PL238953B1 - Device and method of eliminating bounces of contacts in electric power switches with a mechanical drive - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób pozwalający na eliminację odskoków styków łącznika mechanicznego podczas jego załączania.The subject of the invention is a device and a method enabling the elimination of bounce of contacts of a mechanical switch during its switching on.

W chwili obecnej podczas załączania łącznika mechanicznego występują odskoki styków, będące wynikiem zderzeń sprężystych metalowych elementów stykowych, gdzie styk ruchomy posiada znaczną energię kinetyczną. Powstające na skutek tego odskoki prowadzą do szeregu niekorzystnych zjawisk takich jak powtórne zapłony łuku w przerwie międzystykowej, powstawanie napięć powrotnych, powstawanie przepięć oraz szybsze zużywanie się powierzchni stykowych. Na skutek odskoków następuje również wydłużenie czasu załączania obwodu przez łącznik.At present, when the mechanical switch is turned on, the contacts bounce as a result of the collisions of elastic metal contact elements, where the moving contact has a significant kinetic energy. The resulting jumps lead to a number of unfavorable phenomena, such as re-ignition of the arc in the contact gap, generation of reverse voltages, overvoltages and faster wear of the contact surfaces. As a result of bounces, the switching time of the circuit by the switch is also extended.

W publikacji Cz. i J. Maksymiuk „Aparaty elektryczne”, WNT Warszawa 1995 r. przedstawiono opis niekorzystnych zjawisk. Pierwszym z nich jest przyspieszone powstawanie warstw nalotowych (głównie z tlenków metali) na powierzchniach stykowych na skutek wielokrotnych zapłonów łuku powstających podczas odskoków. Kolejnym zjawiskiem jest to, że warstwa przypowierzchniowa styku może osiągać temperaturę parowania metalu, czego skutkiem jest nie tylko emisja materiału styku, ale odkładanie się tlenków i absorpcja gazów. Dodatkowo warstwy nalotowe powodują wzrost rezystancji zestykowej, co skutkuje zwiększeniem temperatury w punkcie styczności i przyspieszonym zużyciem powierzchni stykowych, co w konsekwencji powoduje pogorszenie zdolności łączeniowej.In the publication of Cz. and J. Maksymiuk "Aparaty electric", WNT Warsaw 1995, a description of unfavorable phenomena is presented. The first is the accelerated formation of tarnish layers (mainly of metal oxides) on the contact surfaces as a result of multiple arc ignitions occurring during bounces. Another phenomenon is that the contact surface layer can reach the evaporation temperature of the metal, resulting in not only the emission of the contact material, but the deposition of oxides and the absorption of gases. In addition, the tarnish layers cause an increase in contact resistance, which results in an increase in temperature at the point of contact and accelerated wear of the contact surfaces, which in turn causes a deterioration of the switching capacity.

W artykule PERFORMANCE OF VACUUM CIRCUIT-BREAKERS WITH CONTACT BOUNCING DURING CLOSING, Edgar DULLNI ABB AG - Germany, Philippe PICOT Schneider Electric - France, C I R E D 21st International Conference on Electricity Distribution Frankfurt, 6-9 June 2011, Paper 0439 stwierdzono, że w przypadku łączników próżniowych nie następuje odkładanie warstw nalotowych, dlatego odskoki styków nie powodują znaczącego pogorszenia zdolności łączeniowej. Czas trwania odskoków związany jest nie tylko z rozwiązaniem konstrukcyjnym napędu łącznika, ale również z masą części ruchomych, prędkością zamykania styków, stanem sprężyn napędowych, sztywnością konstrukcji elementów nośnych itp.The article PERFORMANCE OF VACUUM CIRCUIT-BREAKERS WITH CONTACT BOUNCING DURING CLOSING, Edgar DULLNI ABB AG - Germany, Philippe PICOT Schneider Electric - France, CIRED 21st International Conference on Electricity Distribution Frankfurt, 6-9 June 2011, Paper 0439 stated that in the case of of vacuum switches, there is no deposition of tarnish layers, therefore contact bounce does not cause a significant deterioration of the switching capacity. The duration of bounces is related not only to the design of the connector drive, but also to the mass of the moving parts, the closing speed of the contacts, the condition of the drive springs, the stiffness of the structure of the load-bearing elements, etc.

Celem wynalazku jest całkowita eliminacja odskoków styków w łącznikach z napędem mechanicznym.The object of the invention is the complete elimination of bounce of contacts in power switches.

