Выключатель-контактор переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H01H33/59 H01H73/36 

Фм.1 / 2 я

Изобретение относится к области низковольтного аппаратостроения, в частности,книзковольтным выключателям-контакторам.

Известны выключатели-контакторы, в которых функции защиты от токов короткого замыкания (КЗ), (т.е. функции выключателей) и функции управления (функции контактора) выполняет один и тот же контакт, хотя привода этого контакта для защиты и управления различные. При таком техническом решении аппарат не может иметь достаточно высокий ресурс в режиме работы контактора, так как контакт-детали контакта изнашиваются при отключении токов КЗ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выключатель-контактор (ВК) для защиты и управления конденсаторными батареями, который авторами взят за прототип. В этом В К в каждом полюсе имеется два контакта (первый и второй) соединенные последовательно, причем параллельно первому контакту подключен бесконтактный коммутатор, а именно блок тиристоров или симистор с узлом управления. Рассматриваемый ВК имеет также расцепитель максимального тока, включенный в цепь второго контакта и воздействующий на механизм своббдного расцепления второго контакта, электромагнитный привод для оперативного включения и отключения первого контакта. Для защиты первого контакта и бесконтактного коммутатора в каждом полюсе рассматриваемого ВК вблизи одной из контакт-детали второго контакта расположен дугогасительный электрод. Он предназначен для быстрого снятия дуги с контакт-деталей и шунтировки при этом первого контакта и бесконтактного коммутатора. Для этого второй конец дугогаси- тельного электрода подключен к отводящим зажимам первого контакта.

Работает рассматриваемый аппарат следующим образом. В исходном положении бесконтактный коммутатор закрыт. В режиме пуска двигателя или в длительном режиме ток протекает через первый и второй контакты. При отключении цепи первым контактом подается сигнал на открытие тиристоров бесконтактного коммутатора, последний открывается и при первом прохождении через него тока он закрывается. Таким образом, бесконтактный коммутатор работает в кратковременном режиме.

В режиме тока КЗ рассматриваемый В К работает следующим образом.

Рассмотрим менее вероятный, но наиболее тяжелый режим, когда короткое замыкание произошло после отключения первого контакта и в цепь второго контакта последовательно включен бесконтактный коммутатор. При достижении током КЗ тока

уставки электромагнитного расцепителя происходит срабатывание механизма свободного расцепления второго контакта. В результате через некоторое время начинается перемещение подвижной контакт-детали и между подвижной и неподвижной контакт-деталями появляется дуга. При достижении определенного зазора между контакт-деталями, при котором дуга способна выйти из межконтактного промежутка начинается движение дуги по дугогасительным рогам. В процессе этого движения дуга встречает расположенный вблизи контакт- деталей электрод, шунтирующий первый контакт. С момента, когда дуга перейдет на

этот электрод первый контакт вместе с параллельно подключенным бесконтактным коммутатором окажется зэшунтированным. Тем самым обеспечивается защита бесконтактного коммутатора.

Недостатком такой конструкции В К является то, что надежную защиту бесконтактного коммутатора при достаточно большом токе КЗ обеспечить трудно. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Для возможности запуска двигателя, осуществляемого при замыкании первого контакта, уставка срабатывания электромагнитного расцепителя должна быть не ниже (7-10) 1н. В то же время в

установившемся режиме перегрузка по току не бывает выше (1,5-2) 1н. Следовательно, для защиты тиристоров бесконтактного коммутатора, который работает в установившемся режиме, уставку срабатывания

расцепителя можно установить равной (1,5- 2) 1н, что повысит надежность защиты.

Однако в рассматриваемом устройстве (прототипе) катушка расцепителя одна и расположена она в цепи второго контакта,

следовательно уставка расцепителя не может быть менее (7-10) 1н. Поэтому при возникновении короткого замыкания в момент времени, когда в цепи последовательно вторым контактом включен бесконтактный коммутатор, начало его защиты будет запаздывать. Кроме того, так как через катушку расцепителя протекает ток в длительном режиме, она не может быть выполнена с повышенным сопротивлением для дополнительного ограничения тока КЗ.

Целью изобретения является повышение надежности работы выключателя-контактора в режиме токов короткого замыкания.

