Токоограничивающий селективный выключатель

(22) Заявлено 26, 11. 80 (21) 3008433/24-07)М. Кд 01 Н 75/0002 Н 3/08 рисоеднненнем заявки Рй Государственный комитет 3)Приоритет Опубликовано 15,07.82. Бюллетень Р 1 е СССР оо делам изобретений(53) УДК 621. 316,925.43(088,ткрытий ата опубликования описания 15,07,ЗСЭ:ЙЙЗЙАЯ Автор изобретения(54) ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ СЕЛЕКТИВНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕ 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 действиемконтактной пружины, а также подвижный контакт, укрепленный на изоляционном рычаге, связанном с механизмом аппарата через тягу. Ток защищаемой цепи проходит через замкнутыеконтакты и через катушку максимального расцепителя и трансформатортока 1,Такие выключатели делают двух модификаций - токоограничивающие и селективные. В первых токоограничениедостигается посредством сопротивления дуги. При отключении короткихзамыканий первым смещается неподвиж-ный контакт электродинамической силой точке касания контактов и возникаюая до начала движения подвижного онтакта дуга обеспечивает ограничеие 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 деионной (или в какой-либо другой) дугогасительной камере.Все это отрицательно сказывается на массогабаритных, весовых .и стоимостных показателях9393описанных выключателей, снижает ресурс и пожаробезопасность их работы,Известно также устройство защитыраспределительных сетей от короткихзамыканий с последовательно установленными токоограничивающими силовымивыключателями, содержащее для каждого выключателя быстродействующийразъединяющий узел, который связанс коммутирующими элементами и защел окой, воздействующей на механизм свободного расцепления, блок измерениякрутизны нарастания тока к,з, и блокзамедления, включенный между упомянутыми быстродействующим разъединяющим узлом и защелкой, причем времязамедления в каждом последующем выключателе выбрано большим по отношениюк предыдущему выключателю на времяполовины периода тока сети 21.В описанном устройстве одновре"менно достигается токоограничение иселективность отключения. Токоограничение осуществляется через сопротивления электрических дуг, За счетпоследовательного соединения нескольких электрических дуг значительносильнее дополнительно снижается токк.з, по сравнению со случаем размыкания одного выключателя. При этомупрощаются требования к дугогасительным камерам. Тем не менее отрицательные последствия дугового токоограницения остаются в силе,Наиболее близким к предлагаемому35является токоограничивающий селективный выключатель с устройством автоматического повторного включения, содержащий силовые контакты, зашунтированные цепью, состоящей из последо 40вательно соединенных резистора, релемахсимального тока и вспомогательноговыключателя с замедлением на размыкание, а в цепь управления включением выключателя последовательно вклю 45чены размыкающий контакт реле максимального тока и замыкающий контактвспомогательного выключателя 3 1.В описанном выключателе токоограни.чение осуществляется через низкоомноесопротивление шунтирующей цепочки,а селективность срабатывания основанана однократных автоматических повторных включениях (АПВ) всех последовательно соединенных выключателей заисключением одного, в зоне защитыкоторого произошло к.з,Недостатком этого выключателяявлется необходимость применения для защищаемых им потребителей дополнительно минимальной защиты напряжения.Вспомогательный автоматический выключатель выполнен с замедлением отключения и в этом случае при отклЮчениисиловых контактов всплески тока, выз.ванные перенапряжениями, затухают кмоменту отключения вспомогательноговыключателя. Кроме того, выдержкавремени срабатывания вспомогательно,го выключателя необходима для того,чтобы предотвратить возможность егоотключения от токов нагрузки, таккак после отключения главных контактов на фидере остается напряжение,попадающее через шунтирующую депочку. Такий образом, нагрузка остаетсяподключенной и может вызвать срабатывание вспомогательного автоматического выключателя. Поэтому всеприемники, потребляемые токи, которыемогут вызвать срабатывание вспомогательного выключателя, должны иметьминимальную защиту по напряжению,К недостаткам относится также тоцто вспомогательный выклюцатель срабатывает независимо от того произошло к.з, на защищаемом участке илинет, цто снижает ресурс и надежностьего работы, а также то, что вспомогательный выключатель срабатываетпри произвольной фазе цепи переменного тока. А поскольку ограниченныйток к.з.