Вакуумный коммутационный аппарат Советский патент 1982 года по МПК H01H33/66 

(54) ВАКУУМНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ

1

Изобретение относится к электроаппаратостроению и может 0ыть использовано для отключения токов короткого замыкания в силовых трехфазных цепях переменного тока.

Известны вакуумные коммутационные устройства для отключения токов короткого замыкания, содержащие вакуумную дугогасительную камеру (ВДК) с трансформатором тороидальной формы, который расположен снаружи ВДК вокруг токоподводящего стержня неподвижного контакта. Токоподводящий стержень служит первичной обмоткой, а вторичная обмотка через нормально открытые вспомогательные контакты подключены к приводному устройству, причем один из вспомогательных контактов закреплен непосредственно на токоподводящем стержне 1 .

Недостатком такого устройства является малое быстродействие из-за инерционности тепловых процессов и невозможности осуществления защиты от ударного тока короткого замыкания (к. з.).

Известно также вакуумное устройство для защиты от сверхтоков, содержащее ВДК, на токовводе подвижного контакта

которой расположено блокировочное устройство, содержащее втулку и пружинящую пластину, а также отключающую пружину, включенную последовательно с токовводом подвижного контакта ВДК

Это устройство .обладает высоким быстродействием, однако недостаточным для осуществления защиты от ударных токов к. з., поскольку работает на-принципе электродинамического взаимодействия (сжатия) параллельных петель отключающей пружины,

