RU1786529C - Method of protection of powerful circuits with current limiting switches - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к защите низковольтных Мощных цепей электрическими коммутационными аппаратами, в частности токоограничивающими выключател ми, и  вл етс  дополнительным по отношению к основному авторскому свидетельству СССР Nr843017.The invention relates to the protection of low-voltage Power circuits by electrical switching devices, in particular current-limiting switches, and is additional to the USSR basic copyright certificate Nr843017.

В основном изобретении описан способ защиты мощных цепей токоограничивающими выключател ми, снабженными токоограничивающими элементами, путем введени  в цель электрической дуги за счет срабатывани  токоограничивающих элементов под действием протекающего тока короткого замыкани  (КЗ) прежде, чем производ т размыкание контактов выключател  под действием механизма свободного расцеплени  при воздействии на него максимальных расцепителей тока, при возникновении на защищаемом объекте КЗ обеспечивают металлическое КЗ отвод щих зажимов выключателей раньше, чем начинаетс  ограничение тока токоограничивающими элементами этих выключателей.The main invention describes a method for protecting high-power circuits with current-limiting switches equipped with current-limiting elements by introducing an electric arc into the target by triggering current-limiting elements under the influence of a short-circuit current (short circuit) before opening the contacts of the switch under the action of the free-trip mechanism when exposed to maximum current releases, if a short circuit occurs on the protected object, they provide a metal short circuit switches mov before commences current limit current-limiting elements of these switches.

В данном способе нагрузки на защищаемый объект от тока КЗ снижаетс , но нагрузка на источник тока и сам токоограничивающий выключатель увеличиваетс . Причем снизить указанную нагрузку от тока КЗ за счет повышени  эффективности работы токоограничивающего элемента практически невозможно. Это обусловлено тем, что при увеличении длины активной части токоограничивающих элементов параллельно с увеличением электродинамических сил возрастает и масса подвижной части .токоограничивающего элемента, перемещающей контакт-деталь в сторону отключени . Уменьшить же сечение подвижной части токоограничивающего элемента и тем са.ыи снизить его массу, а значит и инерционность срабатывани  нельз , так как сечение выбираетс  исход  из условий протекани  номинального токаIn this method, the load on the protected object from short-circuit current is reduced, but the load on the current source and the current-limiting switch itself is increased. Moreover, it is practically impossible to reduce the indicated load from the short-circuit current by increasing the efficiency of the current-limiting element. This is due to the fact that with an increase in the length of the active part of the current-limiting elements, in parallel with an increase in electrodynamic forces, the mass of the moving part of the current-limiting element moving the contact part towards the disconnect also increases. Reduce the cross section of the movable part of the current-limiting element and thereby reduce its mass, and hence the inertia of the operation is not possible, since the cross section is selected based on the conditions of the flow of the rated current

елate

сwith

VI со о ел ю юVI co

по токоведущим част м токоограничиваю- щего элемента.according to current-carrying parts of a current-limiting element.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  защиты и уменьшение вредного воздействи  тока КЗ на токоограничиваю- щий выключатель и источник питани  защищаемой цепи. .-....The purpose of the invention is to increase the speed of protection and reduce the harmful effects of short-circuit current on the current-limiting switch and the power source of the protected circuit. .-....

Поставленна  цель достигаетс  в способе защиты мощных цепей токоограничива- ющими выключател ми по а.с. № 843017 тем, что коротйоз мыКатеНь, осущеотвл ю- щий металлическое КЗ отвод щих зажимов выключател  цепи, подключают к последним через управл ющие токовые цепитоко- ограничивающих элементов выключател .The goal is achieved in a method of protecting high-power circuits by current limiting circuit breakers according to A.C. No. 843017 by the fact that the shorting rod, which carries out a metal short circuit of the outlet terminals of the circuit breaker, is connected to the latter via the control current circuit-limiting circuit breaker elements.

