Синхронный вакуумный коммутатор Советский патент 1980 года по МПК H01H33/66 

(54) СИНХРОННЫа ВАКУУМНЫЙ КОММУТАТОР

Изобретение относится к электротехнике в час т и, коммутации силовых электрических цепей. Известны синхронные вакуумные коммутаторы, содержащие дугогасительное устройство, привод индукционно-динамического типа с емкостными накопителями, демпфирукяцее уст ройство для поглощения энергии привода И синхронизирующее устройство N. D3 Недостатками этих устройств явля ются большие динамические нагрузки на дугогасительные устройства, низкая надежность контактирования и не достаточность синхронизации. Наиболее близким к предлагаемому является синхронный вакуумный коммутатор, содержгиций вакуумную дугогасительную камеру, подпружиненную контактную систему, на потенциале каждого подвижного контакта которой расположены индукционно-динамический привод размыкания с магнитопроводом обмоткой и емкостным накопителем, демпфирующее устройство, синхронизирующее устройство, включа1ощее источник питания, йагнитопровод с зазором обмотку на этом магнитопроводё и пик трансформатор с обмоткой с нулевой точкой, устройство автоматического отключения коротких замыканий. В коммутаторе синхронизирукмцее устройство работает по принципу трансформатора тока с постоянным подмагничиванием и имеется разрядник 3 . Недостатком этого устройства является то, что импульсы синхронизации образуются один раз за период, т.е. не перед каждым нулем тока, что увеличивает общую длительность короткого замыкания в аварийных ситуациях на полупериод. Если ток в цепи несимметричный, то выключение может быть неуспешным из-за значительного изменения времени упреждения за счет влияния апериодической слагающей коммутируемого тока. Кроме того, устройство выполняет лишь функцию выключателя, на включение же необходим замыкатель. Цель изобретения - расширение диапазона применения за счет совмещения функций выключателя и замыкателя, уменьшение динамических нагрузок на дугогасительную камеру, повышение точности синхронизации, надежности контактирования при замыкании и диапазона отключаемых, токов, и сокрэще782007ние времени отключения коротких эаШканий. Указанйая цель достигается за сче того; что устройство снабжено дополнительным индукционно-динамическим приводом замыкания, магнитопровод и обмотка которого расположены соосно над магнитопроводом и обмоткой привода размыкания, демпфер выполнен в виде подпружиненного кольца,, которое .укреплено, например резьбовым соеди:нением, на магнитопроводе привода размыкания с возможностью осевого гтёрёмёщёния кольца до упора в магнитопровод привода замыкания, обмотки приводов размыкания и замыкания последовательно включены в электрическую цепь с дополнительными си.ловыми рНЭтШкаюЙшШ и замыкающими тиристорами при этом в цепь управления раз мыкающего силового тиристора введен вспомогательный тиристор, синхронизирующее устройство дополнительно снабжено двухтактным транзисторным усилителем по схеме с общей базой, при этом обмотка магнитопровода синхронизирующего устройства подключена к эмиттерам транзисторов усилителя, база которого соединена с плюсом источника питания синхронизирующего устройства и с эмиттерами через дополнительные первое переменное сопро тивление и встречно включенные первые диоды, а концы обмотки пик-транс форматора подключены к коллекторам транзисторов усилителя и соединены через дополнительные встречно-включениые вторые диоды, устройство автоматического отключения коротких замыканий содержит транзистор, нуле вая точка обмотки пик-трансформатора подключена к эмиттеру этого транзистора через второе регулируемое сопротивление и к минусу уп.омянутого источника питания, к котором также через дополнительный стабилитрон подключена и база этого транзи тора, а коллектор подключен к управ ляющему электроду ранее указанного вспомогательного тиристора, катод KOTOporo cbe HHeH Ъ общим минусом указанных вторых диодом. На фиг. 1 представлена механичес кая часть комг татора, продольный резрез, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема коммутатора. Каждая фаза механической части коммутатора собрана в установленный непосредственно на вакуумную дугогасительную камеру моноблок, состоя щий из верхнего 1 и нижнего 2 магни топроводов, соответственно охватыва щих каГтушки за мыкания 3 и размыкани 4 индукционно-динамических приводов и диск 5 из проводящего немагнитног материала, в нижнем положении отсто щий от катушки 4 порядка 0,5 мм (предполагаемый эррозионный износ).

