Быстродействующий гибридный выключатель переменного тока

,107848 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А П 9) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ стьаор. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ АЗССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТ(72) Г.В. Могилевский и С.В. Дикань (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтнрго аппаратостроения ВНИИ- электроаппарат(56) 1. Смага Н.Н., Кобозев А.С. Предельная коммутационная способность токоограничивающих выключателей серии А 3700 и энергии дуги отк лючения. - В кн. Низковольтное аппаратостроение, Киев, Техника, 1974, с, 44-502. Ковалев Ф.Н. и др. Унифицированная серия статических преобразователей мощностью до 100 кВт для аг регатов бесперебойного питания.Электротехническая промышленно сер. Преобразовательная техник 1978, вып. 4 (99), с. 19-23.3. Авторское свидетельство СССР 9 335728, кл. Н 01 Н 9/30, 1967(54)(57) БЫСТРОДЕИСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содер жащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные тиристорным ключом, и общий блок управления, включающий в себя быстродействующий привод ускоренного отключения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый полюс введены два дросселя насыщения с встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок "принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми контактами в цепь, зашунтированную тиристорным ключом, тиристорный мост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчикС направления тока включен в цепь силовых контактов одного из полюсов и подключен к блоку управления,причем блок принудительной коммутации выполнен в вМде двух параллельных цепей, в одну из которых включены а доследовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и диод, а в другую - последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тирис"35 Изобретение относится к низковольтным коммутационным аппаратам защиты электроустановок от токов ко-. роткого замыкания - гибридным выключателем трехфазного переменного тока, в которых функции проведения и5 прерывания тока нагрузки распределены соответственно между контакт ными и шунтирующими их бесконтактными элементами.Известен быстродействующий выключатель переменного тока Г 1 1.Однако при относительной простоте и дешевизне укаэанный выключатель характеризуется низким быстродействием, обусловленным особенностями, 15 свойственными контактным системам ,(инерционность подвижных механизмов и процессов дугогашения). Следствием этого являются ухудшенные токо- ограничивающие свойства. 20Известен также тиристорный выключатель с искусственной конденсаторной коммутацией, обладающий эффективными токоограничивающими свойствами 2325Недостатком данного выключателя являются увеличенные потери энергии во включенном состоянии (обусловленные неидеальностью ключевых свойств тиристора) и, как следствие, ухудшенные массогабаритные показатели.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому. результату является гибридный выключатель, содержащий главные контакты, зашунтированные полупроводниковым ключом (встречно-параллельно включенными тиристорами) 3 1.Для повышения быстродействия выключатель может быть снабжен приводом ускоренного отключения (преимущест венно, нндукционно-динамическим).Однако используемый принцип естественной коммутации тиристоров (выключение при смене полярности то- ка нагрузки) ограничивает область 45 применения известного выключателя вследствие низкого быстродействия (время выключения больше полупериода колебаний напряжения сети) и отсутствия токоограничивающих свойств.Цель изобретения - повышение быстродействия выключателя.Укаэанная цель достигается тем, что в быстродействующий гибридный выключатель переменного тока, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, зашунтированные тиристорным ключом, и общий блок управления, включающий в себя быстродействующий привод ускоренного отключения, введены два дросселя )асыщения с . 60 встречно включенными обмотками, тиристорный мост, блок принудительной коммутации и датчик направления тока, указанные дроссели насыщения включены последовательно с силовыми 65 контактами в цепь, зашунтированнуютиристорным ключом, тиристорныймост подключен параллельно тиристорному ключу, блок принудительной коммутации включен в диагональ тиристорного моста, датчик направлениятока включен в цепь силовых контактов одного из полюсов и подключенк блоку управления, причем блок принудительной коммутации выполнен ввиде двух параллельных цепей, в одну из,которых включены последовательно соединенные катушка индуктивности, предварительно заряжаемыйконденсатор и диод, а в другую -последовательно соединенные катушкаиндуктивности, предварительно заряжаемый конденсатор и тиристор. На фиг.1 приведена схема полюсавыключателя; на фиг,2 - схема выключателя, в котором функции ключа выполняет тнристорный мост; на фиг,3 и 4 - схема блоков принудительнойкоммутации для выключателей, изображенных на фиг.1 и 2 соответственно;на фиг.5 и б - временные диаграммы,поясняющие их работу.