SU1278989A1

SU1278989A1 - Versions of three-phase high-speed hybrid circuit breaker

Info

Publication number: SU1278989A1
Application number: SU833618228A
Authority: SU
Inventors: Кемаль Кадырович Намитоков; Сергей Владимирович Дикань
Original assignee: Харьковский институт инженеров коммунального строительства
Priority date: 1983-07-12
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1986-12-23

Abstract

Изобретение относитс к низковольтному электроаппаратостроению и, в частности , может быть использовано при создании автоматических выключателей трехфазного переменного тока, имеющих высокоэффективное токоограничение при отключении токов короткого замыкани и повышенную циклостойкость. Целью изобретени вл етс повышение быстродействи при включении и уменьшение электрического износа контактов. В момент включени одновременно подаетс команда на замыкание контактов 1-3, и одиночный импульс управлени (с длительностью, превышаюш,ей врем замыкани контактов 1-3) подаетс на тиристоры 8-10. При этом контакты 1-3 на стадии замыкани оказываютс зашунтированными токопровод ш,ими полупроводниковыми ключами переменного тока. При отключении одиночный импульс управлени подают на тиристор коммутирующей цепи 7, использующей в качестве катушки индуктивности катушку управлени индукционВ но-динамического привода размыкани контактов 1-3. В этом случае предваритель (Л но зар женный конденсатор перезар жаетс через катушку управлени привода, а также диоды выпр мительных мостов 4-6 и разв зывающие диоды 11 -16. При этом обеспечиваетс размыкание контактов на интерю 00 со 00 ;оThe invention relates to low-voltage electrical equipment and, in particular, can be used to create three-phase AC circuit breakers having a high-efficiency current limiting when short-circuit currents are turned off and increased cycle resistance. The aim of the invention is to increase the speed at switching on and to reduce electrical wear of the contacts. At the moment of switching on, a command is simultaneously issued to close the contacts 1-3, and a single control pulse (with a duration exceeding, the closing time of contacts 1-3) is applied to the thyristors 8-10. In this case, contacts 1–3 at the closure stage turn out to be shunted by a conductor W, by them AC semiconductor switches. When disconnected, a single control impulse is supplied to the thyristor of the switching circuit 7, which uses the induction of the V-dynamic drive for opening the contacts 1–3 as the inductance coil. In this case, the preliminary (L charged capacitor is recharged through the drive control coil, as well as rectifier diodes 4-6 and decoupling diodes 11-16. This ensures the opening of the contacts at 00 00; 00

Description

вале, когда ток разр да конденсатора превышает отк;:ючаемый ток, обеспечива фовод щее состо ние всех диодов одноЕЗремеино . Поскольку падение напр жени па веп-. тил х, шунтирующих размыкаемые контакты , значительно MCHbUje напр жени горени дуги, в устройстве обеснечиваетс бездуговое размыканиеконтактов 1-3. Онисан также другой вариант устройства. 2 с.п.In this case, when the discharge current of the capacitor exceeds the open;; yuchimy current, providing the power condition of all single-diode diodes. Since the voltage drop na Vep-. By ticking shunt open contacts, significantly MCHbUje arc burning voltage, in the device the arc-free opening of contacts 1-3 is disconnected. Onisan is also another version of the device. 2 sec.

ф-лы, 4 ил.f-ly, 4 ill.

