Токоограничивающий селективный выключатель Советский патент 1982 года по МПК H01H75/00 H02H3/08 

(54) ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ СЕЛЕКТИВНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к электроаппаратостроению, а именно к токоограничивающим селективным выключателям сильноточных электрических установок переменного тока.

Известны автоматические выключатели, содержащие неподвижный контакт, имеющий возможность небольшого перемещения и находящийся под действием контактной пружины, а также подвижный контакт, укрепленный на изоляционном рычаге, связанном с механизмом аппарата через тягу. Ток защищаемой цепи проходит через замкнутые контакты и через катушку максимального расцепителя и трансформатор тока 1.

Такие выключатели делают двух модификаций - токоограничивающие и селективные. В первых токоограничение достигается посредством сопротивления дуги. При отключении коротких замыканий первым смещается неподвиж- ный контакт электродинамической силой

в точке касания контактов и возникающая до начала движения подвижного контакта дуга обеспечивает ограничение тока короткого замыкания (к.з.).

В селективных выключателях используют электродинамический компенсатор, который не позволяет контактам разомкнуться до начала движения подвижного контакта. Токоограничение через дугу отключения приводит к значительной эрозии контактов, особенно в сильноточных цепях. Кроме того, использование в распределительных цепях только одного токоограничивающего дугового разрыва не всегда обеспечивает достаточно эффективное токоограничение. Ограниченный ток к.з. остается еще достаточно большим по величине и дугу приходится гасить в деион20ной (или в какой-либо другой) дугогасительной камере.Все это отрицательно сказываетсяна массогабаритных, весовых и стоимостных показателях 39 описанных выключателей, снижает ресурс и пожаробезопасность их работы. Известно также устройство защиты распределительных сетей от коротких замыканий с последовательно установленными токоограничивающими силовыми выключателями, содержащее для каждого выключателя быстродействующий разъединяющий узел, который связан с коммутирующими элементами и защелкой, воздействующей на механизм свободного расцепления, блок измерения крутизны нарастания тока к.з. и блок замедления, включенный между упомянутыми быстродействующим разъединяющим узлом и защелкой, причем время замедления в каждом последующем выкл чателе выбрано большим по отношению к предыдущему выключателю на время половины периода тока сети С2. В описанном устройстве одновременно достигается токоограничение и селективность отключения. Токоограни чение осуществляется через сопротивления электрических дуг. За счет последовательного соединения несколь ких электрических дуг значительно сильнее дополнительно снижается ток к.з. ho сравнению со случаем размыкания одного выключателя. При этом упрощаются требования к дугогасительным камерам. Тем не менее отрицательные последствия дугового токоограничения остаются в силе. Наиболее близким к предлагаемому является токоограничивающ селектив ный выключатель с устройством автома тического повторного включения, содержащий силовые контакты, зашунтиро ванные цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора, реле максимального тока и вспомогательног выключателя с замедлением На размыкание, а в цепь управления включением выключателя последовательно вкл чены размыкающий контакт реле максимального тока и замыкающий контакт вспомогательного выключателя ГЗ. В .описанном выключателе токоогран чение осуществляется через низкоомно сопротивление шунтирующей цепочки, а селективность срабатывания основан на однократных автоматических повтор ных включениях (АПВ) всех последовательно соединенных выключателей за исключением одного, в зоне защиты которого произошло к.з. Недостатком этого выключателя явлется необходимость применения для 2 .4 защищаемых им потребителей дополнительно минимальной защиты напряжения. Вспомогательный автоматический выключатель выполнен с замедлением- отключения и в этом случае при отключении силовых контактов всплески тока, вызванные перенапряжениями, затухают к моменту отключения вспомогательного выключателя. Кроме того, выдержка времени срабатывания вспомогательно,го выключателя необходима для того, чтобы предотвратить возможность его отключения от токов нагрузки, так как после отключения главных контактов на -фидере остается напряжение, попадающее через шунтирующую цепочку. Таким образом, нагрузка остается подключенной и может вызвать срабатывание вспомогательного автоматического выключателя. Поэтому все приемники, потребляемые токи, которые могут вызвать срабатывание вспомогательного выключателя, должны иметь минимальную защиту по напряжению. К недостаткам относится также то г что вспомогательный выключатель срабатывает независимо от того произошло к.з. на защищаемом участке или нет, что снижает ресурс и надежность его работы, а также то, что вспомогательный выключатель срабатывает при произвольной фазе цепи переменного тока. А поскольку ограниченный ток к.