Поставленная цель достигается в выключателе-контакторе переменного тока, содержащем в каждой своей коммутируемой цели подводящий и отводящий входные зажимы для включения выключателя-контактора в цепь тока нагрузки, первый замыкающий и второй размыкающий контакты, оперативный привод для дистанционного управления первым контактом, механизм включения, отключения и свободного расцепления второго кон- такта, кинематически связанного с подвижной контакт-деталью этого контакта, электромагнитный расцепит ль максимального тока, своим выходным звеном кинематически связанный с механизмом включения, отключения и свободного рас цепления второго контакта, тиристорный коммутатор с двусторонней проводимостью силовой цепи, снабженный узлом управления, и по меньшей мере один дугоотводя- щий электрод, причем между подводящим входным зажимом и первым выводом первого контакта включены последовательно соединенные входная катушка электромагнитного расцепителя и второй контакт, второй вывод первого контакта соединен с отводящим входным зажимом выключателя-контактора, с первым выводом силовой цепи тиристорного коммутатора и с дугоот- водящим электродом, установленным с зазором вблизи траектории подвижной контакт-детали второго контакта таким образом, что при перемещении подвижной контакт-детали конец дуги, образовавшейся между подвижной и неподвижной контакт-деталями второго контакта, переводится с последней на рабочий участок дугоотводящего электрода, тем что электромагнитный расцепитель максимального тока снабжен дополнительной катушкой, которая включена между первым выводом первого контакта и вторым выводом силовой цепи тиристорного коммутатора и выполнена с повышенным активным сопротивлением, ограничивающим величину тока через коммутатор до заданного до- пустимого значения, при этом электромагнитный расцепитель выполнен с переменной уставкой срабатывания по току, на входных зажимах выключателя-контактора, которая при обесточенной дополнительной катушке расцепителя имеет значение в диапазоне 7-10, а при наличии тока в этой катушке - от 1,5 до 2 значений номинального тока на входных зажимах выключателя-контактора.

Именно за счет того, что в известном выключателе-контакторе электромагнитный расцепитель максимального тока имеет

дополнительную катушку повышается надежность работы аппарата в режиме токов КЗ. Действительно, в случае возникновения тока КЗ в момент, когда последовательно со

вторым контактом оказался подключенным бесконтактный коммутатор в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом возникают два дополнительных фактора, повышающих надежность защиты.

0Во-первь х, ток срабатывания механизма второго контакта будет не (7-10) 1н, что характерно для всех аппаратов, используемых для запуска двигателей, а (1,5-2) 1 н, что повышает быстродействие аппарата и по5 вышает токоограничение. Указанное значение уставки (1,5-2) 1н обусловлено допустимыми перегрузками полупроводниковых элементов в кратковременном режиме.

0Во-вторых, так как дополнительная катушка в длительном режиме не работает и ее сопротивление выбрано повышенным, ожидаемый ток короткого замыкания будет меньше. А значит, меньше будет и ограни5 ченный ток.

На фиг.1 показана структурная схема заявляемого выключателя-контактора в однополюсном исполнении; на фиг.2 - положение контакт-деталей второго контакта и

0 положение электрической дуги в момент шунтмровки бесконтактного коммутатора; на фиг.З приведены сравнительные диаграммы изменения тока в цепи, проходящего через аппарат и бесконтактный коммутатор

5 при отключении тока КЗ устройством по прототипу и заявляемым устройством

Выключатель-контактор содержит контакт-детали 1 и 2 первого контакта и контакт-детали 3 и 4 второго контакта, контакты

0 соединены последовательно. Подвижная контакт-деталь 4 второго контакта кинематически связана с механизмом включения и отключения и свободного расцепления 5, на который может воздействовать электромаг5 нитный расцепитель максимального тока 6. Последний имеет две катушки - входную катушку 7 и дополнительную катушку 8, Бесконтактный коммутатор 9, оперативный привод 10 (электромагнит) кинематически

0 связан с подвижной контакт-деталью 2 первого контакта.

Синхронизация управляющих сигналов на оперативный привод и на блок тиристоров осуществляется с помощ1- :э блока уп5 равления 11. Последний п.-гдставляет собой датчик тока и триггерное устройство для подачи открывающего напряжения на управляющчй электрод тиристора. В качестве указанных элементов, в простейшем случае, может быть использован геркон.

В непосредственной близости от контакт-деталей 3 и 4 второго контакта расположены дугогасительные электроды, возле неподвижной контакт-детали 3 расположен дугогасительный электрод 12, один конец которого заходит в дупогасительную камеру 13, а второй конец - к общему отводящему зажиму 14 первого контакта и бесконтактного коммутатора 9. Второй дугогасительный электрод 15 одним концом соединен к подводящему зажиму 16 второго контакта, а второй конец указанного электрода находится вблизи траектории перемещения подвижной контакт-детали 4.

Рассмотрим работу выключателя-контактора в момент, когда контакт-детали 1, 2 первого контакта замкнуты, а тиристоры 9 закрыты. В этом случае при достижении током величины уставки (1с) электромагнитного расцепителя 6 с подключенной только одной катушкой 7, а это соответствует (7-10) 1н, происходит срабатывание механизма 5, Под действием механизма подвижная кон- такт-детяль 4 второго контакта начнет двигаться в сторону размыкания и после выбора провала в момент времени т.м между подвижной и неподвижной контакт-детали при их расхождении появится дуга. Затем дуга перескочит на дугогасительный электрод 12 (см. фиг,2) и с этого момента первый контакт оказывается зашунтированным, ток через этот контакт, достигнув к моменту шунтировки значения к, начнет уменьшаться и во время tK достигнет нулевого значения. При дальнейшем расхождении подвижной контакт-детали 4 дуга попадет на второй дугогасительный электрод 15 и, двигаясь по обоим дугогасительным электродам, попадает в дугогасительную камеру 13, где и гаснет. В результате ток через второй контакт не успевает достигнуть ожидаемого тока цепи ож (см. фиг.За), а достигнув значения тока ограничения i0 к моменту времени с начала КЗ to становится равным нулю.

