УСТРОЙСТВО УПРАВЛЯЕМОЙ КОММУТАЦИИ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначена для управляемой коммутации конденсаторных батарей.
Управляемая коммутация успешно решает проблему предотвращения опасных бросков тока и перенапряжений. Применение аппаратов с управляемой коммутацией способствует снижению воздействий на оборудование, тем самым, увеличивая его срок службы. Для обеспечения требуемого снижения бросков тока и перенапряжений аппараты с управляемой коммутацией должны стабильно включаться как можно ближе к заданной фазе напряжения. Допустимый разброс времени включения не должен превышать ±1 мс для сети с частотой 50 Гц.
Известно устройство управления конденсаторным регулятором напряжения, содержащее выключатель и быстродействующий коммутатор (управляемый вакуумный разрядник) шунтирующий контактный промежуток выключателя [1]. Это устройство позволяет свести процесс включения к быстрому (единицы микросекунд) включению управляемого вакуумного разрядника с последующим замыканием контактов выключателя.
Недостатками такого устройства является то, что отключение тока осуществляется с помощью выключателя. Для уменьшения уровня восстанавливающегося напряжения при отключении тока время задержки между размыканием полюсов выключателя должно быть минимально, что усложняет его конструкцию. Следует также учитывать закономерности пробоя межконтактного зазора от его длины при разведении контактов, характеризующиеся большими статистическими разбросами.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому является устройство, которое содержит четыре механических коммутатора, собранных по Н-образной схеме, в середине которой присоединен диодный блок. [2]. В таком устройстве операции включения и отключения осуществляются в диодном блоке при смене полярности напряжения. Механические аппараты должны обеспечить длительное пропускание тока после включения устройства без существенных энергетических потерь и требуемую электрическую прочность после отключения тока. При этом требования к разбросу
времени замыкания и размыкания контактов механических аппаратов становятся менее жесткими.
Недостатком этого устройства является сравнительно большое количество механических коммутаторов, что увеличивает уровень рассеиваемой в них энергии, уменьшает надежность, усложняет управление и ухудшает массогабаритные показатели.
Целью предложенного решения является повышение надежности устройства и снижение его массогабаритных показателей и соответственно стоимости устройства.
Указанная цель достигается тем, что устройство управляемой коммутации содержит диодный блок, механические коммутаторы и блок управления. Новым является то, что один механический коммутатор подсоединен последовательно с диодным блоком, а другой механический коммутатор подсоединен параллельно цепочке из последовательно соединенных диодного блока и механического коммутатора.
Полезная модель иллюстрируется на фиг.1, где показана принципиальная схема устройства управляемой коммутации. На фиг.2 показана последовательность замыкания механических коммутаторов при включении устройства. На фиг.3 и фиг.4 показана последовательность размыкания механических коммутаторов при отключении устройства.
Устройство содержит диодный блок 1, механический коммутатор 2 с приводом 3, соединенный последовательно с диодным блоком 1 и механический коммутатор 4 с приводом 5, подсоединенный параллельно последовательно соединенным диодному блоку 1 и механическому коммутатору 2, и блок управления 6.
Устройство работает следующим образом.
В отключенном состоянии контакты в коммутаторах 2 и 4 разомкнуты. Включение устройства (фиг.2) осуществляется в следующем порядке. Вначале замыкаются контакты в коммутаторе 2 (фиг.2,а) в течение полуволны напряжения, соответствующей непроводящему состоянию диодного блока 1, с помощью привода 3, который срабатывает после подачи управляющего импульса от блока управления 6. Затем с заданной задержкой блок управления 6 подает управляющий импульс на привод 5, с помощью которого замыкаются контакты в коммутаторе 4 (фиг.2,б). Величина задержки выбирается из условия, чтобы контакты в коммутаторе 4 замыкались в течение полуволны напряжения (10 мс), соответствующей проводящему состоянию диодного блока 1. Таким образом, включение устройства происходит в нуле напряжения с помощью диодного блока 1, который пропускает первую полуволну тока до тех пор, пока не замкнутся контакты коммутатора 4. Затем ток будет протекать только через коммутатор 4 (фиг.2,в), что существенно снижает токовую нагрузку на диодный блок 1.
При отключении устройства блок управления 6 сначала выдает сигнал на срабатывание привода 5, который разводит контакты в коммутаторе 4 на достаточное расстояние (3-5) мм незадолго перед нулем тока. После перехода тока из коммутатора в диоды, блок управления выдает сигнал на срабатывание привода 3, который разводит контакты в коммутаторе 2 в течение непроводящего состояния диодного блока 1. При этом коммутаторы 2 и 4 должны выдерживать восстанавливающееся на устройстве напряжение.
Возможны два режима отключения устройства.
В первом режиме (фиг.3) контакты в коммутаторе 4 разводятся при проводящем состоянии диодного блока 1 (фиг.3,б). В этом случае ток переходит из коммутатора 4 в диодный блок 1 при условии, что падение напряжение на электрической дуге между контактами коммутатора 4 превышает падение напряжения на диодном блоке 1. Когда ток в диодном блоке 1 меняет направление, диоды запираются, и происходит отключение при нулевом значении тока. Процесс отключения завершается подачей блоком управления 6 сигнала на разведение контактов коммутатора 2 (фиг.3,в), которые должны разойтись на максимальное расстояние в течение следующей полуволны пока диоды находятся в непроводящем состоянии.
Во втором режиме (фиг.4) контакты в коммутаторе 4 разводятся при непроводящем состоянии диодного блока 1 (фиг.4,б). В этом случае между контактами загорается электрическая дуга, которая погасает в нуле тока. Отключение тока в цепи коммутатора 4 происходит практически без перенапряжений вследствие шунтирования его диодным блоком 1. В следующей полуволне ток протекает только через диодный блок 1 в обратном направлении (фиг.4,в) и полностью отключается при запирании диодов. Разведение контактов в коммутаторе 2 (фиг.4,г) завершает процесс отключения.
В качестве коммутаторов 2 и 4 предпочтительнее использовать вакуумные коммутационные аппараты.
В таком устройстве включение конденсаторной батареи происходит строго в нуле напряжения, а отключение происходит строго в нуле тока, что позволяет существенно снизить броски тока и перенапряжения во время коммутации. Использование двух коммутаторов вместо четырех повышает надежность устройства и уменьшает его массогабаритные показатели, и соответственно стоимость устройства. Снижение токовой нагрузки на диодный блок 1 и облегченный режим работы коммутаторов 2 и 4 существенно снижают требования к элементам устройства.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки:
1. Алферов Д.Ф.Б Белкин Г.С., Горюшин Ю.А. и др. Патент РФ на полезную модель №55222, кл. H02J 3/18, опубл. 2006.02.26.
2. Backman M., Dahlgren M., Norberg P. "A semiconductor based circuit breaker concept - field experience as capacitor switch", (Cigre Report A3-112, 2006). (прототип)