Problemem do rozwiązania jest to, że w większości łączników mechanicznych napędy nie eliminują całkowicie zjawiska odskoków styków.The problem to be solved is that in most mechanical fasteners the drives do not completely eliminate the bounce phenomenon.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym.The subject of the invention is a device and a method for eliminating bounces of contacts in electric power switches with a mechanical drive.

Istotą układu do eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym, posiadającego styk ruchomy z napędem mechanicznym i styk nieruchomy jest to, że ze stykiem ruchomym styka się hamulec elektromagnetyczny, który spowalnia ruch styku ruchomego przed punktem styczności ze stykiem nieruchomym.The essence of the system for eliminating contact bounces in power switches with a mechanical drive, having a movable contact with a mechanical drive and a stationary contact, is that an electromagnetic brake comes into contact with the movable contact, which slows down the movement of the movable contact before the point of contact with the stationary contact.

Istotą sposobu eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym, w którym styk ruchomy przemieszcza się ze stałym przyśpieszeniem w stronę styku nieruchomego jest to, że w zadanej odległości pomiędzy stykiem ruchomym a stykiem nieruchomym redukuje się impulsowo prędkość styku ruchomego do momentu jego uzyskania styczności ze stykiem nieruchomym, a następnie wyłącza się siłę hamującą w celu uzyskania odpowiedniej siły docisku w zestyku. Wartość siły hamującej jak i moment jej wyłączenia powinny być dobrane indywidualnie do rozwiązań konstrukcyjnych napędu styków łącznika.The essence of the method of eliminating contact bounces in electric power switches with a mechanical drive, in which the movable contact moves with a constant acceleration towards the stationary contact, is that at a given distance between the movable contact and the stationary contact, the speed of the movable contact is reduced in impulses until it contacts it with fixed contact, and then the braking force is turned off in order to obtain the appropriate contact pressure. The value of the braking force and the moment of its disconnection should be selected individually for the design solutions of the switch's contacts drive.

Korzystną cechą wynalazku jest możliwość eliminacji odskoków styków bez znacznego wydłużenia czasu załączania, a w przypadku odskoków wielokrotnych nawet jego skrócenie, co w konsekwencji pozwala na eliminację niekorzystnych zjawisk takich jak przyspieszona degradacja powierzchni stykowych oraz powstawanie przepięć na skutek przerywania przepływu prądu poza naturalnym przejściem przez zero. Rozwiązania techniczne obecnie stosowane w napędach zasobnikowych łączników SN i WN powodują ograniczenie liczby odskoków styków, lecz nie eliminują ich całkowicie. Inną korzyścią jest brak wpływu opisanego sposobu eliminacji odskoków na wartość siły docisku styków w stanie załączenia łącznika.An advantageous feature of the invention is the possibility of eliminating bounces of contacts without significantly extending the switching time, and in the case of multiple bounces, even shortening it, which in turn allows for the elimination of unfavorable phenomena such as accelerated degradation of contact surfaces and the formation of overvoltages due to interrupting the current flow beyond the natural zero crossing. Technical solutions currently used in MV and HV buffer drives reduce the number of contact bounces, but do not eliminate them completely. Another advantage is the lack of influence of the described method of elimination of kickbacks on the value of the contact pressure force in the closed state of the switch.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the schematic drawing.

Układ do eliminacji odskoków styków w łącznikach został zbudowany w oparciu o fabryczny łącznik typu SN VD4 z zasobnikowym napędem mechanicznym - posiadający styk ruchomy 1 połączony z napędem mechanicznym 3 i styk nieruchomy 2. Ze stykiem ruchomym 1 styka się elektromagnes hamujący 4 o wartości siły 3 kN, który spowalnia ruch styku ruchomego 1 bezpośrednio przed punktemThe system for eliminating bounces of contacts in switches was built on the basis of a factory connector type SN VD4 with a storage mechanical drive - having a movable contact 1 connected with a mechanical drive 3 and a fixed contact 2. The moving contact 1 is in contact with the braking electromagnet 4 with a force value of 3 kN which slows down the movement of movable contact 1 immediately in front of the point

