Способ защиты мощных цепей токоограничи-вающими выключателями

О П И С А Н И Е 84 З 017 ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет Опубликовано 30.06.81. Бюллетень24 по делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ МОЩНЫХ ЦЕПЕЙ ТОКООГРАНИЧИВАК)ЩИМИ ВЫКЛОЧАТЕЛЯМИ Изобретение относится к защите низковольтных мощных цепей электрическими коммутационными аппаратами, в частности токоограничивающими выключателями.5Известны способы защиты мощныхнизковольтных цепей токоограничивающими выключателями, снабженными то".коограничивающими элементами,которыесрабатывают под действием протекаю 10щего тока короткого замыкания(1(3) ивводят в цепь электрическую дугураньше, чем происходит размыканиеконтактов выключателя под действиеммеханизма свободного расцепления привоздействии на него максимальных расцепителей тока,При таком способе защиты вследствие того, что возмущающее воздействиенапряжения дуги между контактами выключателя на цепь происходит до того,как оЖидаемый ток цепи возрастет досвоего максимального значения, происходит ограничение тока. В результате этого уменьшается, по сравнению со случаем защиты той же цепи нетокоограничивающим выключателем, термическое и электрическое воздействие пропускаемого (ограниченного) тока на защищаемый объект и всю цепь в целом, а также уменьшается действие тока и энергии дуги отключения на выключатель. Это позволяет существенно снизить требования к устойчивости защищаемых объектов к токам КЗ и обеспечить высокую предельную ком" мутационную способность выключателей при их малых габаритах. Такой способ защиты цепей токоограничивающими выключателями широко используется особенно при защите мощных низковольт" ных цепей 11 .Однако, в ряде случаев, например при защите тиристорных преобразователей и други 1 с объектов с полупроводниковыми элементами, требования к снижению значения аварийных токов предъявляются более жесткие, чем мо17 4при возникновении на защищаемом объекте короткого замыкания обеснечивают металлическое короткое замыкание отводящих зажимов выключателей раньше, чем начинают ограничение тока токоограничивающими элементами этих выключателей.На фиг. 1 схематично показана защищаемая цепь; на фиг. 2 - вариант осуществления способа; на фиг. 3 - эпюры токов через выключатель и нагрузку,Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.Имеется цепь, например, постоянного тока с мощным источником тока (генератором), индуктивность и активное сопротивление которого вместе с подводящими питание к выключателю шинами имеет значение 1. и Й и отводящую линию, Последняя может быть представлена в виде нескольких и участков с сосредоточенными значениями индуктивности и активного сопротивления, равным 1. и Й , На фиг. 1 представлено два таких участка.1При возникновении КЗ на защищаемой токоограничивающим выключателем линии, например в точке А, ток в цепи начинает возрастать. После достижения током определенной величины, например двух или трехкратной по отношению к значению номинального токапроизН водится металлическое перемыкание отводяших зажимов выключателя, т.е, мес то КЗ переносится в точку В. Этим ограничивается поступление энергии в защищаемую цепь от источника тока и в защищаемой цепи с полупроводниковыми элементами или другими, чувствительными к амплитуде и импульсу тока, значение протекающего тока не возрастает. В то же время через выключатель ток начинает возрастать быстрее и при достижении им величи ны установки максимального тока расцепителя (7-10 11)происходит расцепление механизма выключателя. При значении тока, равного току уставки токоограничивающего элемента, начинается расхождение контактов под действием развиваемых токоограннчивающим элементом сил, вводится в цепь электрическая дуга и происходит отключение цепи с ограничением тока КЗ. Так как энергия от источника после премыкания отводящих зажимов выключателя не поступает в индуктивность 20 3 8430жет обеспечить известный способ. Труд"ности повышения токоограничивающихсвойств токоограничивающих выключателей заключаются в том, что после разведения токоограничивающим элементом .контактов и появления на них электрической дуги ток в цепи продолжаетвозрастать до тех пор, пока дуга невыйдет из межконтактного промежуткав дугогасительную камеру. Величина 10зазора, при котором дуга может выйтииз межконтактного промежутка, составляет ие менее от 3 до 5 мм, а для прохождения расходящимися контактами такого пути требуется сравнительно большое время, В результате - максимальное значение пропускаемого тока призащите мощных цепей токоограничивающими выключателями в несколько раз превышает значение тока уставки токоограничивающего элемента. Заметноувеличить скорость расхождения контактов и снизить значение пропускаемого тока эа счет повышения мощности и размеров токоограничивающих 25элементов, как показывает анализ,нельзя,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ отключения токов КЗ вьключателями серии АЗ 700 121.Однако при увеличении размероввзаимодействующих шин токоограничителей в 5 -6 раз, максимальное зна-,чение пропускаемого тока снижаетсялишь на 15-207. Кроме того, недос- .