Рассмотрим другой случай короткого замыкания, а именно, когда короткое замыкание произошло в момент времени, при котором первый контакт уже разомкнут и тиристоры бесконтактного коммутатора открыты (фиг.2). В этом случае ток проходит через входную катушку 7 и дополнительную катушку 8 расцепителя 6. Так при этом уставка срабатывания расцепителя будет зна- чительно меньше 1с-(1,5-2) 1н, эффективность токоограничения будет больше за счет более быстрого срабатывания механизмы 5 (см. фиг.Зб). Кроме того, так как катушка 8 выполнена с повышенным активным сопротивлением (например, аыполнена из нихрома), то и величина ожидаемого тока КЗ 1ож в этом случае будет меньше, чем в рассмотренном ранее случае. В результате величина тока I, протекающего

через бесконтактный коммутатор, будет существенно меньше, чем величина тока 1«, протекающего через первый контакт в рассмотренном ранее случае (фиг.За).

Таким образом, по сравнению с прото0 типом, в котором ток короткого замыкания через первый контакт и через бесконтактный коммутатор всегда одинаков, в заявляемом выключателе-контакторе ток короткого замыкания через бесконтактный

5 коммутатор будет меньше, а это значит, что по сравнению с прототипом повысится надежность работы предлагаемого выключателя-контактора.

Формула изобретения

0 Выключатель-контактор переменного тока, содержащий в каждой своей коммутируемой цепи подводящий и отводящий входные зажимы для включения выключателя-контактора в цепь тока нагрузки, замы5 кающий первый и размыкающий второй контакты, оперативный привод для дистанционного управления первым контактом, механизм включения, отключения и свободного расцепления второго контакта, кине0 матически связанный с подвижной контакт-деталью этого контакта, электромагнитный расцепитель максимального тока, своим выходным звеном кинематически связанный с механизмом включения, отклю5 чения и свободного расцепления второго контакта, тиристорный коммутатор с двусторонней проводимостью силовой цепи, снабженный узлом управления, и по меньшей мере один дугоотводящий электрод,

0 причем между подводящим входным зажимом и первым выводом первого контакта включены последовательно соединенные входная катушка электромагнитного расцепителя и второй контакт, второй вывод пер5 вого контакта соединен с отводящим входным зажимом выключателя-контактора, с первым выводом силовой цепи тири- сторного коммутатора и с дугоотводящим электродом, установленным с зазором

0 вблизи траектории подвижной контакт-детали второго контакта таким образом, что при перемещении подвижной контакт-детали конец дуги, образовавшейся между подвижной и неподвижной контакт-деталями

5 второго контакта, переводится с последней на рабочий участок дугоотводящего электрода, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы в режимах отключения токов короткого замыкания электромагнитный расцепитель максимального тока снабжен дополнительной катушкой, которая включена между первым выводом первого контакта и вторым выводом силовой цепи тиристорного коммутатора и выполнена с повышенным активным сопротивлением, ограничивающим величину тока через коммутатор до заданного допустиморасцепитель выполнен с перемен кой срабатывания по току на вход мах выключателя-контактора, ко обесточенной дополнительной ка цепителя имеет значение в диапа а при наличии тока в этой катуш значений номинального тока на в

го значения, при этом электромагнитный жимах выключателя-контактора.

расцепитель выполнен с переменной уставкой срабатывания по току на входных зажимах выключателя-контактора, которая при обесточенной дополнительной катушке рас- цепителя имеет значение в диапазоне 7-10, а при наличии тока в этой катушке - 1,5-2 значений номинального тока на входных за

Использование: в схемах релейной защиты и автоматики. Сущность изобретения: в выключателе-контакторе переменного тока, содержащем замыкающий первый 1, 2 и размыкающий второй 3, 4 контакты оперативный привод 10 для дистанционного управления первым контактом, механизм 5 включения, отключения и свободного расцепления второго контакта, электромагнитный расцепитель 6 максимального тока с входной катушкой 7. тиристорный коммутатор 9 и по меньшей мере один дугоотводя- щий электрод 12, электромагнитный расцепитель 6 максимального тока снабжен дополнительной катушкой 8 с повышенным активным сопротивлением, при этом электромагнитный расцепитель 6 выполнен с переменной уставкой срабатывания по току на входных зажимах выключателя-контактора, что позволяет повысить надежность работы в режимах отключения токов короткого замыкания. 2 ил.

1б

Фиг2