з. имеет достаточно большую величину (трех-семикратный номинальный ток), то в сильноточных цепях условия дугогашения в шунтирующей цепи остаются тяжелыми и пожароопасными. Целью изобретения является повышение надежности работы и пожаробезопасности. Поставленная цель достигается тем, что токоограничивающий селективный выключатель, содержащий силовые контакты основного выключателя, зашунтированные цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора катушки реле максимального тока и контактов вспомогательного выключателя, и имеющий предназначенные для включения в цепь управления основного выключателя последовательно сое- диненные размыкающий контакт реле максимального тока и блок-контакт вспомогательного выключателя, введены два переменных резистора, нульорган, логический элемент И, дополнительный замыкающий контакт реле максимального тока с замедлением на замыкание, переменные резисторы подключены параллельно соответственно катушки - реле максимального тока и резистору, движки резисторов соединены со входами нуль-органа, выход которого подключен к одному из входов логического элемента И, другой вход которого через дополнительный замыкающий контакт реле максимального тока соединен с клеммой для подключения источника питания, причем выход логического элемента И предназначен для подключения к цепи управления отключением вспомогательного выключателя. На чертеже схематически изображен предлагаемый токоограничивающий селективный выключатель. Устройство содержит силовые контакты 1 (основной автоматический выключатель), зашунтированные цепью состоящей из контактов вспомогательного неавтоматического выключателя 2, низкоомного резистора 3, катушки реле максимального тока.Низко омное токоограничивающее сопротивлен 3 и катушка реле максимального тока зашунтированы высокоомными переменными резисторами 5 и 6. Движки резис торов 5 и 6 подсоединены по входам электронного нуль-органа 7, выход которого соединен с одним из входов схемы И 8. На другой вход схемы И 8 поступает сигнал в виде напряжения из блока питания через замыкающий контакт 9 реле + максимального тока, который работает с замедлением на замыкание. Выход схемы И 8 соединен .с цепью управления отключением вспомогатель ного выключателя 2. Цепь управления включением основного выключателя 1 содержит последовательно соединенные размыкающий контакт 10 реле максимального тока и размыкающий блокконтакт 11 вспомогательного выключателя 2. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии основной автоматический выключатель 1 и вспомогательный выключатель 2 включены. Поскольку в шунтирующей цепи имеется сопротивление 3, практически весь ток проходит через силовые контакты 1. При возникновении к.з. размыкают ся силовые контакты выключателя 1. Ток при этом перетекает в шунтируюz 6 щую цепочку 2-3-+. Необходимо, чтобы выключатель 1 обладал высокой чувствительностью к токам К.З., реагируя на скорость нараст.ания тока к.з., поскольку токоограничивающее действие устройства в целом повышается с уменьшением отрезка времени от момента возникновения тока к.з. до момента введения в короткозамкнутую цепь сопротивления 3. В то же время скорость размыкания силовых контактов 1 не должна быть чрезвычайно большой, так как при резком введении токоограничивающего сопротивления возникают большие перенапряжения из-за крутого спада тока (L di/dt) и падения напряжения на самом токоограничивающем сопротивлении (iR). Сопротивление 3 шунтирующей цепи используют не только для т.окоограничения, а также в качестве датчика (активный шунт), с которого снимается сигнал, в виде напряжения на резисторе 5. пропорциональный величине тока, протекакхцего по шунтирующей цепи. Катушку реле i максимального тока также используют в качестве датчика (индуктивный шунт), с которого снимается сигнал, в виде напряжения на резисторе 6, пропорциональный скорости изменения тока к.з. Эти сигналы с резисторов 5 и 6 подаются на входы электронного нульоргана 7, где суммируются и а иоме:-; равенства их суммы нулю на выходе нуль-органа 7 появляется импульс toка, опережающий естественный нуль тока п шунтирующей цепи на некоторый отрезок времени (время упреждения). Импульс тока с выхода нуль-органа 7 (синхронизирующий импульс) поступает на один из входов схемы И 8. Если при этом на ее другой вход подается потенциальный положительный сигнал, то схема И 8 пропускает синхронизирующий импульс в цепь управления отключением вспомогательного выключателя 2, который размыкает свои контакты непосредственно перед нулевым значением тока в шунтирующей цепи. Выключатель 2 осуществляет в этом случае бездуговое отключение ограниченного тока к.з. С целью обеспечения селективности отключения без выдержек времени, в случае к.з. на одном из участков распределительной сети, одновременно отключаются все последовательно соединенные основные автоматические выключатели, кроме генераторных. При этом, если в зоне защиты выключателя к.