татками способа являются невозможность защиты объектов с низкой устойчивостью к токам КЗ, снижение рересурса выключателей при отключении 40непредельных токов КЗ.Цель изобретения - повышение ресурсов токограничиваюцих выключателей и расширение их Функциональныхвозможностей за счет снижения нагрузок на защищаемый объект,Указанная цель достигается тем,что в способе защиты мощных цепейтокоограничивающими выключателями,снабженными токоограничивающими эле ментамй, путем введения в цепь электррической дуги за счет срабатываниятокоограничивающих элементов поддействием протекающего тока короткого замыкания раньше, чем производят размыкание контактов выключателя под действием механизма свободного расцепления при воздействии нанего максимальных расцепителей тока,отводящей линии и нагрузка. не накапливается в ней и в дальнейшем не выделяется в дуге отключения, а резкое возрастание тока через выключатель приводит к быстрому срабатыва- нию его токоограничивающего элемента и эффективному ограничению тока, значение энергии отключения в выключа" теле сравнительно. невелико.Указанное значение меньше, или, 10 по крайней мере, не больше того значения, которое было бы при отключении выключателем цепи с первоначальным (до перемыкания отводящих зажимов выключателя) местом КЗ. Ток в цепи 15 между нагрузкой и перемкнутыми отводящими зажимами выключателя после отключения выключателем цепи от источника тока может некотороевремя протекать, но величина этого тока не велика и поэтому не опасна для нагрузки (полупроводниковых элементов)Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.Имеется однофазный источник 1 пе ременного тока и токоограничивающий автоматический выключатель 2, подводящими зажимами подключенный к источнику тока. К отводящим зажимам выключателя подключены токовые катуш" 30 ки 3, в.которые помещен составной стержень 4 из ферромагнитного и не- ферромагнитного материалов. Этот стержень удерживается пружиной 5 в таком положении, чтобы в исходном по ложении в каждую из катушек 3 входила только часть ферромагнитной вставки стержня 4 (они показаны заштрихованным). На стержне закреплен мостиковый контакт 6, против которого рас положены контакты 7, каждый из которых соединен с одной из шин отводящей линии. Индуктивность и омическое сопротивление линии представлены в виде сосредоточенных индуктивностей 8 и 45 резисторов 9, Нагрузкой является полупроводниковый выпрямитель 10 с отводящими зажимами 11.При КЗ на отводящих зажимах 11 выпрямителя 1 О через выпрямитель начинает протекать ток КЗ. При заданном значении тока. ферромагнитные части стержня 4 втягиваются в катушки 3 и замыкаются контакты 6 и 7. До замыкания этих контактов ток через вы" ключатель и нагрузку протекает одинаковый (эпюры на фиг. 3). После замыкания контактов 6 и 7 ток, протекающий через выключатель, начинает резко возрастать, а ток через нагрузку - уменьшается, При этом мостиковый контакт 6, под действием электро- динамических сил, обусловленных его взаимодействием с отводящими токо- несущими. шинами (образуется П-образный контур), прижимается к контактам 7, чем и обеспечивается электродинамическая устойчивость указанных контактов при протекании пропускаемого тока выключателем.Под действием нарастающего протекаемого тока срабатывают максимальные расцепители тока выключателя, его токограничивающие элементы, в ре" зультате чего происходит ограничение тока и полное его отключение в цепи между источником тока и местом расположения контактов 6 и 7.В короткозамкнутой цепи, включающей выпрямитель 10, сопротивление 9, индуктивность 8 и мостиковый контакт 6, затухание тока после замыкания контактов 6 и 7 определяется электромаг-, нитной постоянной этой цепи. В момент времени, когда ток через выключатель снижается настолько, что сумма электро- динамических (со стороны П-образного контура) и электромагнитных (со сто" роны катушек 3) сил на мостиковый контакт 6 стает меньше усилий пружины 5; контакты 6 и 7 расходятся и ток в нагрузке 1 О прерван.Формула изобретенияСпособ защиты мощных цепей токо- ограничивающими выключателями, снабженными токоограничивающими элементами, путем введения в цепь электрической дуги за счет срабатывания токоограничивающих элементов под действием протекающего тока короткого замыкания прежде, чем производят разиыкание контактов выключателя под действием механизма свободного расцепления при воздействии на него максимальных расцепителей тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ресурса выключателей и рае ширения их функциональных возможностей, при возникновении на защищаемом объекте короткого замыкания обес,7"печивают металлическое короткое замыание отводящих зажимов выключателей раньше, чем начинают ограничение то-,843017 аказ 5139/71 Тираж 784 Подп Н Па Ужгород, ул, Проектная,4 филиал 7ка токоограничивающими элементамиэтих выключателей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 8.1, Авторское свидетельство СССР Иф 277915, кл. Н 01 Н 77/10, 1968.2. Авторское свидетельство СССР У 296172, кл, Н 01 Н 73/38, 1969,