УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛЬТОВОЙ ДУГИ В БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1935 года по МПК H01H33/83 

Для защиты генератора постоянного тока от кругового огня, возникающего на его коллекторе при коротких замыканиях, применяются быстродействующие автоматические выключатели. Эти выключатели должны размыкать цепь при наступлении короткого замыкания прежде, чем круговой огонь, двигающийся со скоростью коллектора, успеет распространиться от щетки одной полярности к щетке другой полярности.

В целях уменьшения длительности процесса выключения и служит предлагаемое устройство для гашения вольтовых дуг в быстродействующих автоматических выключателях.

В предлагаемом устройстве гашение дуги осуществляется струей сжатого газа (воздуха), причем, согласно изобретению, катушка, управляющий клапаном для выпуска газов к месту образования дуги, включена последовательно с аккумуляторной батареей в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в защищаемую цепь. Включение элементов устройства осуществлено таким образом, чтобы при отсутствии в цени короткого замыкания катушка под действием тока аккумуляторной батареи удерживала клапан в закрытом положении, а при коротком замыкании катушка, под действием тока трансформатора, освобождала клапан раньше начала расхождения контактов выключателя с тем, чтобы ноток, газов мог достичь к этому моменту полной интенсивности.

Аналогичные электрические схемы вообще были известны и ранее, но в применении либо к управлению выключающей катушкой выключателя (как это предложено согласно герм. цат. №356260), либо в применении к управлению катушкой выключающего воз душного клапана (как это предложено согласно герм. ват. № 535662). В предлагаемом устройстве такая схема применена для управления клапаном для выпуска гасящего дугу газа. В этом случае такая схема дает возможность создать более совершенную систему размыкания электрический цепи; здесь в момент наступления короткого замыкания создается под контактами выключателя воздушная струя большой силы прежде, чем контакты выключателя начнут расходиться; для этого необходимо, чтобы клапан открывался задолго до того, как контакты быстродействующего выключателя начнут расходиться, так как необходимо считаться со временем, потребным воздушной струе для того, чтобы пройти путь от клапана до контактов; удачное решение подачи было найдено только при применении предложенной системы питания; быстрое открытие клапана в предлагаемом устройстве осуществлено, благодаря: 1) применению для открытия клапана давления сжатого воздуха на самый клапан; 2) питанию катушки, удерживающей клапан, от независимого источника постоянного тока; 3) применению серверного трансформатора, ток которого, возникающий при коротком замыкании, весьма быстро размагничивает катушку, удерживающую клапан в замкнутом состоянии; при этом при спадании тока короткого замыкания тот же сериесный трансформатор намагничивает катушку клапана и производит его закрытие. Кроме того, предлагаемая система питания, благодаря действию воздуха не-посредственно на клапан, дает возможность сократить путь воздушной струи (расстояние от клапана до контактов) и тем понизить время от момента открытия клапана до попадания струн под контакты.

Предлагаемое устройство показано на чертеже, где фиг. 1 изображает его электрическую схему, а фиг. 2 - осциллограмму, поясняющую процесс работы устройства.

Сжатый воздух от компрессора или из баллона достаточной емкости подается через отверстие 14 к клапану 1. Этот клапан, имеющий удобообтекаемую форму, при нормальном режиме в защищаемой цепи прижат к седлу 2 и закрывает подачу воздуха к контактам быстродействующего автоматического выключателя 3, предохраняющего цепь 13 постоянного тока. В таком состоянии клапан 1 удерживается катушкой электромагнита 4, по которой протекает ток от постоянного источника 5 (батареи или возбудителя). Последовательно с выключателем 3 включен трансформатор тока 6, вторичная обмотка которого входит в цепь батареи 5 я катушки электромагнита 4. Выключатель 3 и электромагнит 4 снабжены блокировочными контактами 8 и, соответственно, 9. Последовательно со вторичной обмоткой трансформатора 6 включено регулировочное сопротивленце 12. Выпускаемый клапаном 1 воздух проходит по выходной трубке 7 (сопло) и направляется по надлежащему пути направляющими лопатками 10; для предотвращения утечки воздуха предусмотрено лабиринтное уплотнение 11.

Как выше указывалось, действие предлагаемого устройства поясняется осциллограммой по фиг. 2. На этой осциллограмме кривая I изображает изменение силы тока в защищаемой цепи 13 в зависимости от времени, а кривая i-изменения силы тока в катушке электромагнита 4; горизонтальная пунктирная линяя является осью времени, относительно которой ориентированы кривые на осциллограмме.

Пусть в момент, обозначенный на осциллограмме линией 15, в цепи 13 возникло короткое замыкание. Ток I начинает возрастать по экспоненциальной кривой. Во вторичной обмотке трансформатора 6 возникает ток, направленный против тока батареи 5. Сила тока i в катушке электромагнита 4 падает. В момент 16 клапан 1 начинает открываться под действием давления воздуха. В момент 17 ток i достигает нулевого значения, и электромагнит 4 размагничивается. Воздух через сопло 7 устремляется под контакты выключателя 3 и гасит возникающую между ними в момент 19 вольтову дугу; момент 18 является моментом достижения воздушным потоком полной интенсивности; в момент 19 начинается движение контактов выключателя 3. Последний, придя в выключенное положение, своими блок-контактами 8 замыкает накоротко вторичную обмотку трансформатора 6 и сопротивление 12. Вследствие этого ток i в катушке электромагнита 4 возрастает до величины, необходимой для закрытия клапана, после чего дутье прекращается. Момент 20 соответствует концу короткого замыкания, момент 21 - началу закрытия клапана, а момент 22 - концу закрытия клапана.

Для того, чтобы катушка электромагнита 4 не могла длительно находиться под током, значительно превышающим ток, необходимый для удержания клапана в закрытом состояния, предусмотрены связанные с якорем магнитной системы клапана вспомогательные контакты 9. Эти контакты замыкаются при открытии клапана 1, а после закрытия его в момент 22 снова размыкаются и размыкают цепь, шунтирующую сопротивление 12 и вторичную обмотку транс-форматора 6 накоротко. Эта цепь дополнительно размыкается в блок-контактах 8 после включения выключателя 3.

При помощи быстродействующих выключателей, оборудованных предлагаемым устройством, было проведено испытание ряда генераторов на короткое замыкание. Ни на одной из испытанных машин не наблюдалось образования кругового огня, несмотря на то, что короткие замыкания повторялись большое число раз.

Такие благоприятные результаты обязаны своим наличием исключительно примененной системе привода клапана; при электрическом управлении открытие клапана и дутье при коротком замыкании наступают ранее, чем начнут расходиться контакты быстродействующего выключателя. Это недостижимо при механическом управлении клапаном от подвижных частей быстродействующего выключателя, так как здесь открытие клапана возможно только после того, как контакты выключателя начнут расходиться.

Устройстве для гашения вольтовой дуги в быстродействующих автоматических выключателях постоянного тока с помощью газового дутья под повышенным давлением, отличающееся тем, что катушка, управляющая клапаном для выпуска газов к месту образования дуги, включена последовательно с аккумуляторной батареей в цепь вторичной обмотки трасформатора тока, первичная обмотка которого включена в защищаемую цель с той целью, чтобы при отсутствии в ней короткого замыкания катушка, под действием тока аккумуляторной батареи, удерживала клапан в закрытом положении, а при коротком замыкании катушка, под действием тока трансформатора, освобождала клапан раньше начала расхождения контактов выключателя с тем, чтобы поток газов мог достичь к этому моменту полной интенсивности.