з. нет, то рел Ц, если оно сработало от всплеска тока при перенапряжении в момент от ключения выключателя 1, возвращается в исходное состоение. Размыкающи контакт 10 реле опять замкнется и в цепь управления включением выкл чателя 1 пройдет сигнал, по котором контакты выключателя 1 замкнутся (АПВ произошло). Поскольку контакт реле Ц выполнен с замедлением на замыкание, он не успевает замкнутьс до момента возвращения катушки 4 реле-в исходное состояние, т.е. он остается разомкнутым, синхронизирую щий импульс через схему И 8 не проходит и выключатель 2 остается во включенном положении. При возникновении в зоне защиты рассматриваемого выключателя неусто чивого к.з. реле k. срабатывает сраз после отключения выключателя 1 и ко такт 10 реле 4 остается разомкнутым до исчезновения неустойчивого к.з. (задержка АПВ). Время задержки ерабатывания контакта 9 реле Ц выбирае ся большим, чем время протекания неустойчивого к.з. Поэтому выключатель 2 также остается во включенном положении. В случае же возникновения к.з. в зоне защиты рассматриваемого устройст%а, контакт 10 после срабатыва ния реле k остается в разомкнутом положении, АПВ выключателв%1 не происходит. Замыкающий контакт 9 ре ле после выдержки времени замыкается. Положительный потенциальный сигнал подается на потенциальный вход схемы И 8. Тогда очередной син хронизирующий импульс тока с выхода нуль-органа 7 происходит 4efJe3 схему И .8 в цепь управления отключением выключателя 2. Контакты последнего размыкаются перед нулевымзначением тока шунтирующей цепи, т.е. практически без загорания электрической дуги. Блок-контакт 11 выключателя 2 также размыкается, недопуская АПВ выключателя 1, так как контакт 10 обесточенного реле замыкается. Таким образом, производится бездуговое, селективное отключение коротко замкнутого участка распределительной сети, сопровождающееся эффективным токоограничением. По сравнению с известным предлагаемый выключатель обладает -рядом преимуществ. Бездуговое, синхронное размыкание шунтирующей цепи выключателем 2 позволяет повысить его коммутационную способность, износоустойчивость, повысить пожаробезопасность работы всего устройства. Бездуговое размыкание контактов выключателя 2 позволяет уменьшить габариты, вес, а также выполнять его без дугогасительной камеры. К преимуществам предлагаемого устройства относится также то, что вспомогательный выключатель 2 не автоматический, поэтому отпадает необходимость минимальной защить) по напряжению у всех потребителей, защищаемых данным устройством. Кроме этого, вспомогательный выключатель 2 в предлагаемом устройстве срабатывает, осуществляя полное от-, ключение цепи, только в случае к.з. на защищаемом участке. В случае неустойчивого к.з. или его отсутствия вспомогательный выключатель остается во включенном положении. Это приводит к повышению надежности, еще больше увеличивает ресурс и пожаробезопас- . ность работы. Необходимо отметить, что схема синхронизации отключения выключателя 2, состоящая из шунтов 3, t высо-, коомных резисторов 5, 6 и нуль-органа 7 используется в режиме кратковременного обтекания током активного и индуктивного шунтов, что позволяет уменьшить нагрев током активного шунта, повысить стабильность ее работы. Использование описанных преимуществ предлагаемого выключателя вместе с принципом селективности отключения без выдержек времени позволяет повысить предельную коммутационную способность в несколько раз по сравнению с известными селективными выключателями и, таким образом, создавать надежные системы защиты низковольтных электроэнергетических систем большой мощности, например судовых. В то же время значительно меньшая длительность протекания токов к.з. в сети и его бёздуговая коммутация позволяют уменьшить пожароопасность электроэнергетических систем. Формула изобретения Токоограни.чивающий селективный выключатель, содержащий силовые контакты основного выключателя, зашунтированные цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора, катушки реле максимального тока и контактов вспомогательного выключателя, и имеющий предназначенные для включения в цепь управления основного выключателя последовательно соеди ненные размыкающий контакт реле максимального тока и блок-контакт вспомогательного выключателя, о т л и ч-ающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и пожаробезопасности, в устройство введены два переменных резистора, нуль-орган логический элемент И, дополнительный замыкающий контакт реле максимального тока с замедлением на замыкание, один из переменных резисторов подключен параллельно катушке реле максимального тока, а другой - резисТору, движки переменных резисто-1210ров соединены с входами нуль-органа, выход которого подключен к одному из входов логического элемента И, другой вход которого через дополнительный замыкающий контактреле максймальног го тока соединен с клеммой для подключения источника питания, причем выход логического элемента И предназначен для подключения к цепи управления отключением вспомогательного выключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Чупихин А.А. Электрические аппараты. Энергия, 1975, c.48l2.Патент СССР № 621050, кл, Н 02 Н 3/08 (Н 02 Н 7/2б), 1978. 3.Авторское свидетельство СССР № 532912, кл. Н 01 Н 75/00, 1976.