Шинное реле постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H01H83/20 

Изобретение относится к устройствам релейной защиты, в частности, к реле постоянного тока, и может быть использовано в системах защиты фидеров электрифицированных железных дорог, метрополитена и других потребителей, номинальные токи которых лежат в пределах от 4000 до 15000 А, соизмеримы с токами короткого .замыкания или даже больше их, а скачки тока при пуске меньше минимального скачка тока при коротком замыкании. Известны реле тока, коммутирующий злемен которых выполнен в виде магнитоуправляемого контакта (геркона), предназначенные для работы в схемах автоматики и устанавливаемые в электрических цепях постоянного тока .1. Недостаток известных реле заключается в том, что они могут быть выполнены лишь на м лые токи срабатывания (630-3000 А) и не реагируют на скачки тока. Естественно, что для защиты; указанных выш потребителей реле этого типа непригодны. Известно также шинное реле постоянного то ка, содержащее фигурный магнитопровод с ярм и полюсами и коммутирующий элемент, размещенный между полюсами фигурного магнитопровода и отделенный от полюсов зазорами 2, Однако указанное устройство также быть выполнено лишь на малые токи срабатывания и не реагирует на скачки тока. Целью изобретения являются увеличение тока срабатывания и возможность реагирования на величину прирашения тока. Для достижения указанной цели предложенное шинное реле постоянного тока снабжено катушкой и ферромагнитным шунтом с зазором в его средней части, катушка размещена на ярме фигурного магнитопровода, токоведущая шина расположена с внеишей стороны фигурного магнитопровода вблизи ярма с катушкой, а между коммутирующим элементом и ярмом с катушкой расположен ферромагнитный шунт с зазором в его средней части, причем величина этого зазора намного меньше величины зазоров, отделяющих полюса фигурного магнитопровода от коммутирующего элемента. Кроме того, указанное шинное реле постоянного тока может быть снабжено диодом, включенным в цепь катушки.

На фиг.1 - принщ-шиальная схема предложенного реле; на фиг. 2 - его вид сверху; на фиг. 3 - один из вариантов выполнения предложенного реле и коммутирующего элемента; на фиг.. 4 - зависимость скачка тока от величины тока, предшествующего скачку.

Шинное реле постоянного тока (фиг.1) состоит из токоведущей шины 1, на некотором |рш;стоянии от которой размещен фигурный магшггопровод 2, на ярме магнитопровода

размещена катушка 3, замкнутая на регулируемый резистор 4, между полюсами магнитопровода размещен коммутирующий элемент 5, отделенный от полюсов магнитопровода немагнитными зазорами 6, а между коммутирующим элементом и ярмом фигурного магнитопровода расположен магнитный шунт 7 с немагнитным зазором 8 в середине. Величина зазора 8 много меньше величины зазоров 6. Магнитопровод 2 вместе с коммутирующим элементом 5 может поворачиваться вокруг оси 9 относительно токоведущей шины на угол а (фиг .2).

Описанная выше форма магнитопровода 2 и соотношение зазоров 8 и 6 необходимы, с одной стороны, для обеспечения большой посто янной времени затухания потока Ф, создаваемого катзтикой 3, а, с другой стороны, для максимального экранирования коммутируюшего элемента 5 от потока, создаваемого током в токоведущей шине 1. Поток Ф появляется

лишь в момент изменения тока в шине, как ответная реакция катушки 3 на изменение пронизывающего ее потока Ф, пропорционального току в шине (фиг. 1 и 2). Большая постоянная времени затухания потока Ф обеспечивает его пропорциональность скачку тока в токоведущей шине. Поскольку поток . замыкающийся через коммутирующий элемент 5, является частью потока Ф, то, таким образом, и поток Фк оказывается пропорциональным скачку тока в шине. Это и обеспечивает реагирование реле также и на величину скачка тока.

В то же время экранирование коммутирующего элемента магнитопроводом 2 ослабляет воздействие на него потока, создаваемого током в токоведушей шине и, тем самым, способствует расширению диапазона токов срабатывания.

Предложенное реле работает следующим обр зом.

