Устройство для управления синхронизированным выключателем переменного тока Советский патент 1977 года по МПК H01H33/44 H01H9/56 

1

Изобретение относится к области коммутации электрических цепей переменного тока и может использоваться для выключателей, преимущественно мощных, особенно часто отключающих короткие замыкания, время отключения которых более 5 м/сек.

Известно устройство для синхронизированного отключения выключателей 1, содержащее блок фиксации нулевых значений отключаемого тока и блоки формирования отключающей команды на отключаемой полуволне тока. Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для выключателей с временем отключения менее 5 м/сек, которые до настоящего времени не выпускаются промыщленностью.

Известно устройство синхронизации для отключения цепи переменного тока. Это устройство содержит блок фиксации нулевых значений тока, два блока задержки, схему суммирования, элемент совпадения сигнала защиты с сигналом синхронизации и блок разделения сигналов о прохождении тока цепи через нуль на четные и нечетные, выходы которого подсоединены ко входам блоков задержки, причем гашение дуги производится через период после фиксированного нуля тока. Это устройство может использоваться для выключателей с временем отключения как менее, так и более 5 м/сек. Недостатком этого устройства является то, что оно пригодно в основном при отключении симметричного тока, а при наличии в токе апериодической составляющей, различной по величине и знаку полярности, разброс времени упреждения отключающей команды изза методической погрещности резко возрастает, поэтому у выпускаемых промыщленностью выключателей в особенности с временем отключения более 20 м/сек получается значительный обгар контактов и не достигается увеличения мощности отключения за счет синхронизации (это устройство принято за прототип). Целью изобретения является повышение надежности управления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления синхронизированным выключателем переменного тока дополнительно снабжено блоком сравнения длительности полуволн тока с уставкой, причем вход блока

сравнения соединен с выходом трансформатора тока, а его выход подключен ко второму входу элемента И, кроме того, блок сравнения выполнен на двух интегрирующих цеиочках, конденсаторы которых защунтированы

транзисторными ключами, синхронизированными полуволнами тока разной полярности, и через разделительные диоды и стабилитроны подключены к выходному каскаду.

Благодаря установке блока сравнения запуск блока выдержки времени производится через 0,01 сек после начала удлиненных полуволн тока и полуволн симметричного тока, но не производится на укороченных полуволнах. Поэтому отключаются только уменьшенные полуволны и полуволны симметричного тока и предотвращается отключение увеличенных полуволн тока. В результате этого понижается амплитуда отключаемого тока и исключается отрицательная методическая погрешность упреждения отключающей команды, так как при отсчете времени от начала удлиненной полуволны и отключении укороченной (уменьшенной) полуволны погрешность всегда положительна. Устранение отрицательной погрешности снижает разброс времени подачи команды и позволяет соответственно снизить время горения дуги в выключателе. Сния :ение амплитуды тока, протекающего через дугу, и снижение времени горения дуги значительно снижают обгар контактов выключателя и повышают его способность отключать мощные короткие замыкания. На фиг. 1 представлена блок-схема установки для отключения цепи переменного тока с предложенным устройством; на фиг. 2 - принципиальная схема блока сравнения устройства, пример выполнения; на фиг. 3 - кривая изменения тока короткого замыкания и эпюры работы установки при отключении тока выключателем, имеющим время отключения 25±1 м/сек. Устройство 1 содержит блок 2 сравнения длительности полуволны тока с уставкой предназначенный для выдачи сигнала при равенстве этих величин, элемент И 3 совпадения сигнала блока 2 с сигналом релейной защиты и блок задержки 4. Блок сравнения 2 состоит из блока 5 преобразования текущего времени положительной полуволны тока в напряжение емкости, блока 6 преобразователя текущего времени отрицательной полуволны тока в напряжение второй емкости и элемента сравнения 7 напряжений на емкостях с напряжением стабилитрона, предназначенного для выдачи сигнала при равенстве напряжений стабилитрона и одного из напряжений на емкостях. Вход блока 2, являющийся входом блоков 5 и 6, соединен с трансформатором тока 8, установленным в цепи отключаемого тока и предназначенным для запуска устройства синхронизации 1 и блока релейной защиты 9. Выходы блоков 5 и 6 соединены со входом элемента сравнения 7, выход которого является выходом блока 2 и соединен с одним из входов элемента И 3. Выход блока 9 соединен со вторым входом элемента И 3. К выходу его подсоединен вход блока задержки 4, выход которого подключен к отключающему элементу привода выключателя 10. Элемент И 3 предназначен для запуска блока 4 задержки при наличии сигналов на обеих входах элемента 3, а блок 4 - для задержки с расчетом размыкания контактов выключателя перед «нулем тока. Блок 5 содержит трехкаскадный усилитель положительных сигналов в режиме переключения (фиг. 2), собранный на транзисторах Т1, Т2, ТЗ, резисторе 1 в цепи базы первого транзистора, резисторах jR2, R3 и jR4 в цепях коллекторов и стабилитрона КС1 в цепи эмиттера транзистора Т2. Ко входу усилителя подключен ограничитель амплитуды на стабилитронах КС2 и КСЗ, предназначенный для защиты транзисторов при увеличении тока короткого замыкания. Транзистор Т1 нормально закрыт, а транзисторы Т2 и ТЗ открыты. Параллельно транзистору ТЗ подсоединен конденсатор С1, предназначенный для заряда в течение положительного полупериода тока. Блок 6 содержит усилитель отрицательных сигналов в режиме переключения, собранный на транзисторах Т4, Т5 и преобразователь отрицательного сигнала в полол ительный, собранный на транзисторе Т6 и стабилитроне КС4. Во входной цепи установлен токоограничивающий резистор R5, а в цепях коллекторов -резисторы 6, R7, R8. На базу Т6 подключено положительное смещение через резистор . Транзистор Т4 нормально закрыт, а транзисторы Т5 и Т6 -открыты. Параллельно транзистору Т6 подсоединен конденсатор С2, предназначенный для заряда в течение времени отрицательной полуволны тока. Элемент сравнения 7 содержит усилитель в режиме переключения, собранный на транзисторах Т7 и Т8. В цепях коллекторов установлены резисторы и RIL На базу транзистора Т7 подключено отрицательное смещение через резистор 512. От перегрузки база защищена стабилитроном КС5. База транзистора Т7 связана со входами элемента 7 через стабилитрон КС6 и разделительные диоды Д1 и Д2. Стабилитрон КС6 служит для сравнения напряжений на конденсаторах С1 и С2 с его напряжением стабилизации. На выходе стоит цепочка R, СЗ, предназначепная для получения выходного сигнала в виде импульса напряжения. Устройство работает следующим образом. При возникновении тока короткого замыкания в цепи выключателя 10 в момент времени tl (фиг. 3,а) запускается блок релейной защиты 9, который выдает сигнал согласно установленпого в нем времени, например, в момент it2 (сигнал показан линией на фиг. 3,6). Однако элемент 3 не сработает, пока не появится сигнал с блока 2. В начале отрицательной полуволны тока (момент -tl) открывается транзистор Т4, а транзисторы Т5 и Т6 закрываются и конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор 8. Заряд емкости продолжается до конца полуволны тока, однако вследствие сокращенной длительности полуволны тока из-за наличия в токе положительной апериодической составляющей напряжение на емкости не достигает величины напряжения стабилизации стабилизатора КС6, и поэтому транзистор Т7 не переключается. При окончаНИИ отрицательной полуволны транзистор Т6