4 Защелкой, гибким токопроводом и пружиной, поджимающей контакты в замкнутом состоянии, служит латунная мембрана 6, прижатая по краям крышкой 7 посредством болтов 8. Мембрана и диск жестко соединены с подвижным контактом 9 при помощи гаек 10-13. Кольцевой демпфер 14, соединенный, например резьбой под 45, с нижним магнитопроводом 2 привода размыкания и при верхнем положении диска 5 может, вращаясь, перемещаться вдоль оси вверх под действием трех пружин 15 примерно на 1 мм до касания с верхним магнитопроводом 1 привода замыкания, в этом же моноблоке залиты эпоксидньЬ. компаундом магнитопровод 16с зазором синхронизирующего устройства и намотанной на магнитопровод 16 обмоткой и пик-трансформатор 17с обмоткой, имеющей нулевую точку (на фиг. 3 обмотка А, обмотка В). Электрическая схема состоит из повышающего трансформатора 18, который также осуществляет развязку от высокого напряжения, схемы удвоения 19-22 напряжения, заряжающей емкостг ные накопители 23 и 24 индукционнодинамических приводов катушек приводов замыкания 3 и размыкания 4, коммутацию которых осуществляют последовательно с ними включенные силовые эамыка«(вдие и размыкакндие тиристоры 25 и 26. Управление схемой, расположенной на высоком потенциале, осуществляется светом посредством лампочек 27-29, управляемых кнопками и воздействующих на фотосопротивленик 33-35. Синхронизирующее устр ойство состоит из пик-трансформатора с обмоткой с нулевой точкой - части обмотки обм. А, обм. В, двухтактного транзисторного усилителя, включающего транзисторы 36 и 37, собранного по схеме с общей базой, питаемого от источника/ заряжающегося от выпрямителей 38-41, переменного сопротивления 42, стабилитрона 43, диодов 44-47. Схема автоматического синхронного отключения коротких замыканий включает транзистор 48, второе регулируемое сопротивление 49, дополнительный стабилитрон 50, диод 51, сопротивление 52. Емкость 53, подающая сигнал на управление силовых тиристоров 25 и 26, коммутируемая маломощными тиристорами 54 и 55, заряжается через цепочку 56 и 57. Устройство работает следующим образом. Емкостные накопители индукционнодинамических приводов 23 и 24 от одной из вторичных обмоток трансформатора 18 напряжением 800 В через схему удвоения 19-22 заряжаются до напряжения ,42 2260В, реально же, за счет токов утечки через тирист оры 25 и 26 напряжение на накопителях не превышает 2000 В. От другой вторичной обмотки трансформатора напряжением 25 В заряжается емкость 53 через цепочку 56 и 57 и источник питания усилителя через диоды 38-41, На обмотке обм.С магнитопровода 16 с воздушным .зазором, охватывающего токопровод -(подвижный контакт 9) , формируется , напряжение Е2/ пропорциональное первой производной отключаемого тока. Это напряжение обуславливает входной ток усилителя yg/ протекающий по цепи обм.С-эмиттер-база транзистора 37-42-44 - обмотка с совпадающей по фазе с напряжением Е за счет активного характера цепи, т.е. bj. t зависимости от полярности Е, работает одно, либо другое плечо усилителя (транзисторы 36 и 37). Выходной ток усилителя по величине и фазе полностью совпада ет с током yij., поскольку уййлитель по схеме с общей базой работает в режиме генератора тока, т.е. осущест вляет усиление лишь по напряжению. Очевидно, что к сердечнику пик-транс форматора приложено две намагничиваю щие силы (н.с.), обусловленные отключаемым током УОТКЛ вспомогатель ным й. Суммарная н.с. переходит через ноль раньше, чем отключаемый ток проходит нулевое значение, сердечник пик-трансформатора резко перемагничивается и на его обмотке воз никает импульс напряжения, являющийся синхронизирующим сигнёшом, снимаемым со стабилитрона 43. Если напряжение на обмотке пик-трансформатора (обм. А, обм. В Ер) станет больше напряжения источника питания, что имеет место при больших токах (короткие замыкания), то нарушится режим генератора тока для усилителя, т.