Изобретение относитс к низковольтному электроанпаратостроению, в частности может быть иснользовано нри создаЕши автоматичееких выключателей трехфазного неременного тока (в дальнейн1ем нросто «выключателей ), имеющих высокоэффективное токоог1)аничение нри отключени х токов коронного замыкани и новышениую циклоCToii кость. Цель изобретени -- новышение быстродействи при включении и умешзшеиие э.лектрического износа контактов. Па фиг. 1 и 2 представлены вариа Пы схем выключателей; на фи1. 3 и 4-времеииые диаграммы, характеризующие процесс отключени . В вык.чючателе (фиг. ) 11ара,:1лельис) силовым контактам 1---3, устаг()вле1п-1ым в еоответствующих нолюсах фаз А. В, С, подключены диодные выпр мительные мосты 4- 6, к выводам коммутирующе цени 7 п(хтключеньл выводь диодных выпр мительных мостов но посто нному току, которые соединсиы между собой через тиристоры 8-10. Коммутирующа непь 7 образована из последовательно соединенtnjx нредварптельно зар женного конденсатора, катугикп индуктивности (в качестве которой может иснользоватьс кату1ика управлени индукнионпо-дина ми чес кого привода размьп ании контактов 1--3 и тиристор) через разв з,ваюпи1е диоды 11 --- 6. В выключателе (фиг. 2), в отличие от вык.чючател но фиг. 1, ветречно включенные диоды мостов 4--6 заи1ун.тированы нарами встречьЮ-последовательно включенных тиристоров 17---22, один выход, диодных зынр мите .чьных мостов по посто нному току непосредственно подключен к соответствук)Hic .My выводу коммутирующей, и.ени 7, другой вывод которой нодк.Почеи к д.ругому выходу диодных выпр мите;1ьных мостов по посто нному току через разв зывающие диоды 14--16, причем диодные выпр мительные мосты 4-6 здесь подключены меж, собой параллельно. На фиг. 3 и 4 пр-иБе.:1ены време ные диаграммы токов (в одной из фаз сети -- /; в цепи контактов полюса этой же фазы -- /А.; ток разр да конденсатора коммутирующе( цепп ---- /с), напр же15и па кон.дексатоое (Uc) и рассто ни между э.чектродами размыкаемых контактов (X) при отключении выключател ми токов нагрузки двум способами . При первом способе (фиг. 3), когда в качестве катушки индуктивности в коммутирующей цепи 7 используетс катущка управлени индукционно-динамического привода размыкани контакЧ)в, разр д конденсатора осуществл етс непосредетвепно в момент отключени / 0. а при второ.ч способе (фиг. 4). когда в вьшлючател х используетс автономный источник нитани привода размыка1-пгл контактов (на фиг. и 2 1-:е показан), разр д ко11денсатора коммутируюп1 ,ей цепи 7 осуществл етс с задержкой во времени :-.ад относительно мо.мента ввода в действие гшивода . Работу выключателей характеризуют режимы включений и отключени . Включение выключателей (фиг. 1 и 21 оеуществл етс следующи.м образом. 3 момент включени од.ьовремеппо подаетс ко.манда на замыкание контактов i -3 и одиночный импулье управлени (с длительЕ;остью, превышающей врем замыкани контактов 1-3) подаетс на тиристоры 8--10 в выключателе на фиг. 1 и тиристоры 17--22-в выключателе на фиг. 2. При этом контакты i -3 на етадии замыкани оказываютс зап1унтирова1111ыми токон|1овод ишми иол у п рог-од ни ковы ми ключами неременного тока, благодар чему обеспечиваетс как новьанение быстродействи , так и иск.иючаетс д.угооб 1азование на контакт ,:х при включении (учитыва , что падение напр жени на И1унтирующих контакть; нолуироводпиковы.х ключах значительно ниже напр жени дугообразовани ). При отключени х, осччцествл е.мых вык .лючател ми (фиг. 1 и 2) по первому способу коммутации (разр д конденсаторов комму|ируюп1ей цепи 7 через катущку управле п-1 ипдуКППопио-динамического привода щзмыкапи контактов без дополнительной 5ыдержки времени), з начальный мо.мент коммутации (фиг. 3) одиночный импульс управлени подают ка тиристор ко.ммутирующей це1И4 7. В этом случае предварительно зар женный конденсатор перезар жаетс через катушку управлени общего на все три полюса чндукциопно-динамического привода размыкани контактов и тиристор коммутируюш .ей neiiH 7, а также диоды выпр мителыи ,1х мостов 4 --б и разв зывающие диоды 11 -16 дл выключател на сЬиг. I, и 14---16 ---- дл выключател наThe invention relates to low-voltage electrical equipment, in particular, it can be used to create automatic circuit breakers of three-phase noncurrent current (further "switches") having a high-efficiency current, which cuts off current of the corona circuit and a newer cyclical circuit. The purpose of the invention is to increase the speed at switching on and immobilize the electrical contact wear. Pa figs. 1 and 2 are the variants of circuit breakers; on fi1. 3 and 4 time diagrams characterizing the shutdown process. In switch box (fig.) 11ara,: 1 relis) to power contacts 1 --- 3, ustag () v1p-1m in the corresponding phase zeroes A. In, C, diode rectifying bridges 4-6 are connected, to the terminals of the switching point 7 p (oncoupling diode rectifying bridges to direct current, which are interconnected via thyristors 8-10. Commutator 7 is formed from a series-connected njx nedvardvarno charged capacitor, inductance (which can be used to control inductor). Scooter Drive The contacts 1--3 and the thyristor) through diodes 11-2 are 6. 6. In the switch (Fig. 2), unlike in Fig. 2, the diodes of the bridges 4--6 are ignored. tirovanyi naraduyu-sequentially connected thyristors 17 --- 22, one output, diode zenrmiteh.nyh bridges in direct current directly connected to the corresponding) Hic .My output switching, i.eni 7, the other output of which is the node. To the other output of the diode rectifier; 1 DC bridges through decoupling diodes 14-16, with the diode rectifying bridges 4-6 C es connected between, a parallel. FIG. 3 and 4 pr-iBe .: 1n time diagrams of currents (in one of the network phases - /; in the circuits of the contacts of the pole of the same phase - / A .; the discharge current of the capacitor commutates (cepp ---- / s) , the voltage of the cox. dexatoic (Uc) and the distance between the electrodes of the open contacts (X) when the load current switches are disconnected in two ways. In the first method (Fig. 3), when the coil inductance in the switching circuit 7 is used the induction-dynamic drive of the contact opening contact control c, the discharge of the capacitor is carried out directly oment disconnecting / 0. and at vtoro.ch method (FIG. 4). when an autonomous source of the drive of the opening of the 1-pgl contacts is used in the switches (in Figs. 2 1-: e is shown), the discharge of the capacitor 11 is switched with the time delay: - hell relative to the input variable action gvivoda. The operation of the switches is characterized by the on and off modes. Switching on the switches (Figs. 1 and 21 is as follows. 3) the moment of switching on at one time is supplied by the command and the contact closure i-3 and a single control pulse (with a duration; duration exceeding the closing time of contacts 1-3) is fed the thyristors 8--10 in the switch in Fig. 1 and the thyristors 17--22-in the switch in Fig. 2. At the same time, the contacts i -3 at the closure stage turn out to be triggered by the current | non-current current keys, so that both the speed and the speed limit are provided contact on the contact: x when switched on (taking into account that the voltage drops on the contact contacts; the keys are much lower than the arc voltage). When disconnected, there are some switches (Fig. 1 and 2) according to the first switching method (the discharge of capacitors of the com- munication of circuit 7 through the coil of the control n-1 and the output of the dynamic-dynamic drive of the contact terminal without additional time), the initial switching pattern (Fig. 3) a single impulse of control supplies a thyristor to a co-switching center. 7 In this case, the precharged capacitor is recharged via a common control coil to all three poles of the induction-dynamic contact opening drive and the thyristor switching neiiH 7, as well as rectifier diodes , 1x bridges 4 –b and decoupling diodes 11–16 for switch per circuit. I, and 14 --- 16 ---- for the switch on

