Способ защиты мощных цепей токоограничивающими выключателями Советский патент 1993 года по МПК H01H73/00 

Изобретение относится к защите низковольтных Мощных цепей электрическими коммутационными аппаратами, в частности токоограничивающими выключателями, и является дополнительным по отношению к основному авторскому свидетельству СССР Nr843017.

В основном изобретении описан способ защиты мощных цепей токоограничивающими выключателями, снабженными токоограничивающими элементами, путем введения в цель электрической дуги за счет срабатывания токоограничивающих элементов под действием протекающего тока короткого замыкания (КЗ) прежде, чем производят размыкание контактов выключателя под действием механизма свободного расцепления при воздействии на него максимальных расцепителей тока, при возникновении на защищаемом объекте КЗ обеспечивают металлическое КЗ отводящих зажимов выключателей раньше, чем начинается ограничение тока токоограничивающими элементами этих выключателей.

В данном способе нагрузки на защищаемый объект от тока КЗ снижается, но нагрузка на источник тока и сам токоограничивающий выключатель увеличивается. Причем снизить указанную нагрузку от тока КЗ за счет повышения эффективности работы токоограничивающего элемента практически невозможно. Это обусловлено тем, что при увеличении длины активной части токоограничивающих элементов параллельно с увеличением электродинамических сил возрастает и масса подвижной части .токоограничивающего элемента, перемещающей контакт-деталь в сторону отключения. Уменьшить же сечение подвижной части токоограничивающего элемента и тем са.ыи снизить его массу, а значит и инерционность срабатывания нельзя, так как сечение выбирается исходя из условий протекания номинального тока

ел

с

VI со о ел ю ю

по токоведущим частям токоограничиваю- щего элемента.

Цель изобретения - повышение быстродействия защиты и уменьшение вредного воздействия тока КЗ на токоограничиваю- щий выключатель и источник питания защищаемой цепи. .-....

Поставленная цель достигается в способе защиты мощных цепей токоограничива- ющими выключателями по а.с. № 843017 тем, что коротйоз мыКатеНь, осущеотвляю- щий металлическое КЗ отводящих зажимов выключателя цепи, подключают к последним через управляющие токовые цепитоко- ограничивающих элементов выключателя.

Именното, что короткозамыкатель, осу- ществляющий металлическое КЗ отводящих зажимов выключателя цепи, подключают к последним через управляющие токовые цепи тбкОбгрёнйчй вающих элементов выключателя, повышает быстродействие защиты и обеспечивает уменьшение вредного воздействия тока КЗ на сам токОйгранйчйваю-1 щий выключатель и источник питания защищаемой цепи. Действительно, так как токоЬгранйчивайщие элементы в нормальном режиме не обтекаются номинальным током, а подключаются в цепь только при КЗ после перёМыканйя короткозамыкателя отводящих зажимов, сечение их активных частей (взаимодействующих шин) может быть выбрано в несколько раз меньшим. В результате этого уменьшаются расстояния между осями взаимодействующих шин и их- масса, влияющие на быстродействие.

Сущность изобретения представлена на фиг.1-4..

Нафиг.1 показана схема питания потребителя с необходимыми элементами для осуществления защиты потребителя в соответствии с заявляемым способом в режиме перегрузок; на фиг.2 - схема по фиг.1 при. осуществлений защиты потребителя в соответствии с заявляемым способом при возникновении у потребителя КЗ; на фиг.З - один й з возШж ны х вариантов тОкоограйй- чивтаюЩёго автоматического выключателя для осуществления заявляемого способа в процессе отключения тока КЗ {один полюс) во включённом полЬжеИйи с дополййтель- ной токовой цепью, при помощи которой осуществляется металлическое короткое замыкание отводящих зажимов; на фиг.4-тот же вариант (по фиг.З) токоограничивающего выключателя, когда токоограничивающий элемент включен короткозамыкателем в цепь, с помощью которой осуществляется КЗ отводящих зажимов.