Именното, что короткозамыкатель, осу- ществл ющий металлическое КЗ отвод щих зажимов выключател  цепи, подключают к последним через управл ющие токовые цепи тбкОбгрёнйчй вающих элементов выключател , повышает быстродействие защиты и обеспечивает уменьшение вредного воздействи  тока КЗ на сам токОйгранйчйваю-1 щий выключатель и источник питани  защищаемой цепи. Действительно, так как токоЬгранйчивайщие элементы в нормальном режиме не обтекаютс  номинальным током, а подключаютс  в цепь только при КЗ после перёМыканй  короткозамыкател  отвод щих зажимов, сечение их активных частей (взаимодействующих шин) может быть выбрано в несколько раз меньшим. В результате этого уменьшаютс  рассто ни  между ос ми взаимодействующих шин и их- масса, вли ющие на быстродействие.It is precisely the fact that a short-circuiting device, which carries out a metallic short circuit of the outlet terminals of the circuit breaker, is connected to the latter via the control current circuits of the heating circuit elements of the circuit breaker, increases the speed of protection and reduces the harmful effect of the short-circuit current on the current circuit breaker and power supply-1 protected circuit. Indeed, since current-limiting elements in the normal mode do not flow around the rated current, but are connected to the circuit only during short-circuit after the short-circuit of the short circuit of the outlet clamps, the cross section of their active parts (interacting buses) can be selected several times smaller. As a result of this, the distances between the axles of the interacting tires and their mass, which affect the speed, are reduced.

Сущность изобретени  представлена на фиг.1-4..The invention is presented in figures 1-4.

Нафиг.1 показана схема питани  потребител  с необходимыми элементами дл  осуществлени  защиты потребител  в соответствии с за вл емым способом в режиме перегрузок; на фиг.2 - схема по фиг.1 при. осуществлений защиты потребител  в соответствии с за вл емым способом при возникновении у потребител  КЗ; на фиг.З - один й з возШж ны х вариантов тОкоограйй- чивтаюЩёго автоматического выключател  дл  осуществлени  за вл емого способа в процессе отключени  тока КЗ {один полюс) во включённом полЬжеИйи с дополййтель- ной токовой цепью, при помощи которой осуществл етс  металлическое короткое замыкание отвод щих зажимов; на фиг.4-тот же вариант (по фиг.З) токоограничивающего выключател , когда токоограничивающий элемент включен короткозамыкателем в цепь, с помощью которой осуществл етс  КЗ отвод щих зажимов.Figure 1 shows a consumer power circuit with the necessary elements to protect the consumer in accordance with the claimed method in overload mode; figure 2 is a diagram of figure 1 when. implementation of consumer protection in accordance with the claimed method in the event of consumer short circuit; in Fig. 3, one of the three most recent variants of a current-limiting circuit breaker for carrying out the claimed method in the process of switching off the short-circuit current (one pole) in the turned-on state and with an additional current circuit, by means of which a metal short circuit is carried out outlet clamps; Fig. 4 is the same embodiment (in Fig. 3) of the current-limiting switch when the current-limiting element is connected by a short circuit in the circuit by means of which short-circuiting of the discharge terminals is carried out.

В исходном положении (фиг.1) источник электроэнергии 1 соединен с нагрузкой 2In the initial position (figure 1), the power source 1 is connected to the load 2

токопроводом 3 с помощью выключател  4, который имеет комплект неподвижных контактов 5 и подвижных контактов б, причем последние кинематически соединены с механизмом свободного расцеплени  7, включающем расцепители максимального тока. При этом каждый подвижный контакт 6 полюса соединен с токоограничивающим эле- ментом 8 этого же полюса толькоthe current lead 3 by means of a switch 4, which has a set of fixed contacts 5 and movable contacts b, the latter being kinematically connected to a free trip mechanism 7 including overcurrent releases. Moreover, each movable contact 6 of the pole is connected to the current-limiting element 8 of the same pole only

кинематически. Электрически же каждыйkinematically. Everyone is electrically

Шкоограничивающий элемент 8 своим подвод щим зажимом 9 подключен к отвод щему зажиму 10 выключател  4, а своим отвод щим зажимом 11 токоограничивающий элемент подключен к неподвижному контакту 12 Второго комплекта контактов, с помощью которбго токоограничиващие элементы 8 замыкаютс  с подвижным контак- том 13 короткозамыкател  14.The limiting element 8 is connected to the outlet terminal 10 of the switch 4 by its inlet terminal 9, and the current-limiting element is connected to the fixed terminal 12 of the second set of contacts with its outlet terminal 11, by which the current-limiting elements 8 are closed with the movable terminal 13 of the short circuit 14.

установленным на металлической пластине 15,  вл ющейс  одновременно подвижной частью йндукцйонно-динамического механизма короткозамыкател  14. Из подвод щего зажима 9, отвод щего зажима 11,mounted on a metal plate 15, which is at the same time a movable part of the dynamic dynamic mechanism of the short circuit 14. From the supply clamp 9, the discharge clamp 11,

неподвижных контактов 12 и подвижных контактов 13 короткозамыкател  14 и складываетс  управл юща  токова  цепь токоограничивающего элемента 8.fixed contacts 12 and movable contacts 13 of short circuit 14 and the control current circuit of the current limiting element 8 is folded.