10 при протекании по ней сверхтоков. Электродинамические силы взаимодействия параллельных контуров с током пропорциональны квадрату тока и не реагируют на скорость его изменения, в частности на возрастание тока при к. з.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является вакуумный коммутационный аппарат, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, неподвижную отключающую катущку, короткозамкнутый виток, жестко связанный с токовводом подвижного контакта вакуумной камеры, включающую катущку и постоянный магнит, удерживающий контакты ВДК в замкнутом положении 3. Это устройство автоматически отключает короткие замыкания, реагируя на скорость нарастания ударного тока к. з., поскольку отключающая катушка и диск представляют собой отключающий механизм индукционно-динамического типа, который, как известно, реагирует не на величину постоянного тока, как в электродинамических механизмах, а на величину скорости нарастания тока di /dt. Чем выще скорость нарастания, тем больше наводимая в диске ЭДС и тем больше индуцируемый в нем ток, а следовательно, тем больше сила отталкивания диска от неподвижной катушки. Однако по от1 лючающей катушке этого устройства постоянно протекает силовой ток контролируемой цепи. Поэтому катущка, а также и диск привода должны иметь большие размеры, массу, хорошие условия теплоотдачи. По причине возникновения в нормальном (неаварийном) состоянии значительных отключающих усилий необходимо тяжелое и громоздкое устройство, обеспечивающее удержание контактов ВДК во включенном положении. Все это обусловливает увеличение веса и габаритов всего аппарата. Массивный диск, длинный и тяжелый шток подвижного контакта ВДК с устройством удержания контактов во включенном положении приводят к уменьшению возможной скорости размыкания контактов. Кроме того в этом устройстве невозможно регулировать уставку срабатывания, что исключает использование принципа . селективности защиты по току, снижает надежность работы. Цель изобретения - увеличение быстродействия, надежности работы и уменьщение габаритов. Поставленная цель достигается с помощью дополнительно введенных короткозамкнутого витка, трансформатора тока, путевого выключателя с замыкающими и размыкающими контактами и блока быстродействующего автоматического отключения, причем короткозамкнутый виток выполнен в виде диска из немагнитного материала, свободно перемещающегося по штоку подвижного контакта вакуумной камеры, первичная обмотка трансформатора тока включена в защищаемую фазу, а вторичная обмотка включена на отключающую катушку через размыкающие контакты путевого выключателя посредством диска, а замыкающие контакты путевого выключателя замыкаются посредством того же диска, одновременно воздействуя на блок отключения. Блок быстродействующего авто.матического отключения выполнен в виде двух герконов, включенных параллельно замыкающим контактам путевых выключателей, и емкостных накопителей, цепи разряда которых являются управляющими обмотками герконов. На фиг. 1 изображена одна фаза сверхбыстродействующего вакуумного коммутационного аппарата; на фиг. 2 - схема быстродействующего автоматического отключения трех фаз при срабатывании реагирующего механизма хотя бы в одной фазе аппарата. Устройство содержит в каждой фазе ВДК 1, с корпусом которой посредством изоляционных стойки 2 и крышки 3 имеют жесткую связь отключающая 4 и включающая 5 катушки индукционно-динамического привода с диском в виде плоской пружины 6 мембранного типа (например стальной), которая крепится посредством двух гаек 7 и 8 к штоку 9 подвижного контакта ВДК 1 и которая, благодаря своим упругим свойствам, исключает использование специального устройства удержания контактов в замкнутом положении. Края плоской пружины 6 крышкой 3 с помощью болтов 10 крепятся к стойке 2, т. е. жестко относительно корпуса ВДК 1. Гайками 11 и 12 к штоку 9 крепится гибкий токоввод 13, посредством которого фаза аппарата включается в защищаемую токовую цепь 14. Индукционно-динамический привод аппарата включает в себя также емкостные накопители 15 и 16, предварительно заряжаемые до напряжения 1 -1,5 кВ через зарядный трансформатор 17: и зарядное устройство на основе схемы умножения напряжения, состоящей из конденсатора 18 и диодов 19, 20 и 21. Емкостные накопители 15 и 16 разряжаются на отключающую 4 и включающую 5 катушки через коммутирующие тиристоры 22 и 23 соответственно. С выходной обмотки зарядного трансформатора 17 через сопротивление 24 и диод 25 заряжается до напряжения 12-15 В вспомогательная емкость 26, которая, разряжаясь через диод 27 при замыкании контактов путевого выключателя 28 в цепь управления тиристора отключения 22, обеспечивает его отпирание. Отпирание тиристора включения 23 осуществляется замыканием контактов геркона 29 в цепи управления этого тиристора, состоящей из геркона 29, диода 30 и сопротивления 31. Управляющая обмотка 32 геркона 29 включена последовательно с аналогичными обмотками 32 и 32 двух других фаз и кнопкой управления 33 на зажимы входной обмотки зарядного трансформатора 17. Везынерционное реагирующее устройство автоматического отключения коротких замыканий содержит дополнительный короткозамкнутый виток 34 в виде тонкого и легкого диска из немагнитного материала, свободно перемещающегося по щтоку 9 подвижного контакта ВДК 1 и отключающую катушку 4, постоянно обтекаемую током вторичной обмотки трансформатора тока 35. Вторичная обмотка 35 замкнута на параллельно соединенные резистор 36 и отключающую катушку 4, причем отключающая катушка 4 соединена с выходной обмоткой 35 через путевой выключатель (на фиг. 1 показан в виде двух контактных выводов, замкнутых диском 34). Реагирующее устройство включает также путевой выключатель 28, контакты которого замыкаются посредством диска 34. Схема быстродействующего автоматического отключения трех фаз при срабатывании реагирующего механизма хотя бы в одной фазе аппарата (фиг. 2) содержит включаемые параллельно контактам каждого путевого выключателя 28 (28 и 28) герконы 37 и 38 (ЗУ, 38и 37, 38, управляющими обмотками 39 и 40 (39, 40 и 39f 40, которых служат витки импульсных цепей разряда силовых емкостей отключения накопителя 15 двух других фаз. Устройство работает следующим образом В нормальном состоянии контакты ВДК 1 замкнуты (фиг. 1), ток вторичной обмотки трансформатора тока 35 пропорционален току в защищаемой цепи 14. Вторичная обмотка трансформатора тока 35 замыкается на отключающую катушку 4 аппарата через путевой выключатель, контакты которого в нормальном режиме замкнуты посредством диска 34. Поскольку режим разомкнутой вторичной обмотки трансформатора 35 является