В исходном положении (фиг.1) источник электроэнергии 1 соединен с нагрузкой 2

токопроводом 3 с помощью выключателя 4, который имеет комплект неподвижных контактов 5 и подвижных контактов б, причем последние кинематически соединены с механизмом свободного расцепления 7, включающем расцепители максимального тока. При этом каждый подвижный контакт 6 полюса соединен с токоограничивающим эле- ментом 8 этого же полюса только

кинематически. Электрически же каждый

Шкоограничивающий элемент 8 своим подводящим зажимом 9 подключен к отводящему зажиму 10 выключателя 4, а своим отводящим зажимом 11 токоограничивающий элемент подключен к неподвижному контакту 12 Второго комплекта контактов, с помощью которбго токоограничиващие элементы 8 замыкаются с подвижным контак- том 13 короткозамыкателя 14.

установленным на металлической пластине 15, являющейся одновременно подвижной частью йндукцйонно-динамического механизма короткозамыкателя 14. Из подводящего зажима 9, отводящего зажима 11,

неподвижных контактов 12 и подвижных контактов 13 короткозамыкателя 14 и складывается управляющая токовая цепь токоограничивающего элемента 8.

Катушка 16 короткозамыкателя 14 включена через тиристор 17 на конденсатор 18, который имеет свою систему питания (на чертеже не показана). Система управления тиристором 17 включена на выход блока 19 управления. Выходы датчиков 20 тока Включены на входы расцепителя максимального тока механизма свободного расцепления 7 и на входы блока 19 управления,

Индукционно-динамический механизм короткозамыкателя 14 включает металлическую пластину 15 и катушку 16.

В одном из возможных вариантов токоогр анйчйв ающего выключателя для осуще- ствления заявляемого способа (фиг.З) подвижные контакты 6 выполнены в виде

мостиков, закрепленных в траверсе 21, и прижаты к неподвижным контактам 5 контактными пружинами 22. .

Траверса 21 соединена с механизмом свободного расцепления 7 звеном 23. Токоограничивающий элемент 8 полюса выполнен в виде двух параллельно расположенных токоведущих шин 24 и 25, соединенных между собой гибким соединением 26.

Одна из-шин 24 соединена гибким соединением 27 с шиной 28, которая подключена к одному из отводящих зажимов 10 выключателя 4 (на чертеже зажим не показан). Вторая шина 25 токоограничивэщего элемента 8с помощью пружины 29 установлена на упоре 30. На шине 25 установлен контакт 12. Напротив него установлен подвижный контакт 13, закрепленный на металлическойпластине 15 индукционно-динамического механизма. Катушка 16 установлена на основании 31. Шток 32 механически укреплен на металлической пластине 15 и снабжен возвратной пружиной 33. Между шинами 24 и 25 установлена изоляционная прокладка 34. В отверстии корпуса выключателя установлен шток 35, скрепленный с диском 36, установленным с возможностью воздействия на него шины 24. Второй конец штока 35 введен в отверстие 37 и траверсе 21 с возможностью воздействия его при движении на подвижные контакты 6. Между шиной 24 и корпусом выключателя установлена возвратная пружина 38. / ....: , ; ;

: Осуществление предлагаемого способа производится следующим образом (фиг.2).

При КЗ в нагрузке 2 ток в цепи начинает возрастать. При достижении током КЗ величины уставки срабатывания механизма свободного расцеплений 7 происходит расцепление указанного механизма.

Так как механизм свободного расцепления 7 при воздействии на него максимальных рйсцепителей тока имеет собственное время срабатывания, равное для разных выключателей примерно 5-10 мс, подвижные контакты 6 даже после достижения током КЗ величины тока уставки механизма свободного расцепления 7 остаются некоторое время в исходном положении замкнуто с неподвижными контактами 5.