Катушка 16 короткозамыкател  14 включена через тиристор 17 на конденсатор 18, который имеет свою систему питани  (на чертеже не показана). Система управлени  тиристором 17 включена на выход блока 19 управлени . Выходы датчиков 20 тока Включены на входы расцепител  максимального тока механизма свободного расцеплени  7 и на входы блока 19 управлени ,The coil 16 of the short circuit 14 is connected via a thyristor 17 to a capacitor 18, which has its own power supply system (not shown in the drawing). The thyristor control system 17 is connected to the output of the control unit 19. The outputs of the current sensors 20 are connected to the inputs of the overcurrent release of the free trip mechanism 7 and to the inputs of the control unit 19,

Индукционно-динамический механизм короткозамыкател  14 включает металлическую пластину 15 и катушку 16.The induction-dynamic mechanism of the short circuit 14 includes a metal plate 15 and a coil 16.

В одном из возможных вариантов токоогр анйчйв ающего выключател  дл  осуще- ствлени  за вл емого способа (фиг.З) подвижные контакты 6 выполнены в виде In one of the possible variants of the current-switching switch for implementing the claimed method (Fig. 3), the movable contacts 6 are made in the form

мостиков, закрепленных в траверсе 21, и прижаты к неподвижным контактам 5 контактными пружинами 22. .bridges mounted in the traverse 21, and pressed to the fixed contacts 5 by contact springs 22..

Траверса 21 соединена с механизмом свободного расцеплени  7 звеном 23. Токоограничивающий элемент 8 полюса выполнен в виде двух параллельно расположенных токоведущих шин 24 и 25, соединенных между собой гибким соединением 26.The yoke 21 is connected to the free trip mechanism 7 by a link 23. The current-limiting pole element 8 is made in the form of two parallel-mounted current-carrying buses 24 and 25, interconnected by a flexible connection 26.

Одна из-шин 24 соединена гибким соединением 27 с шиной 28, котора  подключена к одному из отвод щих зажимов 10 выключател  4 (на чертеже зажим не показан ). Втора  шина 25 токоограничивэщего элемента 8с помощью пружины 29 установлена на упоре 30. На шине 25 установлен контакт 12. Напротив него установлен подвижный контакт 13, закрепленный на металлическойпластине 15 индукционно-динамического механизма. Катушка 16 установлена на основании 31. Шток 32 механически укреплен на металлической пластине 15 и снабжен возвратной пружиной 33. Между шинами 24 и 25 установлена изол ционна  прокладка 34. В отверстии корпуса выключател  установлен шток 35, скрепленный с диском 36, установленным с возможностью воздействи  на него шины 24. Второй конец штока 35 введен в отверстие 37 и траверсе 21 с возможностью воздействи  его при движении на подвижные контакты 6. Между шиной 24 и корпусом выключател  установлена возвратна  пружина 38. / ....: , ; ;One of the buses 24 is connected by a flexible connection 27 to a bus 28, which is connected to one of the outlet terminals 10 of the switch 4 (the clip is not shown in the drawing). The second bus 25 of the current-limiting element 8 is mounted on the abutment 30 by means of a spring 29. A contact 12 is mounted on the bus 25. A movable contact 13 is mounted opposite it, fixed to the metal plate 15 of the induction-dynamic mechanism. The coil 16 is mounted on the base 31. The rod 32 is mechanically mounted on a metal plate 15 and is equipped with a return spring 33. An insulating gasket 34 is installed between the tires 24 and 25. A rod 35 is mounted in the opening of the switch housing and is fastened to a disk 36 mounted to act on of the tire 24. The second end of the rod 35 is inserted into the hole 37 and the traverse 21 with the possibility of impacting it when moving on the movable contacts 6. Between the tire 24 and the switch housing, a return spring 38. / ....:,; ;

: Осуществление предлагаемого способа производитс  следующим образом (фиг.2).: The implementation of the proposed method is as follows (Fig. 2).

При КЗ в нагрузке 2 ток в цепи начинает возрастать. При достижении током КЗ величины уставки срабатывани  механизма свободного расцеплений 7 происходит расцепление указанного механизма.With a short circuit in load 2, the current in the circuit begins to increase. When the short-circuit current reaches the setpoint of operation of the free tripping mechanism 7, the specified mechanism trips.

