Способ отключения цепи токоограничивающим выключателем Советский патент 1980 года по МПК H01H77/10 

Изобретение относится к эксплуат ции низковольтных электрических апп ратов и может быть использовано при Зсодите от токов короткого замыкания (КЗ) низковольтных цепей большой мощности. Преимущество токоограничивающих выключателей при защите ими мощных низковольтных цепей заключается в том, что ограничивая ток КЗ, они сни жают нагрузки как на защищаемую ими цепь, так и на свою дугогасительную систему и корпус. Для токоограничивающих выключателей энергия дуги отключения и обусловленное ее выделение давление в корпусе при коммутировании токов КЗ являются основными факторами, определяющими их предельную коммутационную способность, что должно учитываться при выборе как конструкции таких выключателей, так и способа защиты ими мощных цепей низкого напряжения. Снижение величины пропускаемого тока и энергии дуги отключения можно обеспечить или за счет увеличения специальных устройств разведения кон тактов (электродинамических или элек тромагнитных) или за счет использова ния двух или нескольких разрывов в полюсе. Анализ показывает, что для заметного снижения пропускаемого тока и энергии дуги отключения, особенно необходимого при отключении трехфазных цепей с напряжением свыше 380 В, требуется существенно увеличивать размерял устройства для быстрого разведения контактов, что экономически нецелесообразно. Известен способ снижения пропускаемого тока и энергии отключения, заключёиоцийся в использовании (пропускаемого тока и энергии отключения) контактной системы с двумя или более разрывами в полюсе. Такой способ часто находит применение в выключателях, предназначенных для защиты мощных цепей lj и 2. Однако обеспечение надежного отключения аварийных токов всеми описанными выключателями цепей с равным напряжением приводит к тому, что все эти выключатели должны иметь неоправданные запасы по габаритам, а, следовательно, материалоемкости и стоимости при защите цепей с более низким напряжением. Наиболее близким по техническоП сущности к предлагаемому способу отключения цепей вык тючателем с после782017

довательнр включёнными разрывами в полюсеi каждый из которых выполнен с возможностью токоограничения, яв iHjeTcajcnoco6 отключения цепи выключйтёлём с тремя разрывамиСЗДДва или три последовательных разрыва в указанньгх выключателях мехайичёски и конструктивно связаны мёаду соЪоЙ в единую контактную систему, вследствие чего в процессе отключения всегда участвуют все разрывы.

Способ осуществления защиты мощных цепей токобграничивающиМй выкЛ1о чателями с контактными системами,

именэщими несколько разрывов, являетсй предпочтительным при сравнительно высоких напряжениях низковольтных цепей (свыше 380 В).

Как следует из результатов исследований процессов отключения мощных цепей с токами КЗ токоограничйвающими„выключателями, значение эргергии .дуги отключения существенно зависит от напряжения цепи.

Токоограничивающие выключатели в режиме коммутирования ими токов короткого замыкания, в первом приближении, работают следующим образом. При отключении цепи токоограничивающими выключателями происходит вынужденное гашение дуги, т.е. не в момент естественного прохождения переменного тока через нуль. В этом случае, как и при отключении цепи постряннрго тока, в дуге должна выделить.ся запасенная в цепи электромагнитная энергия, прЬпЬрциональН йя Квадрату наибольшей величины пропускаемого тока IH и индуктивности цепи L х

Kv/,). .

ЕСЛИ при одинаковых, значениях ожидаемого тока и постоянной времени цепи индуктивность цепи пропорциоHtaJibHa напряжению и значение пропускаемого тока ц при отключении токоограничивающими выключателями цепи с болёё й ЖОйИм напряжением бблТьшёё, то значение выделяемой в дуге элек 1 рбмагнйтн6й энергии, запасаемой в цепи, изменяется в большей степени,

Z -J---- -- « «« - -Ч™ ---г- -.-- . - -.-- т. -:Г.- г. . -

чём увеличение напряжения.

Цель иэобретёШяГ сгбз{ра1 ени ве личины ртк.лючаемой токоограничивающйми11.выкл10чателями мощности коротко;тр Замыкания при разных значениях

номинального напряжения и обёСпТёчёнйе ёШ жнойти .ьзования выключате- I леКс меньшей материалоемкостью. достигйется тем, что обеспечивают постоянство величины энергии дуги отключенияв главном разрыве, соответствуквдее значению энергии дуги отключения цепи с наименьшим нрминальным напряжением, для .1 4f.гр прследовательнр с главным разры Ш;(К1й9чШЗт 1кЪйс| ру тивно нёсвй;з ан. Hbie между собой и главным разрывом вспомогательные разрывы и отбирают

вспомогательными разрывами излишнюю энергию дуги отключения, выделяющуюся при отключении цепи р более высоким номИн ал ьнь1м напряжением,

На чертеже представлено схематичер1 й ydtipoftcTBO для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит электродинамический токоограничивающий элемент 1, обеспечиваквдий один разрыв цепи в полюсе, опытным путем определяется ток предельной отключающей способности в цепи с напряжением 380 В, 50 Гц. Измеряется значение энергии дуги , в его разрыве (главном разрыве) при отключении им найденнргр значения тока.