Параллельно происходит процесс срабатывания блока 19 управления металлическим КЗ. Когда величина тока КЗ достигает значения тока срабатывания блока 19 управления, происходит открытие тиристора 17. При разряде конденсатора 18 через катушку 16 протекает мощный импульс тока. В результате подвижная металлическая пластина 15 индукционно-динамического механизма короткозамыкателя 14 быстро (через доли миллисекунды) перемыкает контакты 12 контактами 13. Происходит металлическое КЗ отводящих зажимов 10 выключателя 4. Именно с этого момента начинает протекать tok КЗ через токоограни- чивающий элемент 8, который и осуществляет разведение подвижных 6 и неподвижных контактов 5 выключателя 4 (фиг.2). Так как при протекании номинального тока через контакты 5 и 6 ток через токоограничивающий элементе не протекает, то сечения его активных (т.е. взаимодействующих) частей выбраны значительно

меньшими, чем необходимо для обеспече-, ния протекания номинального тока.

Далее описана реализация заявляемого способа на примере работы изображенного 5 на фиг.З и 4 одного из возможных вариантов автоматического выключателя для его осуществления,

При возникновении цепи Тока КЗ (фиг.4) на катушку 16 индукционно-динами- ,

0 ческого механизма короткозамыкателя 14 п о даётЬя че рез тиристо р 17 от ко н де н сато- ра 18 импульс тока, который вызывает отброс от катушки 16 металлической пластины 15. Подвижные контакты 13, установлейнЫе

5 на металличес кой пластине 15, замыкаются с контактами 12, установленными на Одном конце шины 25, которая прижата к упору 30 пружиной 29. Ток, протекающий через.токо- ведущие цгйны 24 и 25 вызывает отброс ши0 ны 24, которая свободным концом воздействует на диск 36. При движении диска 36 шток 35, скрепленный с ним воздей- : ствует на подвижный контакт 6 в сторону его размыкания с неподвижным контактом 5,

5 чем вводит в цепь ограничивающую ток КЗ злектрическую дугу. Дальнейшее перемещение подвижного контакта 6 происходит под действием механизма свободного рас- цепления 7. Связанная зёеном 23 с меха0 низмом свободного расцепления 7 траверса 21 движется в направлении, совпадающем с перемещением контакта 6 под действием токоогранйчивающего элемента 8. После прохождения траверсой 21 пути, на который

5 перед этим был отброшен контакт 6 под действием токоограничивающего элемента . 8, траверса 21 подхватывает контакт б и обеспечивает его дальнейшее перемещение в сторону размыкания до полного рас-. -,

0 твора. ... : .-.После исчезновения тока в цепи воз- . ератнэя пружина 33 возвращает металлическую пластину 15 в исходное положение, пружины 29 и 28 возвращают в исходное

5 положение шины 24 и 25, после чего возвращается в исходное положение шток 35 с диском 36.. ;.,;;

То, что ток протекает через шины 24 и 25 только при КЗ, позволяет существенно

0 уменьшить их сечения, а значит и массу. Уменьшение сечения, в свою очередь, по- зволяет уменьшить расстояние между их осями, что повышает электродинамические усилия, возникающие между шинами 24 и

5 25, и усилие, прикладываемое со стороны шины 24, воздействующей на подвижный контакт 6 через диск 36 и шток 35.

Таким образом заявляемый способ защиты мощных цепей токоограничивающй- ми выключателями обеспечивает

повышение быстродействий защиты и уменьшение вредного воздействия тока КЗ на токоограничивающий выключатель и источник питания защищаемой цепи,

Формула изобретения Способ защиты мощных цепей токоог- рэничивающими выключателями, снабженными токоограничивающими элементами, при котором вводят в цепь электрическую дугу за счет срабатывания токоограничива- ю щих элементов под действием протекающего тока короткого замыкания прежде, чем производят размыкание контактов выключателя под действием механизма свободного расцепления при воздействии на негр максимальных расцепитёлей тока, причем

0

5

при возникновении на защищаемом объекте короткого замыкания обеспечивают металлическое короткое замыкание отводящих зажимов выключателей раньше, чем начинают ограничение тока токоограничивающими элементами этих выключателей, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты и уменьшения вредного воздействия тока короткого замыкания на токоограничивающий выключатель и источник питания защищаемой цепи, короткозамыкатель, осуществляющий металлическое короткое замыкание отводящих зажимов выключателя, подключают к последним через управляющие токовые цепи токоограничивающих элементов выключателя..

Pt/9.J

. 2

«Ptfft 3: ;,

Фиг.4