имеет достаточно большуювеличину (трех-семикратный номинальный ток, то в сильнотоцных цепяхусловия дугогашения в шунтирующейцепи остаются тяжелыми и пожароопасными,Целью изобретения является повышение надежности работы и пожаробезопасности.Поставленная цель достигаетсятем, что токоограничивающий селективный выключатель, содержащий силовые контакты основного выключателя,зашунтированные депью, состоящей изпоследовательно соединенных резистора;катушки реле максимального тока иконтактов вспомогательного выключателя, и имеющий предназначенные длявключения в цепь управления основного выключателя последовательно сое- .диненные размыкающий контакт релемаксимального тока и блок-контактвспомогательного выключателя, введены два переменных резистора, нуль- орган, логический элемент И, дополнительный замыкающий контакт релемаксимального тока с замедлением назамыкание, переменные резисторы подключены параллельно соответственнокатушки. реле максимального тока ирезистору, движки резисторов соединены со входами нуль-органа, выходкоторого подключен к одному из входов логического элемента И, другойвход которого через дополнительныйзамыкающий контакт реле максимального тока соединен с клеммой дляподключения источника питания,причем выход логического элемента Ипредназначен для подклюцения к цепиуправления отключением вспомогательного выключателя.На чертеже схематически изображен предлагаемый токоограницивающийселективный выключатель.Устройство .содержит силовые контакты 1 (основной автоматическийвыключатель), зашунтированные цепьюсостоящей иэ контактов вспомогательного неавтоматического выключателя 2, низкоомного резистора 3, катушки реле 4 максимального тока. Низкоомное токоограницивающее сопротивление3 и катушка реле 4 максимального токазашунтированы высокоомными переменными резисторами 5 и 6. Движки резис- зоторов 5 и б подсоединены по входамэлектронного нуль-органа 7, выходкоторого соединен с одним из входовсхемы И 8. На другой вход схемы И 8поступает сигнал в виде напряженияиз блока питания через замыкающийконтакт 9 реле 4 максимального тока,который работает с замедлением назамыкание.Выход схемы И 8 соединен .с цепьюуправления .отключением вспомоГательного выключателя 2. Цепь управлениявключением основного выключателя 1содержит последовательно соединенныеразмыкающий контакт 10 реле 4 максимального тока и размыкающий блокконтакт 11 вспомогатеЛьного выключателя 2,Устройство работает следующим образом, 50. В исходном состоянии основнойавтоматический выключатель 1 и вспомогательный выключатель 2 включены,Поскольку в шунтирующей цепи имеетсясопротивление 3, практически весьток проходит через силовые контакты1. При возникновении к,з. размыкаются силовые контакты выключателя 1.Ток при этом перетекает в шунтирую" 6ую цепочку 2-3-4, Необходимо, цтобыыклюцатель 1 обладал высокой цувстительностью к токам к,з., реагируяа скорость нарастания тока к.з.,оскольку токоограницивающее дейстие устройства в целом повышается сменьшением отрезка времени от моента возникновения тока к,з. доомента введения в короткозамкнутуюепь сопротивления 3. В то же времякорость размыкания силовых контактовне должна быть чрезвычайно большой,ак как при резком введении токоограницивающего сопротивления возникают большие перенапряжения из-за крутого спада тока (Е Й 1/Й 1) и падения напряжения на самом токоограничивающем сопротивлении (1 Й). Сопротивление 3 шунтирующей цепи используют не только для токоограничения, а также в качестве датчика (активный шунт), с которого снимается сигнал, в виде напряжения на резисторе 5. пропорциональный величине тока, протекающего по шунтирующей цепи. Катушку реле 4 максимального тока также используют в качестве датчика (индуктивный шунт), с которого снимается сигнал, в виде напряжения на резисторе 6, пропорциональный скорости изменения тока к.э. Эти сигналы с резисторов 5 и 6 подаются на входы электронного нуль- органа 7, где суммируются и в номет равенства их суммы нулю на выходе нуль-органа 7 появляется импульс тока, опережающий естественный нуль тока я шунтирующей цепи на некоторый отрезок времени (время упреждения) . Импульс тока с выхода нуль-органа 7 (синхрониэирующий импульс) поступает на один иэ входов схемы И 8. Бсли 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 беэдуговое отключение ограниченного тока к.з, С целью обеспечения селективности отключения беэ выдержек времени, в случае к.э. на одном из участков распределительной сети, одновременно отключаются все последовательно соединенные основные автоматические выклюцатели, кроме генераторных. При этом, если в зонезащиты выключателя к.