Так как механизм свободного расцеплени  7 при воздействии на него максимальных рйсцепителей тока имеет собственное врем  срабатывани , равное дл  разных выключателей примерно 5-10 мс, подвижные контакты 6 даже после достижени  током КЗ величины тока уставки механизма свободного расцеплени  7 остаютс  некоторое врем  в исходном положении замкнуто с неподвижными контактами 5.Since the free tripping mechanism 7, when exposed to maximum current pick-ups, has its own response time equal to about 5-10 ms for different circuit breakers, the movable contacts 6 even after the short-circuit current reaches the current value of the setting of the free tripping mechanism 7 remain closed for some time in the initial position with fixed contacts 5.

Параллельно происходит процесс срабатывани  блока 19 управлени  металлическим КЗ. Когда величина тока КЗ достигает значени  тока срабатывани  блока 19 управлени , происходит открытие тиристора 17. При разр де конденсатора 18 через катушку 16 протекает мощный импульс тока. В результате подвижна  металлическа  пластина 15 индукционно-динамического механизма короткозамыкател  14 быстро (через доли миллисекунды) перемыкает контакты 12 контактами 13. Происходит металлическое КЗ отвод щих зажимов 10 выключател  4. Именно с этого момента начинает протекать tok КЗ через токоограни- чивающий элемент 8, который и осуществл ет разведение подвижных 6 и неподвижных контактов 5 выключател  4 (фиг.2). Так как при протекании номинального тока через контакты 5 и 6 ток через токоограничивающий элементе не протекает , то сечени  его активных (т.е. взаимодействующих ) частей выбраны значительноAt the same time, the actuation process of the metal short-circuit control unit 19 occurs. When the value of the short-circuit current reaches the value of the response current of the control unit 19, the thyristor 17 opens. When a capacitor 18 is discharged, a powerful current pulse flows through the coil 16. As a result, the movable metal plate 15 of the induction-dynamic mechanism of the short circuit switch 14 quickly (in fractions of a millisecond) connects the contacts 12 to the contacts 13. A metal short circuit of the output terminals 10 of the switch 4 occurs. From this moment, tok short circuit begins to flow through the current-limiting element 8, which and carries out the separation of the movable 6 and fixed contacts 5 of the switch 4 (Fig. 2). Since when the rated current flows through contacts 5 and 6, the current does not flow through the current-limiting element, the cross sections of its active (i.e. interacting) parts are significantly

меньшими, чем необходимо дл  обеспече-, ни  протекани  номинального тока.less than necessary to ensure that no rated current flows.

Далее описана реализаци  за вл емого способа на примере работы изображенного 5 на фиг.З и 4 одного из возможных вариантов автоматического выключател  дл  его осуществлени ,The following describes the implementation of the claimed method by the example of operation of Fig. 5 in Figs. 3 and 4 of one of the possible variants of the circuit breaker for its implementation,

При возникновении цепи Тока КЗ (фиг.4) на катушку 16 индукционно-динами- ,When a current circuit short circuit (figure 4) to the coil 16 induction-dynamic,

0 ческого механизма короткозамыкател  14 п о даётЬ  че рез тиристо р 17 от ко н де н сато- ра 18 импульс тока, который вызывает отброс от катушки 16 металлической пластины 15. Подвижные контакты 13, установлейнЫеOf the short-circuit mechanism 14, it feeds through thyristor 17 from the con- nector of the sensor 18 a current pulse, which causes rejection of the metal plate 15 from the coil 16. Movable contacts 13, mounted

5 на металличес кой пластине 15, замыкаютс  с контактами 12, установленными на Одном конце шины 25, котора  прижата к упору 30 пружиной 29. Ток, протекающий через.токо- ведущие цгйны 24 и 25 вызывает отброс ши0 ны 24, котора  свободным концом воздействует на диск 36. При движении диска 36 шток 35, скрепленный с ним воздей- : ствует на подвижный контакт 6 в сторону его размыкани  с неподвижным контактом 5,5 on the metal plate 15 closes with the contacts 12 mounted on one end of the bus 25, which is pressed against the stop 30 by the spring 29. The current flowing through the current-carrying wires 24 and 25 causes the bus 24 to be rejected, which acts on the free end disk 36. When the disk 36 moves, the rod 35 attached to it acts on the movable contact 6 in the direction of its opening with the stationary contact 5,