открывается и конденсатор С2 начинает заряжаться через транзистор.

В начале ноложительной полуволны тока (момент tS) открывается транзистор Т1, транзисторы Т2 и ТЗ закрываются, и начинает заряжаться конденсатор С1. Время заряда конденсаторов показано на фиг. 3,в и 3,г. При прохождении текущего времени положительной полуволны, равного длительности номинального полупериода тока, т. е. 0,01 сек (за вычетом нескольких сотен микросекунд на погрешности) напряжение на емкости С1 достигнет величины напряжения стабилизации стабилитрона КС6, и тогда ток от конденсатора С1 потечет через базу и эмиттер транзистора Т7. Вследствие этого открывается транзистор Т7, закрывается транзистор Т8 и выдается импульсный сигнал через конденсатор СЗ на элемент 3, который, срабатывая, запускает блок задержки 4 (момент и, фиг. 3,д). По истечении установленной в блоке 4 уставки времени р выдается команда (фиг. 3, е, момент и) на синхронизированное отключение выключателя 10. Размыкание контактов выключателя 10 (момент 6) происходит с разбросом, показанным на фиг. 3, ж. Наименьшее время надежного гашения дуги в выключателе, равное для данного выключателя 2м/сек, показано линией на фиг. 3,а, а среднее увеличение времени гашения дуги из-за методической погрешности от апериодической составляющей тока - на фиг. 3, и. На фиг. 3, к графически показано среднее время горения дуги в выключателе. Гашение дуги происходит в момент времени t7. Время упреждения характеризуется длительностью отключаюшей команды (фиг. 3, е).

Время уставки

р 1,5Г„-( + г).

где Тн - период симметричного тока;

- собственное время отключения выключателя;

- наибольшая положительная погрешность собственного времени отключения выключателя;

4 - наименьшее время надежного гашения дуги.

В случае противоположной полярности апериодической составляющей запуск транзисторов Т7 и Т8 будет происходить аналогично вышеописанному, но на первой отрицательной полуволне с помощью транзисторов Т4, Т5 иТб.

При симметричном отключаемом токе, например, из-за длительной выдержки времени

в блоке релейной защиты 9 запуск элемента 7

будет происходить на каждом полупериоде

тока.

Регулировка времени срабатывания блока 2

(момент М) производится, например, изменением сопротивлений резисторов 4 и R8.

При собственном времени отключения выключателя менее 10 м/сек выключатель с предлагаемым устройством будет однопериодным, за исключением случая начала короткого замыкания с уменьшенной полуволны, когда отключенный ток короткого замыкания будет содержать одну увеличенную и две уменьшенных полуволны (при нулевой выдержке

времени блока релейной зашиты 9).

Формула изобретения

1.Устройство для управления синхронизированным выключателем переменного тока,

содержащее трансформатор тока, связанный через блок релейной защиты с первым входом элемента И, выход которого предназначен для подключения через блок задержки к управляющему входу выключателя, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности управления, оно дополнительно снабжено блоком сравнения длительности полуволн тока с уставкой, причем вход блока сравнения соединен с выходом трансформатора тока, а его

выход подключен ко второму входу элемента И.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения выполнен на двух интегрирующих .RC-цепочках, конденсаторы которых зашунтированы транзисторными ключами, синхронизированными полуволнами тока разной полярности, и через разделительные диоды и стабилитрон подключены к выходному каскаду.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Клепарская Л. Г. Синхронизированные выключатели. М., «Энергия, 1973, с. 24-28.

2.Авторское свидетельство СССР № 333618, кл. Н Olh 9/30, 1975.

Г