аварийным, его вторичная обмотка замыкается накоротко еще и резистором 36. При протекании по катушке 4 тока, пропорционального току защищаемой цепи 14, между катушкой 4 и диском 34 возникают отталкивающие усилия, однако в данной схеме они значительно меньше, чем в известном устройстве, и могут быть уравновешены весом диска 34. Отталкивающие усилия между катушкой 4 и плоской пружиной 6 нейтрализуются упругими свойствами пружины 6. Изменением стрелы прогиба пружины 6 млжно добиться необходи мой величины поджатия контактов ВДК. При возникновении короткого замыкания изменяется di /dt защищаемой цепи, а следовательно, и цепи тока в отключающей катущке. Под действием резко увеличившихся отталкивающих усилий диск 34 двигается вверх, размыкая вторичную цепь 35, замкнутую на отключающую катушку 4, и одновременно замыкая контакты путевого выключателя 28. При этом предварительно заряженная вспомогательная емкость 26 разрядится через диод 27 в цепь управления тиристора отключения 22, обеспечивая его быстрое (порядка единиц микросекунд) отпирание. При отпирании тиристора отключения 22, предварительно заряженная силовая емкость 15 резко разряжается через катушку отключения 4. В результате взаимодействия магнитных полей тока в катушке 4 и индукционного тока в плоской пружине 6 последняя двигается вниз, увлекая за собой шток 9 подвижного контакта ВДК 1. В крайнем нижнем положении шток 9 подвижного контакта ВДК 1 удерживается ПЛОСКОЙ пружиной 6, имеющей два фиксированных положения и являющейся одновре менно защелкой мембранного типа. При разряде емкости 15 на катушку 4 взаимодействие полей тока в катушке 4 и индукционного тока в диске 34 обеспечивает удер жание диска 34 в верхнем положении соприкосновения с гайкой 12 на время прохождения импульсного тока по катушке 4, т. е. на время отключения. На нижней торцовой поверхности гайки 12 можно укрепить демпфирующую прокладку, например резиновую. В случае срабатывания реагирующего устройства автоматического отключения коротких замыканий одновременно не во всех трех фазах (например при двухфазных к. 3. или однофазных замыканиях на землю в цепях с заземленной нейтралью) данный аппарат обеспечит практически одновременное отключение всех трех фаз аварийной цепи. Для этой цели параллельно контактам путевых выключателей 28, 28 и 28, стоящих в каждой фазе аппарата, подключают герконы 37 и 38, 37 и 38, а также 37 и 38 (фиг. 2). Управляющими обмотками двух герконов одной фазы являются витки цепей разряда силовых емкостей отключения двух других фаз. Если срабатывает безинерционное реагирующее устройство отключения коротких замыканий только в одной фазе (фиг. 1), то емкость 15 через тиристор 22 разряжается на катушку отключения 4. Часть импульсной цепи разряда емкости 15 в виде витков 39 и 40 являются управляющими обмотками герконов 37 и и обеспечивают замыкание контактов этих герконов. В результате вспомогательные емкости 26 и 26 , разряжаясь через герконы 37 и 38, и диоды 27, 27 в цепи управления тиристоров отключения 22 и 22 , обеспечивают открывание этих тиристоров и срабатывание индукционно динамических приводов всех трех фаз. В случае необходимости произвести включение всех трех фаз нажимается кнопка управления 33. При этом с входных зажимов зарядного трансформатора 17, который также осуществляет развязку от высокго напряжения, подается питание на последовательно включенные катушки 32, 32 и 32. Эти катушки являются управляющими для герконов, стоящих в цепях управления тиристоров включения трех фаз. Д.тя фазы (фиг. I) катушка 32 управляет замыканием контактов геркона 29, стоящего в цепи управления тиристора включения 23. Тиристор 23 открывается и предварительно заряженная емкость 16 разряжается на катушку включения 5, при этом пружина 6 движется вверх, осуществляя замыкание контактов ВДК 1, фиксируя замкнутое положение контактов и обеспечивая дополнительное их поджатие в замкнутом положении. К тиристору 23 не предъявляются требования быстрого отпирания. Он включается коротким по длительности управляющим импульсом равным времени включения тиристора. При этом уменьшается мощность, выделяемая в управляющем переходе, и облегчается режим работы геркона 29. Предлагаемый сверхбыстродействующий вакуумный коммутационный аппарат позволяет быстро отключать ток короткого замыкания до момента достижения им своего максимального значения. Облегченный шток подвижного контакта ВДК гарантирует больщие скорости процесса размыкания контактов. Использование специального реагирующего устройства и независимого питания механизма привода позволяет умень шить габариты и вес аппарата по сравнению с известным, обеспечивает независимость времени срабатывания от величины и скорости нарастания тОка в защищаемой цепи. Изменяя число витков выходной обмотки трансформатора тока и вес вспомогательного диска реагирующего механизма, можно варьировать уставку срабатывания по скорости нарастания тока. Схема быстродействующего автоматического отключения всех трех фаз при срабатывании реагирующего механизма хотя бы в одной фазе аппарата позволяет осуществлять надежную защиту в случае несимметричных коротких замыканий. Формула изобретения 1. Вакуумный коммутационный аппарат, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, неподвижную отключающую катущку, короткозамкнутый виток, жестко связанный с токовводом подвижного контакта вакуумной камеры и включающую катущку, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, надежности в работе, уменьщения габаритов, дополнительно введены короткозамкнутый виток, трансформатор тока, путевой выключатель с замыкающими и размыкающими контактами и блок быстродействующего автоматического отключения, причем короткозамкнутый виток выполнен в виде диска из немагнитного материала, свободно перемещающегося по штоку подвижного контакта вакуумной камеры, первичная обмотка трансформатора тока включена в защищаемую фазу, а вторичная обмотка включена на отключающую катущку через размыкающие контакты путевого выключателя посредством диска, а замыкающие контакты путевого выключателя замыкаются посредством того же диска, одновременно воздействуя на блок отклонения. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что блок быстродействующего автоматического отключения выполнен в виде двух герконов, включенных параллельно замыкающим контактам путевых выключателей, и емкостных накопителей, цепи разряда которых являются управляющими об.мотками герконов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Акцептованная заявка Японии № 23144/79, 1969. 2.Заявка ФРГ № 2264342, кл. 21 с 68/01, 1972. 3.Патент Англии № 1229799, кл. Н 1 N, 1967.

0

.l