5 чем вводит в цепь ограничивающую ток КЗ злектрическую дугу. Дальнейшее перемещение подвижного контакта 6 происходит под действием механизма свободного рас- цеплени  7. Св занна  зёеном 23 с меха0 низмом свободного расцеплени  7 траверса 21 движетс  в направлении, совпадающем с перемещением контакта 6 под действием токоогранйчивающего элемента 8. После прохождени  траверсой 21 пути, на который5 than introduces an electric arc limiting the short-circuit current into the circuit. The further movement of the movable contact 6 occurs under the influence of the mechanism of free uncoupling 7. Associated by the green 23 with the mechanism of free disengagement 7 of the yoke 21 moves in the direction coinciding with the movement of the contact 6 under the influence of the current limiting element 8. After the traverse 21 passes the path onto which

5 перед этим был отброшен контакт 6 под действием токоограничивающего элемента . 8, траверса 21 подхватывает контакт б и обеспечивает его дальнейшее перемещение в сторону размыкани  до полного рас-. -, 5 before this contact 6 was dropped by the action of a current-limiting element. 8, the yoke 21 picks up contact b and ensures its further movement towards the open until full-. -,

0 твора. ... : .-.После исчезновени  тока в цепи воз- . ератнэ  пружина 33 возвращает металлическую пластину 15 в исходное положение, пружины 29 и 28 возвращают в исходное0 creator. ...: .-. After the current disappears in the circuit, the air-. eratne spring 33 returns the metal plate 15 to its original position, the springs 29 and 28 return to their original position

5 положение шины 24 и 25, после чего возвращаетс  в исходное положение шток 35 с диском 36.. ;.,;;5 the position of the tire 24 and 25, after which the rod 35 with the disk 36 ..;.,; Returns to its original position

То, что ток протекает через шины 24 и 25 только при КЗ, позвол ет существенноThe fact that current flows through buses 24 and 25 only at short circuit allows

0 уменьшить их сечени , а значит и массу. Уменьшение сечени , в свою очередь, по- звол ет уменьшить рассто ние между их ос ми, что повышает электродинамические усили , возникающие между шинами 24 и0 reduce their cross sections, and hence the mass. Reducing the cross section, in turn, allows you to reduce the distance between their axes, which increases the electrodynamic forces arising between the tires 24 and

5 25, и усилие, прикладываемое со стороны шины 24, воздействующей на подвижный контакт 6 через диск 36 и шток 35.5 25, and the force exerted on the side of the tire 24 acting on the movable contact 6 through the disk 36 and the rod 35.

Таким образом за вл емый способ защиты мощных цепей токоограничивающй- ми выключател ми обеспечиваетThus, the inventive method for protecting power circuits with current-limiting switches provides

повышение быстродействий защиты и уменьшение вредного воздействи  тока КЗ на токоограничивающий выключатель и источник питани  защищаемой цепи,increasing protection speeds and reducing the harmful effects of short-circuit current on the current-limiting switch and the power source of the protected circuit,

Claims (1)

Формула изобретени  Способ защиты мощных цепей токоог- рэничивающими выключател ми, снабженными токоограничивающими элементами, при котором ввод т в цепь электрическую дугу за счет срабатывани  токоограничива- ю щих элементов под действием протекающего тока короткого замыкани  прежде, чем производ т размыкание контактов выключател  под действием механизма свободного расцеплени  при воздействии на негр максимальных расцепитёлей тока, причемSUMMARY OF THE INVENTION A method for protecting high-power circuits with current-limiting switches equipped with current-limiting elements, in which an electric arc is introduced into the circuit by triggering current-limiting elements under the influence of a flowing short-circuit current before opening the contacts of the switch under the action of the free mechanism uncoupling when exposed to the negro maximum current releases, and 00 55 при возникновении на защищаемом объекте короткого замыкани  обеспечивают металлическое короткое замыкание отвод щих зажимов выключателей раньше, чем начинают ограничение тока токоограничивающими элементами этих выключателей , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  защиты и уменьшени  вредного воздействи  тока короткого замыкани  на токоограничивающий выключатель и источник питани  защищаемой цепи, короткозамыкатель, осуществл ющий металлическое короткое замыкание отвод щих зажимов выключател , подключают к последним через управл ющие токовые цепи токоограничивающих элементов выключател ..when a short circuit occurs on the protected object, a metal short circuit of the outlet terminals of the switches is provided before the current is limited by the current-limiting elements of these switches, characterized in that, in order to increase the protection speed and reduce the harmful effects of the short-circuit current on the current-limiting switch and the power source of the protected circuit, a short circuit that carries out a metal short circuit of the outlet terminals of the switch is connected to last through the control current circuits of the current-limiting elements of the switch .. Pt/9.JPt / 9.J . 2. 2 «Ptfft 3: ;,"Ptfft 3:;, Фиг.4Figure 4