Выключатель содержит главные контакты 1, тиристорный мост, содержащий тиристоры 2 - 5, блок б принудительной конденсаторной коммутации,дроссели 7 и 8 насыщения, датчик9 тока, блок 10 управления с приводом ускоренного отключения, тиристорный ключ, содержащий тиристоры11 и 12, катушки индуктивности 1315, предварительно заряженные конденсаторы 16 - 18, диод 19 н тиристор 20.На фиг.5 н б Э обозначает токуставки срабатывайия выключателя,токи в цепях блока б,отключаемый ток короткого замыкания(т,к.з,), к - ток в цепи контактов1, 1 - ток в цепи тиристоров 11 и12; О, О , Ос 2 - напряжения на конденсаторах, соответствующие токам1,11 а в блоке б, О, - началь-"ное напряжение на койденсаторах.Принцип действия. выключателя,изображенного на фиг. 1, состоит вследующем.В установившемся режиме дроссели .7 и 8 намагничиваются током нагрузкисоответственно положительной и отрицательной полярности. При возникновении аварии в нагрузке и нарастаниит.к,з. до величины тока уставки Эблок 10 управления, воздействует наконтакты 1, приводя к размыканиюпоследних.В момент 1 кС:0=.3 одновременноблок управления вырабатывает импульсный сигнал управления тиристорами 2, 5 и 11 (для указанного направления т.к.з.). При этом конденсатор 16 в цепи диода 19 (фиг. 3 и 5)разряжается через еще замкнутыеконтакты 1 на дроссели 7 и 8 насыщения, В результате этого магнитопровод дросселя 7 перемагничивается(за время перемагничивания 1токспадает донуля) и сопротивление цепи с главными контактами возрастаетдля тока, при этом последнийпереходит в цепь тиристора 11, благодаря чему размыкание контактов 1происходит в обесточенном состоянии. 10В интервале коммутации Ф,ФЗ происходит бездуговой разрыв контактови восстановление электрической прочности межконтактного промежутка.В момент 1:1 импульс управления 15поступает на тиристор 20, благодарячемутиристор 11 принудительно запирается в течение времени 1 з -сНаличие дросселей насыщения вцепи главных контактов и уанное 20построение системы бездуговой коммутации позволяет повысить быстродействие выключателя, изображенного нафиг.1, за счет практического исключения короткой дуги на контакторах 25и уменьшения стадии существованияметаллических мостиков размыканияконтактов,Аналогичным образом осуществляетсяи коммутация т.к .з. отрицательнойполярности. Отличие заключается втом, что управляются тиристоры 3, 4и 12 и перемагничивается дроссель 8.В выключателе, изображенном нафиг.2, Функции бесконтактного ключаи блока принудительной коммутациисовмещены. Это достигается за счеттого, что проводящее состояние тиристоров 2 - 5 в обратном направленииобеспечивается под действием разрядного тока конденсатора. 40Так, в процессе перемагничиваниядросселя насыщения (О с С(1; фиг. 6)управление мостом 2 - 5 происходитаналогично рассмотренному (включаются тиристоры 2 и 5 для указанного 45направления т.к.з.) . При этом разрядный ток конденсатора 18 (фиг.4)протекает по контуру, обозначенномусплошной линией на фиг.2.После перемагничивания дросселя7 (С И) управление подается на всетиристоры моста 2 - 5 и конденсаторначинает разряжаться по контурам,обозначенным пунктирной линией нафиг,2, обеспечивая проводящее состояние тиристоров 2 - 5 в обратном направлении, если ( (интервалФ(1 (.1)Учитывая возросшее Сопротивлениецепи с элементами (после перемагничивания дросселя 7) и уменьшенное 60 сопротивление тиристорного моста (в результате протекания разрядного тока в цепи тиристоров), т.к.з. переходит полностью в момент 1=1 в цепь тиристоров, В результате этого разрыв контактов также осуществляется без дуги в интервале Ф(1 сФНа данном интервале осуществляется также восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. При .этом должно выполняться условиессl с(ь ь кз/ В выключателе, изображенном на фиг.2, возможно применение блока б, выполненного согласно фиг.3. При такой его реализации достигается увеличение времени превышения суммарным разрядным током конденсаторов+величины рз, т.е. времени, предоставленного блоком б на восста. - новление электрчческой прочности межконтактного промежутка. В данном случае включение тиристора 20 .происходит в течение времени действия .разрядного тока . В случае использования привода ускоренного отключения с питанием от накопительнЬго конденсатора (например, индукционнодинамического) возможно применение в качестве индуктивности 15 (Фиг.4) катушки управлений данного привода. При этом конденсатор блока б служит одновременно для управления приводом и принудительной коммутацией тиристоров моста, благодаря чему достигается уменьшение габаритов (массы) аппарата.Выключатель, изображенный на фиг.2, характеризуется более высоким быстродействием, что обусловлено отсутствием дополнительной стадии выключения ключа после восстановления электрической прочности межконтактного промежутка.Таким образом, благодаря установке дросселей насыщения в цепи с главными контактами, применению избирательной бездуговой коммутации (в зависимости от полярности коммутируемого тока), а также принятой схеме реализации блока принудительной конденсаторной коммутации достигается облегчение условий бездугового размыкания контактов на переменном токе и, как следствие, повышение быстродействия гибридного выключателя и улучшение его массогабаритных показателей.