Измеренное значение энергии дуги

является предельно-допустимым

Dr

для дугогасительных камер 2, дугогаситёльных рогов 3 и корпуса 4. Для возможности отключения с помощью этрго базового выключателя короткозамкнутой цепи такой же мощности (Pj PI ) и ПР напряжении 660 В последовательно к базовому выключателю подключается дополнительный разрыв, крнструкти нр. выполненный в ви.де отдельного модуля, заключенного в свой корпус 5. Модуль имеет электродинамическ 1й токоограничивающий элемент, выполненный в виде одинарной электродинамической петли б с одним разрывом. При этрм соотногйение параметров тЬкоограничивающих элементов базового выключателя и Модуля должно

роответствовать условию .,

э SM

где :ip, ,л

J|jj моменты инерции подвижных чаРтей токоограничивающих элементов выключателя и модуля, соответственно,

аь электродинамические коэффициенты токоограничивающих элементов выключателя и модуля, связывающие действующие на подвижную часть тбкЬбграничивающего элемента вращающие моменты М с квадратом величины протекающеготока i( i ). о

Выключателем с последовательно включенным модулем производят отключение цепи с напряжением 660 В и током в УТ раза мЬньших, чем ток предельной откл.ючающей спрробности выйЛйчателя при 380 В и измеряют энергию дуги отключения V, выделяющуюся в выключатале (в главном разрыве). Если эта энергия дуги меньше, чеМ при отключении выключателем предельного тока КЗ при 380В, уменьшают размеры токоограничивающего элемента модуля, а тем самым и токоограничивающую способность модуля настолько, чтобы в выключателе (в главном разрыве) при ррвместном отключении им и модулем цепи 660 В значение энергии 5 flyrtf oтклю eния было таким же, как и в цепи с напряжением 380 В. Для отключения цепи с напряжением 1140 В последовательно включают два модуля и обеспечивают таким же способом постоянство энергии в главном разрыв Определение наиболее рациональных соотношений между параметрами кон- тактно-дугогасительных систем выключателя (главного разрыва) и модулей (вспомогательных разрывов) производят расчетным путём, используя математическое моделирование процесса от ключения цепей с токами КЗ токоограничивакхцими выключателями. При этом учитывается необходимое условие постоянства энергии дуги отключения в главном разрыве - в выключателе. Народно-хозяйственный эффект от применения предлагаемого технического решения образуется за счет того, что базовый в,ыключатепь, предназначенный для работы в цепях с напряжением только 380 В, имеет на 15-20% меньше материалоемкость, габариты и стоимость по сравнению с выключателем, предназначенным для защиты цепей такой же мощности, но при напряжении как 380, так и 660 В, а потребность в выключателях для защить цепей 380 В составляет более 90% всего выпуска. Предварительные расче ты показали, что народно-хозяйствен ный эффект от применения предлагаемого способа составляет, в среднем 8,75 руб. Ни каждый токоограничивающий выключатель, что при ожидаемом объеме выпуска в 1985 г 870 тыс.шт. составит всего 6 млн. рублей. . Формула изобретения Способ отключения цепи токоограничивающим выключателем с последова{гельно включенными разрывами в полю-, се, каждый из которых выполнен с возможностью токоограничения, о т ли чающийся тем, что, с целью сохранения величины отключаемой мощности короткого замыкания при разных номинальных напряжениях и обеспечения возможности использования менее материалоемких выключателей, последовательно с главным разрывом включают конструктивно не связанные между собой и с главным разрывом вспомогательные разрывы и отбиршот указанными вспомогательными разрыва ми излишикио энергию дуги отключения, выделяющуюся при отключении цепи с номинальным напр51жением, превышающим наименьшее номинальное напряжение, и таким образом обеспечивают постоянство величины энергии дуги отключения в главном , соотетствующее значению энергии дуги отключения цепи с наименьшим номинальным нгшря:кением. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Выключатель типа ТL фирмы TerasikI Япония. 2.Выключатель типа AEG-Telefunken, ФРГ. . 3. Патент США 4031492, № 335Г-16, 1976.