭДС, которая открывает шунтирующий диод, благодаря чему ток через катушку продолжает протекать длительно, что резко уменьшает вероятность повторных пробоев и позволяет увеличить отключаемый ток без снижения надежности работы выключателя.

Введение цепи из последовательного диода, включенного встречно току силовой цепи и низкоомного резистора, которая шунтирует катушку индуктивности колебательного контура, а витки катушки охватывают вакуумную камеру напротив места образования дуги, являются новыми существенными признаками, отличающими заявленное техническое решение от аналогов и прототипа. По этой причине заявленное техническое решение обладает существенными отличиями и новизной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема вакуумного выключателя постоянного тока.

Выключатель содержит последовательно соединенные дроссель насыщения 1, вакуумную камеру 2, шунтированную диодом 3 в непроводящем силовой ток направлении. Через управляемый разрядник 4 подключен колебательный контур, содержащий индуктивность 5. конденсатор 6 с блоком предварительного заряда 7. Индуктивность 5 колебательного контура шунтирована цепочкой из резистора 9 и диода 8, включенного встречно току основной цепи. Параллельно конденсатору 6 подключен ва- ристор ТО. Разрядная цепочка 11 содержит диод 12, резистор 13 и присоединена анодом диода 12 через резистор 13 к минусу источника 15, а катодом диода 12 к катоду управляемого разрядника 4 и вакуумной камере 2 со стороны нагрузки 14.

Вакуумный выключатель постоянного

тока работает следующим образом.

Во включенном положении выключателя через дроссель насыщения 1 и вакуумную камеру 2 протекает ток нагрузки 14. Конденсатор 6 колебательного контура предварительно заряжен от блока заряда 7 с полярностью, указанной на чертеже.

При отключении тока нагрузки или аварийного режима размыкаются контакты вакуумной камеры 2, возникает дуга и при

расхождении их на расстояние, достаточное для восстановления электрических свойств камеры, выдается сигнал на запуск управляемого разрядника 4, Блок управления выключателем новых неизвестных элементов

не содержит и на фиг.1 не показан.

При этом конденсатор б колебательно разряжается через вакуумную камеру 2, дроссель насыщения 1, индуктивность 5 и когда суммарный ток в вакуумной камере 2

изменяет свое направление, диод 3 шунтирует ее, пропуская через себя часть тока разряда конденсатора, равную разности разрядного тока конденсатора и отключаемого тока. Колебательный ток, проходя по

катушке индуктивности 5, создает в зазоре между контактами вакуумной камеры 2 продольное магнитное поле. Дуга в вакуумной камере 2 погаснет и начинается бестоковая пауза. Весь отключаемый ток начинает про- текать от источника 15 через катушку индуктивности 5, конденсатор 6, разрядник 4 и нагрузку 14, продолжая воздействовать на вакуумный промежуток продольным полем. После перезаряда конденсатора б в момент начала уменьшения тока в колебательном контуре, на катушке индуктивности 5 появляется напряжение, которым открывается шунтирующий диод 8. Энергия, запасенная в индуктивности катушки 5, начинает разряжаться через диод 8 и резистор 9. Действие продольного магнитного поля на свободные макрочастицы в вакуумной камере 2 продолжается. При заряде конденсатора 6 до напряжения открытия варистора 10, последний открывается и весь ток конденсатора б переходит в варистор 10. Энергия, запасенная в источнике питания 15, рассеивается на активном сопротивлении варистора 10. Ограничивая напряжение на заданном уровне, варистор 10 закрывается и управляемый разрядник 4 гаснет, отделяя колебательный контур от нагрузки 14. Все это время, даже после погасания разрядника, через индуктивную катушку 5 диод 8 и резистор 9 протекает ток, создающий в вакуумной камере 2 продольное магнитное поле. Энергия, запасенная в индуктивности нагрузки 14, рассеивается на активном сопротивлении 13 разрядной цепочки и активном сопротивлении нагрузки 14, Этим завершается выключение постоянного тока вакуумным выключателем.

Установка цепочки из последовательного диода и низкоомного резистора, шунтирующая катушку индуктивности колебательного контура, которая охватывает вакуумную камеру напротив места образования дуги, позволяет на порядок увеличить время действия продольного магнитного поля в вакуумной камере после погасания в ней тока, что способствует быстрому рассеиванию макрочастиц и вследствие этого, уменьшает вероятность повторных пробоев и одновременно позволяет повысить отключаемый ток. Длительное воздействие продольного магнитного поля позволяет без снижения надежности работы выключателя уменьшить габарито-сто- имостные показатели дросселя насыщения.

Формула изобретения

Вакуумный выключатель постоянного тока, содержащий выводы для подключения

источника питания и выводы для подключения нагрузки, вакуумную камеру, управляемый разрядник, дроссель насыщения, коммутирующий конденсатор, катушку индуктивности, два диода, разрядный резистор и варистор причем выводы для подключения положительного полюса источника питания, дросселя насыщения, вакуумная камеры, выводы для подключения нагрузки и вывод для подключения отрицательного полюса источника питания образуют последовательную цепь, вакуумная камера зашунтирована первым диодом, включенным встречно по отношению к полярности напряжения источника питания,

катод второго диода подключен к точке соединения вакуумной камеры с выводом для подключения нагрузки, а анод второго диода через разрядный резистор соединен с выводом для подключения отрицательного

полюса источника питания, катушки индуктивности, коммутирующий конденсатор и управляемый разрядник соединены в последовательную цепь, один вывод цепи из последовательно соединенных катушки

индуктивности, коммутирующего конденсатора и управляемого разрядника соединен с выводом для подключения положительного полюса источника питания, другой вывод цепи подключен к катоду второго диода,

коммутирующий конденсатор зашунтиро- ван варистором, отличающийся тем, что, с целью увеличения отключаемого тока и снижения массогабаритных показателей выключателя, в него введены третий диод и

низкоомный резистор и ригель, катушка индуктивности выполнена в форме цилиндра, вакуумная камера размещена внутри катушки индуктивности, низкоомный резистор и третий диод соединены в последовательную

цепь, подключенную параллельно катушки индуктивности так, что третий диод включен встречно по отношению к полярности источника питания.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной аппаратуре постоянного тока высокого напряжения. Цель изобретения - увеличение отключаемого тока и снижение массогабаритных показателей выключателя. При отключении тока размыкаются контакты вакуумной камеры 2. Затем срабатывает разрядник 4 и коммутирующий конденсатор 6 разряжается на вакуумную камеру 2 через катушку индуктивности 5. Магнитное поле катушки индуктивности 5 уменьшает вероятность возникновения повторных пробоев вакуумной камеры 2 под действием микрочастиц. Воздействие магнитного поля катушки 5 на камеру 2 продолжается некоторое время и после прекращения протекания тока через конденсатор 6. 1 ил.