з, нет, то релеесли оно сработало от всплескатока при перенапряжении в момент отключения выключателя 1, возвращается в исходное состоение. Размыкающийконтакт 10 реле 4 опять замкнетсяи в цепь управления включением выключателя 1 пройдет сигнал, по которому .контакты выключателя 1 замкнутся(АПВ произошло). Поскольку контакт 9 10реле 4 выполнен с замедлением назамыкание, он не успевает замкнутьсядо момента возвращения катушки 4реле в исходное состояние, т.е, оностается разомкнутым, синхронизирующий импульс через схему И 8 не проходит и выключатель 2 остается вовключенном положении,При возникновении в зоне защитырассматриваемого выключателя неустойчивого к,з. реле 4. срабатывает сразупосле отключения выключателя 1 и контакт 1 О реле 4 остается разомкнутымдо исчезновения неустойчивого к.з.(задержка АПВ), Время задержки срабатывания контакта 9 реле 4 выбирается большим, чем время протеканиянеустойчивого к.з, Поэтому выключатель 2 также остается во включенномположении. 30В случае жевозникновения к,з.в зоне защиты рассматриваемого устройства, контакт 10 после срабатыва-ния реле 4 остается в разомкнутомположении, АПВ выключателя 1 непроисходит. Замыкающий койтакт 9 реле 4 после выдержки времени замыкается. Положительный потенциальныйсигнал подается на потенциальныйвход схемы И 8. Тогда очередной синхронизирующий импульс тока с выходануль-органапроисходит через схемуИ .8 в цепь управления отключениемвыключателя 2. Контакты последнегоразмыкаются перед нулевым значениемтока шунтирующей цепи, т.е, практически:без загорания электрическойцуги. Блок-контакт 11 выключателя 2также размыкается, недопуская АПВвыключателя 1, так как контакт 10обесточенного реле 4 замыкается,Таким образом, производится бездуговое, селективное отключение короткозамкнутого участка распределительнойсети, сопровождающееся эФФективнымтокоограничением,По сравнению с известным предлагаемый выключатель обладает рядомпреимуществ. 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 защиты 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 схемасинхронизации отключения выключателя 2, состоящая из шунтов 3, 4 высо-,коомных резисторов 5, 6 и нуль-органа 7, используется в режиме кратковременного обтекания током активногои индуктивного шунтов, что позволяетуменьшить нагрев током активного шунта, повысить стабильность ее работы.Использование описанных преимуществ предлагаемого выключателя вместе с принципом селективности отключения без выдержек времени позволяетповысить предельную коммутационнуюспособность в несколько раз по сравнению с известными селективными выключателями и, таким образом, создавать надежные системы защиты низковольтных электроэнергетических систембольшой мощности, например судовых.В то же время значительно меньшаядлительность протекания токов к.з.в сети и его бездуговая коммутацияпозволяют уменьшить пожароопасностьэлектроэнергетических систем,Формула изобретенияТокоограничивающий селективный выключатель, содержащий силовые контакты основного выключателя, зашунтированные цепью, состоящей из по943912 10 Составитель А Техред В. Кас аретниковевич Корректор А. Аз Редактор С. Тимохи Тираж 761 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и от 13035, Москва, Ж, Раушсказ 5137/6 Подписитета СССРрытийя наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная следовательно соединенных резистора,катушки реле максимального тока иконтактов вспомогательного выключателя, и имеющий предназначенные длявключения в цепь управления основного выключателя последовательно соединенные размыкающий контакт реле максимального тока и блок-контакт вспомогательного выключателя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности работы и пожаробезопасности, в устройство введеныдва переменных резистора, нуль-орган,логический элемент И, дополнительный замыкающий контакт реле максимального тока с замедлением на замыкание; один из переменных резисторовподключен параллельно катушке релемаксимального тока, а другой - резистору, движки переменных резисто-. ров соединены с входами нуль-органа,выход которого подключен к одному извходов логического элемента И, другойвход которого через дополнитеЛьныйзамыкающий контакт реле максймального тока соединен с клеммой для подключения источника питания, причем выход логического элемента И предназначен для подключения к цепи управ 1 О ления отключением вспомогательноговыключателя,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Чупихин А.А. "Электрические15 аппараты". "Энергия", 1975, с,481483.2. Патент СССР М 621050,кл, Н 02 Н 3/08 (Н 02 Н 7/26), 1978,3 Авторское свидетельство СССРщ Ю 532912, кл. Н 01 Н 75/00, 1976.