СИНХРОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ
SYNCHRONOUS VACUUM SWITCHING DEVICE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовым коммутационным аппаратам, и предназначено для управляемой коммутации различной электрической нагрузки, например электродвигателей, трансформаторов, емкостных батарей, кабельных линий и т.д.
Известен трехфазный синхронный выключатель (авторское свидетельство SU №1138849, приоритет от 03.06.83 г., кл. Н01Н 33/66), содержащий вакуумные дугогасящие камеры (ВДК) на каждой фазе, на потенциале подвижных контактов которых расположен индукционно-динамический привод размыкания с емкостным накопителем и синхронизирующим устройством.
Недостатками этого устройства является отсутствие в синхронизаторе возможности реализации алгоритмов синхронизации коммутации нагрузки и заданной динамики движения подвижных контактов вакуумной дугогасящей камеры в зависимости от типа нагрузки и вида коммутации для снижения коммутационных перенапряжений, бросков тока и увеличения ресурса вакуумной дугогасящей камеры.
Известно устройство управляемой коммутации конденсаторных батарей (патент на полезную модель RU №66602, приоритет от 02.05.07 г., кл. Н01Н 83/00), включающее в себя блок управления, диодный блок и механические коммутаторы.
Недостатком известного технического решения является наличие дополнительного механического коммутатора и полупроводникового элемента, понижающих надежность работы устройства, отсутствие алгоритмов синхронизации коммутации и возможности реализации заданной динамики движения контактов для снижения перенапряжений, бросков тока и увеличения ресурса вакуумного выключателя для других типов нагрузки.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому является метод синхронной коммутации выключателей и аппарат для реализации этого метода (патент US №7626286, приоритет от 09.10.03 г., кл. Н01Н 83/00, Н02Н 3/00, Н02Н 7/00), содержащий выключатель, устройство управления, датчик тока, два датчика напряжения и позволяющий коммутировать нагрузку в зависимости от режима ее работы.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности реализации заданной динамики движения контактов вакуумных дугогасящих камер для снижения дребезга контактов ВДК, уменьшения деформации контактов ВДК, снижения коммутационных перенапряжений и увеличения ресурса вакуумной дугогасящей камеры в целом.
Цель изобретения - повышение надежности работы, безопасности эксплуатации и увеличение коммутационного ресурса устройства; снижение негативных воздействий на коммутируемую нагрузку, соединяющие кабели и кабельные муфты в виде перенапряжений и бросков тока за счет реализации алгоритмов синхронизации коммутации нагрузки и заданной динамики движения подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер в зависимости от типа нагрузки, вида коммутации, текущих и прогнозируемых на момент коммутации значений первичных параметров сети электроснабжения и нагрузки (тока, напряжения, остаточного напряжения на конденсаторных батареях, остаточной намагниченности трансформатора и т.д.).
Технический результат обеспечивает повышение надежности работы, безопасности эксплуатации и увеличение коммутационного ресурса устройства за счет применения вакуумных дугогасящих камер в качестве коммутирующего устройства, специальных алгоритмов коммутации, контроль замыкания контактов вакуумных дугогасящих камер; снижение негативных воздействий на коммутируемую нагрузку, кабели и муфты в виде перенапряжений и бросков тока и тем самым продление срока службы за счет коммутации нагрузки по алгоритмам синхронизации с заданной динамикой движения контактов в зависимости от типа нагрузки (электродвигатель, трансформатор, конденсаторная батарея и т.д.) и вида коммутации (включение трансформатора, отключение ненагруженного трансформатора, отключение трансформатора под нагрузкой и т.д.).
Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей синхронного вакуумного коммутационного аппарата, а именно применение вакуумных дугогасящих камер, алгоритмов синхронизации коммутации и заданной динамики движения контактов ВДК увеличивает коммутационный ресурс устройства; контроль смыкания контактов вакуумной дугогасящей камеры с помощью измерения напряжения (например, емкостными датчиками напряжения) со стороны обеих силовых контактов вакуумной дугогасящей камеры и измерения протекающего тока повышает безопасность эксплуатации устройства; включение и отключение нагрузки с заданной динамикой движения подвижных контактов ВДК и по алгоритмам синхронизации коммутации, с учетом типа нагрузки, текущего режима ее работы и состояния электросети с использованием датчиков тока и напряжения (например, датчиков тока типа «пояс Роговского», трансформаторов тока, датчиков тока и напряжения на основе эффекта Холла, трансформаторов напряжения, датчиков напряжения емкостного типа, и др.) увеличивает срок службы коммутируемой нагрузки, кабелей и кабельных муфт за счет снижения перенапряжений (при отключениях трансформаторов, двигателей и т.д.) и бросков тока (при включениях трансформаторов, конденсаторных батарей и т.д.) и повышает ресурс вакуумного коммутационного аппарата.
Поставленная задача решается за счет того, что синхронный вакуумный коммутационный аппарат содержит три или более вакуумные дугогасящие камеры с системой поджатия контактов, к которым через изоляционные тяги подключены три или более управляемых электромагнитных привода; модули блок-контактов для каждого из приводов; вал ручного отключения устройства; два датчика напряжения на каждую фазу - на оба контакта вакуумных дугогасящих камер; датчики тока, подключенные к каждой из фаз; блок внешних синхронизаций, датчики обратных связей, блоки управления для независимого управления приводами синхронного вакуумного коммутационного аппарата, обеспечивающий алгоритмы синхронизации коммутации и заданную динамику движения подвижных контактов ВДК при всех возможных видах коммутаций.
На фиг.1 показана принципиальная схема подключения устройства к сети электроснабжения и коммутируемой нагрузке. Синхронный вакуумный коммутационный аппарат 1 служит для коммутации нагрузки 7 и включает в себя электромеханические системы 2 фаз А, В и С, датчики тока 3, датчики напряжения 4 и 5, передающие информацию о токах и напряжениях в блок внешних синхронизаций 6.
Электромеханическая система 2 одной из фаз синхронного вакуумного выключателя, показанная на фиг.2, включает в себя вакуумную дугогасящую камеру 8, служащую для коммутации силовой цепи; электромагнитный привод 10; датчики обратных связей 11, служащие для передачи информации о движении подвижного контакта ВДК и текущем положении контактов; устройство управления 9 электромагнитным приводом.
Устройство работает следующим образом: при поступлении команды на отключение или включение от внешнего устройства (например, релейной защиты) блок внешних синхронизаций 6 осуществляет идентификацию типа нагрузки, текущего режима работы нагрузки, вид планируемой коммутации, после чего блок внешних синхронизаций определяет моменты коммутации, последовательность коммутации полюсов и динамику движения контактов, формирует и подает управляющие сигналы с необходимым предупреждением и с учетом спрогнозированного времени отклика электромеханической системы вакуумного коммутационного аппарата на устройство управления электромагнитными приводами 9. Устройство управления электромагнитными приводами 9 подает сформированное напряжение (например, при помощи широтно-импульсной модуляции) на электромагнитные приводы 10, подвижная часть которых приводит в движение контакты ВДК 8. Сигнал датчиков обратных связей 11 поступает на входы устройства управления 10 для использования в регуляторах движения подвижных контактов ВДК, одновременно с этим осуществляется измерение времени отклика электромеханической системы вакуумного коммутационного аппарата блоком внешних синхронизаций 6 на основе данных от датчиков тока, напряжения и датчиков обратных связей.
Заявленный синхронный вакуумный коммутационный аппарат повышает надежность работы в целом, увеличивает коммутационный ресурс и безопасность эксплуатации устройства, а также способствует снижению перенапряжений и бросков тока при всех видах коммутации различных типов нагрузки.