PL 238 953 Β1 styczności ze stykiem nieruchomym 2. Do elektromagnesu hamującego 4 podłączony jest sterownik elektromagnesu 5, który zapewnia wyłączenie siły hamującej po uzyskaniu styczności przez styk ruchomy 1 i styk nieruchomy 2. Elektromagnes hamujący 4 wykonano z elektromagnesu stałego o sile trzymania 3 kN/24V natomiast ruchomą zworę wykonano z płyty stalowej o grubości 10 mm ze stali A45. Połączenia z główną dźwignią napędu wykonano za pomocą gwintowanego stalowego cięgna, a zastosowana nakrętka samohamowna M10 umożliwiała regulację punktu hamowania.PL 238 953 Β1 for contact with the fixed contact 2. The electromagnet 5 driver is connected to the braking electromagnet 4, which ensures that the braking force is switched off after contact is made by the movable contact 1 and the fixed contact 2. The braking electromagnet 4 is made of a fixed electromagnet with a holding force of 3 kN / The 24V moving armature, on the other hand, is made of a 10 mm thick steel plate made of A45 steel. Connections with the main lever of the drive were made with a threaded steel tie, and the M10 self-locking nut was used to adjust the braking point.

Sposób eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym został zrealizowany z wykorzystaniem układu przedstawionego w przykładzie wykonania i polegał on na tym, że w momencie załączenia rozpoczyna się przemieszczanie napędu styku ruchomego 1 w kierunku styku nieruchomego 2 i w odległości 70 mm od położenia początkowego chwilowo spowalnia się styk ruchomy 1 z zastosowaniem elektromagnesu hamującego z siłą w zakresie od 0.8 do 1,2.kN. Wartość statycznej siły na głównym drążku napędowym wspólnym dla wszystkich 3 faz, po uwzględnieniu przekładni mechanicznej popychaczy wyniosła około 2.6 kN. Wartość siły hamującej wytwarzanej przez elektromagnes hamujący 4 wyniosła ok. 1.73 kN, co pozwoliło na całkowite wyeliminowanie odskoków styków łącznika SN VD4.The method of eliminating contact bounces in electric power switches with a mechanical drive was implemented using the system presented in the exemplary embodiment and consisted in the fact that at the moment of switching on, the drive of the movable contact 1 starts to move towards the fixed contact 2 and temporarily slows down at a distance of 70 mm from the initial position. moving contact 1 is made with the use of a braking electromagnet with a force ranging from 0.8 to 1.2 kN. The value of the static force on the main drive rod, common to all 3 phases, after taking into account the mechanical transmission of the pushrods, was approximately 2.6 kN. The value of the braking force generated by the braking electromagnet 4 amounted to approx. 1.73 kN, which allowed for the complete elimination of bounces of the MV VD4 connector contacts.

Analogiczne badania przeprowadzono na tym samym łączniku typu SN VD4 bez elektromagnesu hamującego 4. W tym badaniu liczba odskoków styków wyniosła: faza A = 2, faza B = 1, faza C = 1.Similar tests were carried out on the same SN VD4 connector without the braking electromagnet 4. In this test, the number of contact bounces was: phase A = 2, phase B = 1, phase C = 1.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Układ do eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym, posiadający styk ruchomy (1) połączony z napędem mechanicznym (3) i styk nieruchomy (2) znamienny tym, że ze stykiem ruchomym (1) styka się hamulec (4) elektromagnetyczny, który spowalnia ruch styku ruchomego (1) przed punktem styczności ze stykiem nieruchomym (2).1. System for eliminating bounces of contacts in electric power switches with a mechanical drive, having a movable contact (1) connected with a mechanical drive (3) and a fixed contact (2) characterized in that the electromagnetic brake (4) contacts the movable contact (1) which slows down the movement of the moving contact (1) ahead of the point of contact with the fixed contact (2). 2. Sposób eliminacji odskoków styków w łącznikach elektroenergetycznych z napędem mechanicznym, w którym styk ruchomy (1) przemieszcza się ze stałym przyśpieszeniem w stronę styku nieruchomego (2) znamienny tym, że w zadanej odległości pomiędzy stykiem ruchomym (1) a stykiem nieruchomym (2) redukuje się impulsowo prędkość styku ruchomego (1) do momentu jego uzyskania styczności ze stykiem nieruchomym (2), a następnie wyłącza się siłę hamującą w celu uzyskania odpowiedniej siły docisku w zestyku.2. Method of eliminating contact bounces in power switches with mechanical drive, in which the movable contact (1) moves with a constant acceleration towards the fixed contact (2), characterized by the fact that at a given distance between the movable contact (1) and the fixed contact (2) ), the speed of the movable contact (1) is reduced by impulse until it comes into contact with the fixed contact (2), and then the braking force is turned off in order to obtain the appropriate contact pressure.