Коммутирующий элемент чувствителен к величине магнитного потока и срабатывает, как только поток через него достигнет определенной величины. В общем случае этот поток образован двумя составляющими; боковым потоком Фб, пропорциональным току в шине и попадающим в коммутирующий элемент 5 сбоку, минуя магнит(шровод 2, от неэкранировных последним участков шины, и потоком катуки Ф , который в силу данных выше объяснений пропорционален скачку тока в шине. Наличие двух составляюших потока через коммтирующий элемент делает реле чувствительным как к величине тока, так и к величине скачка тока. Меняя сопротивление резистора 4 и угол поворота а магнитопровода 2 относительно шины 1 можно менять соотношение между составляющими потока через коммутирующий элемент и их абсолютаые величины и, тем самым, менять уставку шинного реле постоянного тока, делая данное реле более чувствительным или к величине, или же к скачкам тока.

Реле (фигЗ) состоит из токоведущей шины, на некотором расстоянии от которой размешен фигурный Магнитопровод 2; на ярме магнитопровода размешена катушка 3, замкнутая на регулируемый резистор 4 через диод 10, между полюсами магнитопровода размешен коммутирующий элемент, состоящий из магнитоуправляемого контакта 11 и магнитного шунта 12, отделенный от полюсов магнитопровода немагнитными зазорами 6, а между коммутирующим элементом и ярмом магнитопровода расположен магнитный шунт 7 с немагнитным зазором 8 в середине. Величина зазора 8 много меньше величин зазоров 6. Магнитопровод 2 вместе с коммутирующим элементом может поворачиваться-вокруг оси 9 на угол а относительно токоведущей шины 1.

Реле работает как описанное выше реле на фиг.1 , однако наличие диода делает характеристики реле более избирательными. Благодаря реле реагирует только на скачки увеличивающегося тока. В то же время скачки спадающего тока не вызывают временного загрубления уставок реле.

Характеристики реле (фиг.4) представлены в виде зависимостей скачка тока, необходимого для срабатывания реле Alvj от величины тока, предшествующего скачку 1. Каждая характеристика соответствует определенной .постоянной времени изменения тока в шине TQ.

В качестве комт лутирующего элемента, кроме магнитоуправляемого контакта с шунтом, могут быть использованы другие элементы, чувствительные к величине магнитного потока, например, магниторезисторы, датчики Холла и другие.

Данное взаимное расположение токоведушей шины, магнитопровода и коммутируюшего элемента обеспечивает в предложенном реле получение больших токов срабатывания 1у при отсутствии скачков тока (до 15000).

Дополнение магнитопровода магнитным шунтом с малым зазором в середине и катушкой , размещенной на ярме магнитопровода, обеспечивает реакцию реле также и на скачок 57 тока. Величина скачка тока, вызывающая срабатывание реле, зависит от тока, предшествующего скачку и постоянной времени его изменения. Реле с такими характеристиками могут быть очень эффективно использованы для защиты электрических железных дорог постоянного тока, в случае, если токи нагрузки очень велики, соизмеримы или даже Ьольше токов короткого замыкания, но если при этом скачки тока нагрузки меньше минимального скачка тока при коротком замыкани Включение диода в цепь катушки делает характеристики реле еще более избирательными не позволяет скачкам спадающего тока времен но загрублять уставки реле. Формула изобретения 1. Шинное реле постоянного тока, содержащее фигурный магнитопровод с ярмом и полю сами, коммутирующий элемент, размещенный между полюсами фигурного магнитрпровода и отделенный от полюсов зазорами, о т л ичающееся тем, что, с целью увеличения тока срабатывания и обеспечения возможности реагирования на величину приращения тока, оно снабжено катушкой и ферромагнитным щунтом с зазором в его средней части, катушка размещена на ярме фигурного магнию провода, токоведущая шина расположена с внешней стороны фигурного магнитопровода вблгои ярма с катупжой, а между коммутируюшим элементом и ярмом с катушкой расположен ферромагнитный шунт с зазором в его средней части, причем величина этого зазора намного меньше величины зазоров, отделяющих полюса фигурного магнитопровода от коммутирующего элемента. 2. Шинное реле по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено диодом, включенным в цепь катушки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 319969, кл. Н 01 Н 51/28, 1973. 2.Патент США № 3569880, кл. 335-204, 1971.

1/г.2

-. .Т

.,,

ч

708432

1у