фиг. 2. При этом обеспечиваетс размыкание контактов (замкнутых в предкоммутационный период) и на интервале , когда ток разр да конденсатора ic превышает отключаемый i, обеспечиваетс провод щее состо ние всех одновременно диодов в схемах выключателей на фиг. 1 и 2. Поскольку падение напр жени на вентил х, шунтирующих размыкаемые контакты на интервале , значительно меньще напр жени горени дуги, в схеме обеспечиваетс бездуговое размыкание контактов 1-3.FIG. 2. At the same time, the contacts are opened (closed in the pre-switching period) and in the interval when the discharge current of the capacitor ic exceeds the switched-off i, the conductive state of all simultaneously diodes in the switch circuits of FIG. 1 and 2. Since the voltage drop across the valves shunting the breakable contacts over the interval, is much less than the arc voltage, arc-free opening of the contacts 1-3 is provided in the circuit.

На интервале времени to силовые клеммы выключателей оказываютс закороченными между собой с помощью токопровод щих диодов 4-6, 11 -16 в выключателе на фиг. 1 и 4-6, 14-16 - в выключателе на фиг. 2, благодар чему ограничиваетс скорость нарастани тока в цепи размыкаемых силовых контактов (диаграмма гд., фиг. -3) и практически устран етс зависимость времени деионизации межконтактного промежутка от скорости нарастани тока сети , т. е. повышаетс быстродействие выключател . Кроме того, благодар этому при отключении ограничиваетс по амплитуде и длительности ток в нагрузке, т. е. улучшаютс защитные характеристики выключателей . Параметры катушки управлени привода и конденсатора коммутирующей цепи 7 при данном способе коммутации выбираютс из следующих условий: размыкание контактов должно осуществл тьс на достаточное рассто ние, при котором обеспечиваетс восстановление электрической прочности межконтактных промежутков, за врем выключени tb (практически это рассто ние составл ет 0,5-1 мм); врем провод щего состо ни шунтирующих силовые контакты диодов to, т. е. врем , при котором обеспечиваетс выполнение услови при разомкнутых контактах, должно превыщать сумму времени горени короткой электрической дуги отключени (tn) и времени восстановлени электрической прочности межконтактного промежутка (/вм).In the time interval to, the power terminals of the switches are shorted to each other by conductive diodes 4-6, 11-16 in the switch in FIG. 1 and 4-6, 14-16 - in the switch in FIG. 2, thereby limiting the current rise rate in the circuit of the open power contacts (diagram dg., Fig. -3) and the dependence of the deionization time of the contact gap on the current rise rate of the network, i.e., the speed of the switch, is almost eliminated. In addition, due to this, when disconnected, the current in the load is limited in amplitude and duration, i.e., the protective characteristics of the switches are improved. The parameters of the drive control coil and the capacitor of the switching circuit 7 with this switching method are selected from the following conditions: the opening of the contacts must be carried out for a sufficient distance, at which the electrical strength of the contact spans is restored, during the off time tb (practically this distance is 0, 5-1 mm); the time of the conducting state of the shunt power contacts of the diodes to, i.e., the time at which the condition is met when the contacts are open, must exceed the sum of the burning time of the short shutdown arc (tn) and the time for restoring the electrical strength of the contact gap (/ vm).