е. нарушится равенство У, 3 Стабилитрон 43 исключает возникновение такого , ограничивая по ве личине Efiy . Сопротивление 42 служит для изменения З , 3,, а, следовательно, и величины времени упреждения. В описываемом устройстве время упреждения порядка 500 мкс. При необходимости синхронно отключить ток, протекающий через коммутатор, нажимают кнопку 30 лампы 27 световой сигнал подается на фотосопротивление 33, которое при этом умен шает свое значение, открывая транзис тор 48. Синхронизирующий импульс через транзистор 48 и диод 51 поступае на управляющий электрод вспомогатель ного тиристора 55. Цепь прохождения импульса (41-48-51 - управляющий электрод-55-катод-55-52-41)/ Отпирание вспомогательного тиристора 55 обуславливает разряд емкости 53 на управляющий электрод силового тиристора 26 по цепи (53 - 55 - управляю|Щий электрод - 26 - катод - 26 - 53) Величина емкости 53 выбирается таким ;Образом, чтобы разряд ее через цепь управления силового тиристора обеспечивал быстрое (порядка единиц микросекунд) его отпирание. При этом емкостной накопитель 24 разряжается на катушку размыкания 4. Импульс тока в катушке размыкания 4 наводит ток противоположного направления в диске 5, который, отталкиваясь от неподвижно закрепленной катушки 4, перемещает жестко связанный с ним подвижный контакт 9, выворачивая при этом вверх прижатую по краям мембрану 6 , которая фиксирует подвижный контакт 9 в верхнем положении. После этого демпфер 14 под действием пружин 15, поворачиваясь, перемещается вверх на 1 мм и упирается в верхний магнитопровод 1, На этом процесс размыкания заканчивается. Если же через коммутатор не протекает ток, а контакты необходимо развести, нажимают кнопку 31v лампочка 27 подает сигнал на фотосопротивление 33, отпирается вспомогательный тиристор 55 и процесс размыкания происходит согласно опийа;нному, При возникновении короткого замыкаНия в цепи отключаемого тока, ток резко возрастает, вызывая пропорциональное увеличение Е2, tf, 3 Ток 2/ протекая по сопротивлению, создает на нем напряжение, стремящееся открыть транзистор 48, Если это напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона 50, то через переход эмиттер-база транзистора 48 потечет ток, отпирающий его. Далее процесс автоматического синхронного отключения протекает аналогично описанному синхронному отключению в ручном режиме. Меняя величину сопротивления, можно выставить необходимую величину уставки верхнего предела отключаемого тока, при котором происходитавто матическое синхронное отключение, Для замыкания коммутатора нажимают кнопку 32, лампочка 29, воздействуя ни фотосопротивление 35, открывает вспомогательный тиристор 54 и емкость 53 разряжается теперь через управляющий электрод силового тиристора 25, который, открываясь, обуславливает разряд емкостного накопителя 23 на катушку 3 индукционно-динамического привода замыкания. Диск 5, как и в процессе размыкания, отталкивается теперь от катушки 3 и, двигаясь вниз, увлекает за собой подвижный контакт 9, озвращая мембрану в первоначальное оложение. Когда до соединения контактов остается 1 мм, диск 5 ударяется о демпфер 14, который за счет значительного момента инерции остается практически неподвижным. После удара мембрана 6, которая уже прошла свою критическую точку (ее середина края находились на одном уровне), силием порядка 200 кг давит на жестко закрепленный к ее центру подвижный контакт, а, следовательно, через диск это усили.е передается на демпфер. .Демпфер, поворачиваясь, опускаejrc HH3 и контак,т.ы плавно со ско piocTbio порядка 0,3 м/с соединяются. Отскока контактов не происходит за .счет малой скорости замыкания, и, ввиду того, что в замкнутом состоянии мембрана давит на подвижный с силой порядка 100 кг.-. Это усилие, обусловленное напряженным состоянием мембраны, не только препятствует отскоку контактов:/ но и позволяет пропускать через дуго гасительную камеру устройства токи, ; значительно большие номинального. По мере износа подвижный контакт опускается вниз и напряжение мембраны ослабевает. При опускании контакта на 0,5 мм усилие прижима уже Лишь 50 кг, а диск упирается в нижний маг нитопровод 2, поэтому плотного прижа тия контактов не происходит. При величине упреждения 500 мкс и отклю чаемом токе в 500 А это произойдет через 80000 циклов, т.е. значительно позже, чем устройство устареет морально . Все приведенное описание относитеяк одной фазе коммутатора, две дру гие абсолютно иден.тичны. Лампочки, осуществляющие световое- управление, включены не по одной, как покаэано на электрической схеме (фиг. 3), а по три последовательно, для управления одновременно всеми тремя фазами. Описанное устройство может работать в цепях б-Ю кВ в течение примерно 20 лет без ремонтов и ревизий в.любых климатических условиях. Элек трйческий износ .конт.актоввследствие синхронизации их разведения с механическим, который, в свою очередь, тоже резко уменьшен применением демп фирования при за1 кании. Схема отклю чения коротких замыканий за время менее 10 мсек,позволяет надежно защи щать отключаемую цепь. Формула изобретения Синхронныйвакуумный коммутатор, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, подпружиненную контактную систему, на потенциале каж,цого подвижного контакта которой расположены индукционно-динамический привод раз мыкания с магйитоггроводом, обмотко1й и емкрстным накопителем, демпфер, синхронизирующее устройство, включаю щее источник питания, магнитопровод с зазором, обмотку на этом магнитопророде и пик-трансформатор з обмот кой с нулевой точкой, устройство ав томатического отключения коротких, зайыканйй, о т ,л и ч а ю щ и и . тему то, с целью расширения дйапйз Ш прй;йенения за счет совмещения фу кций, выключателя и замыкателя, умен шения динамических нагрузок на дугогасительную камеру, повьшения точности синхронизации, надежности контактирования при замыкании и диапазона отключаемых токов, и сокращения времени отключения коротких замыканий, 1й6 Ф1утатор снабжен дополнительным индукционно-дина.мическим приводом замыкания, магнитопровод и обмотка которого распрло ке.ны соосно над магнитоп оводШи обмоткой привода замыкания, демпфер выполнен в виде подпружиненного кольца, которое укреплено, например резьбовым соединением, на магнитбпрЬвбде привода разкйкания с возможностью осевого перемещения кольца до упора в магнитопровод привода замыкания, обмотки приводов размыкания и замыкания последовательно включены в электрическую цепь с дополнительно введенными силовыми размыкающими и замыкающими тиристорами, при этом в цепь управления размыкающего силового тиристора введен вспомОгаоГельный тиристор , синхронизирующее устройство дополнительно снабжено двухтактным транзисторным усилием по схеме с общей базой, при этом обмотка магнитопровода синхро-. низирующего устройства подключена к эмиттерам транзисторов усилителя, база которого соединена с плюсом источника питания синхронизирующего устройства и с эмиттерами через дополнительно введенные первое переменное сопротивление и встречно включенныёпервУё диоды, а концы обмотки пик-трансформатора подключены к коллекторам транзйсторов усилителя и соединены через дополнительно введеннае встрёчНо-включенны.е вторые диоды; устройство автоматического отключения коротких заколканий снабжено транзистором, нулевая точка обмотки пиктрансформатора подключена к эмиттеру этого транзистора через второе дополнительно введенное регулируемое сопротивление и к минусу упомянутого источника питания, к которому также через дополнительно введенный стабилитрон подключена и база этого транзистора, а коллектор подключен к управляющему электроду указанного вспомогательного тиристора, катод которого соединен с общим.минусом указанных вторых диодов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии 10427, кл. 58 А 1, 1964. 2.Воздвихсенский В. Синхронная коммутация переменного тока вакуумным выключателем. Дис. на соиск. учен. степени канд . техн. наук., М., ВЭИ, 1975. 3.Патент Японии I 8917, кл. 59 А 1, 1964.- /