При использовании в выключател х (фиг. 1 и 2) привода размыкани контактов с управлением от автономного источника питани (второй способ коммутации ) ввод в действие тиристора коммутирующей цепи 7, как уже отмечалось, осуществл етс с задержкой во времени (Ьад) относительно момента времени ввода в действие привода 0 (фиг. 4). В данном случае первую часть времени выключени (Ьад) размыкание силовых контактов 1-3 осуществл етс без щунтировани силовых контактов полупроводниковыми ключами; т. е. с дугой, а оставшуюс часть времени выключени (Ь-Ьад) размыкание силовых контактов 1-3 осуществл етс при их шунтировании полупроводниковыми ключами , т. е. без дуги. Последнее достигаетс за счет того, что в момент времени When used in switches (Figs. 1 and 2) of a contact opening actuator with control from an independent power source (second switching method), switching to the thyristor of the switching circuit 7, as already noted, takes place with a time delay (kad) relative to the time commissioning drive 0 (Fig. 4). In this case, the first part of the turn-off time (b) the opening of the power contacts 1-3 is carried out without pushing the power contacts with semiconductor switches; i.e., with an arc, and the remainder of the turn-off time (b-bc), the opening of the power contacts 1-3 is made by shunting them with semiconductor keys, i.e. without an arc. The latter is due to the fact that at

включаетс тиристор коммутирующей цепи 7, благодар чему происходит перезар д конденсатора через катушку индуктивности и диоды выключателей, обеспечива токопровод щее состо ние последних на интервале /о. Поскольку ввод в действие тиристора в коммутирующей цепи 7 в данном случае осуществл етс уже при наличии электрической дуги между электродами контактов, то при данном способе коммутации пара0 метры катушки индуктивности и конденсатора в коммутирующей цепи 7 выбираютс из услови превыщени времени провод щего состо ни шунтирующих силовые контакты диодов (/о), т. е. из услови выполнени неравенства вида в течение вре5 мени to, а также из услови превышени временем to суммы времени гашени электрической дуги отключени (tn и времени восстановлени электрической прочности межконтактного промежутка (tea). При этом в 0 момент времени выключени t« рассто ние между электродами контактов должно превышать минимально допустимое, при котором обеспечиваетс восстановление электрической прочности межконтактного промежутка (0,5-1 мм).the switching thyristor of the switching circuit 7 is switched on, so that the capacitor is recharged through the inductance coil and the diodes of the switches, thus ensuring the conductive state of the latter in the interval / o. Since the commissioning of the thyristor in the switching circuit 7 in this case is carried out already in the presence of an electric arc between the contact electrodes, with this switching method, the parameters of the inductance coil and the capacitor in the switching circuit 7 are selected from the condition of the excess time of the shunting power contacts diodes (/ o), i.e., from the condition of the fulfillment of the inequality of the form during the time to, and also from the condition of exceeding by time to the sum of the time of extinguishing the electric arc of the shutdown (tn and time reduction of the electric strength of the contact gap (tea). At the same time, the switching off time t "0" between the contact electrodes must exceed the minimum allowed distance, at which the electrical resistance of the contact gap (0.5-1 mm) is restored.

При предъ влении требовани к време5 ни выключени более полупериода колебаний напр жени сети в выключателе (фиг. 2) может быть использована естественна коммутаци , а не искусственна конденсаторна коммутаци (как ранее рассматрива0 лось) вентилей полупроводниковых ключей, шунтирующих силовые контакты, при которой выключение вентилей происходит в момент перехода тока в нагрузке через нулевое значение. Применение естественной коммутации в данном случае более рацио5 нально, поскольку при коммутации нагрузки индуктивного характера в момент перехода тока нагрузки через нулевое значение отсутствуют коммутационные перенапр жени в сети. Работа включател (фиг. 2) при этом также зависит от того, как осущест0 вл етс управление приводом размыкани контактов и состоит в следующем. Если управление приводом осуществл етс с помощью конденсатора коммутирующей цепи 7, то при отключении импульсы управлени в When making a requirement for the time5 to turn off more than half a cycle of voltage fluctuations in the circuit breaker (Fig. 2), natural switching can be used, and not artificial capacitor switching (as previously considered) of semiconductor switches, shunting power contacts, at which the valves are turned off occurs at the moment of current transition in the load through zero value. The use of natural switching in this case is more rational, since when switching loads of an inductive nature at the moment the load current passes through a zero value, there are no switching overvoltages in the network. The operation of the switch (FIG. 2) also depends on how the drive of the contact opening is controlled and consists of the following. If the drive is controlled by the capacitor of the switching circuit 7, when the control pulses are disconnected

5 схеме одновременно подаютс на тиристоры 17-22 и тиристор коммутирующей цепи 7, причем длительность импульсов управлени , поступающих на тиристоры 17-22, должна превышать врем деионизации межконтактных промежутков разомкнутых контактов, 5, the thyristors 17–22 and the thyristor of the switching circuit 7 are simultaneously supplied to the circuit, and the duration of the control pulses fed to the thyristors 17–22 must exceed the deionization time of the contact open intervals,

Claims

0 i.e. time, characteristic for the case of artificial capacitor switching. At the same time, during the operation time of the thyristor control pulses 17–22, the operation of the switch is similar to that previously described for the case of artificial capacitor switching, and after the expiration time of the thyristor control pulses 17–22, i.e., after the end of the switching pulse reload pulse circuit 7, the load current continues to flow a part of the half-period of the mains voltage fluctuations through the semiconductor switches, bypassing the contacts (the keys formed by thyristors 17-22 and connected in parallel with them iodami bridges 4-6) to change the polarity of the moments of load currents in the respective poles of the switch, ie. e. until natural commutation thyristor semiconductor switches in the respective poles. If in the switch (Fig. 2) a contact opening actuator with power from an independent source is used, when disconnected, the circuit simultaneously sends a command to open the contacts and control pulses with a duration longer than the deionization time of the inter-contact open contacts are applied to thyristors 17-22. In this case, there is an arc-free opening of the contacts with natural commutation of the bypass contacts of the semiconductor switches. Obviously, two types of arcless switching can be used in the switch (Fig. 2): natural and artificial capacitor, and natural switching can be used in disconnecting load current modes, and artificial capacitor switching can be used as in disconnecting load current modes at elevated requirements for speed and in the modes of emergency shutdowns of short-circuit currents. From this;) the circuit in FIG. 2 has a wider scope in comparison with the circuit in FIG. 1. The claims. A three-phase, high-speed hybrid AC circuit breaker, containing in each pole power contacts, shunted by diode rectifying bridges, as well as a common switching circuit formed from series-connected pre-charged capacitor, inductance coil and thyristor, characterized in that, in order to increase speed and reducing the electrical wear of the contacts; three thyristors and six dissolving diodes are introduced into it, with the outputs of each of the three diode rectifying x DC bridges are shunted by a thyristor, the first pins of the diode rectifying bridges on the direct current are interconnected through the first three decoupling diodes and connected to one of the pins of the common switching circuit, the second pins of the diode rectifying bridges of the direct current are interconnected Through the E, there are three power supply diodes and they are connected to a different output of the common switching circuit.

2. A three-phase, high-speed hybrid AC circuit breaker, containing, at the coupling pole, power contacts, triggered by diode rectifier bridges, as well as a common switching circuit, formed from series-connected precharged capacitor, inductors and thyristors, characterized in that increase the speed at switching on and reduce the electrical wear of the contacts; it introduces a number of thyristors and three decoupling diodes, with the first conclusions of the diode rectifier The connecting bridges are interconnected directly and connected to one of the common commutation circuit pins, the second pins of the diode rectifier bridges are interconnected directly and through the decoupling diodes, the unification point of the second leads of the diode rectifier bridges is connected to the other pin of the commutating diodes value, the power contact in each pole is shunted by a pair of anti-sequential thyristors, the connection point of the thyristors of each pair is connected to another yvbdu diode bridge rectifying unit, shunt active power contact.