устройство для защиты электрооборудования постоянного тока

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического выключения постоянного тока, характеризующееся тем, что оно имеет подключенный к низковольтному источнику питания блок управления выключателем, к входу которого подключен датчик аварийного состояния цепи нагрузки, а к выходу блока управления выключателем подключена размагничивающая катушка автоматического выключателя, который также содержит главные контакты, магнитопровод, якорь, рычаг, удерживающую катушку, связанную через ключ с низковольтным источником питания, дугогасительную камеру с дугогасительной катушкой, причем удерживающая и размагничивающая катушки размещены на магнитопроводе и включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно, а силовая цепь автоматического выключателя включена между зажимом для подключения к одной из шин источника питания и одноименным с ней по полярности зажимом для подключения цепи нагрузки и выполнена в виде последовательно соединенных дугогасительной катушки и главных контактов, у которых подвижный контакт закреплен на общем с якорем рычаге автоматического выключателя.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в качестве дугогасительной камеры использована деионная дугогасительная камера.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в качестве дугогасительной камеры использованы дугогасительная камера с узкой или лабиринтной щелью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам с использованием быстродействующего автоматического выключателя, и может быть использовано для защиты транспортного и промышленного электрооборудования постоянного тока от аварийных ситуаций - перегрузок или коротких замыканий.

Известно устройство (Патент РФ №2167478, Н01Н 3/087, Н01Н 75/02, B60L 3/04, опубл. 20.05.2001), содержащее силовую цепь электромеханического автоматического выключателя, включенную между первой шиной источника питания и одноименным по полярности первым зажимом нагрузки и выполненную в виде последовательно соединенных размыкающих контактов, у которых подвижные закреплены на общем с магнитопроводящим якорем рычаге, и двух катушек - дугогасительной и размагничивающей, соединенных между собой первыми выводами, удерживающую катушку, имеющую общий магнитопровод и включенную встречно с размагничивающей катушкой и подключенную к источнику тока удержания через цепь управления с командным органом, дроссель и диод, соединенные между собой последовательно, образуя цепочку, включенную в непроводящем направлении между вторыми выводами дугогасительной и размагничивающей катушек, два конденсатора, первые выводы которых соединены между собой через резистор и оба вывода каждого из которых связаны с цепью зарядки.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для автоматического выключения постоянного тока (Патент РФ №2274937, Н02Н 3/087, Н01Н 75/02, опубл. 20.04.2006. Бюл. №11), содержащее командный орган, ко входам которого подключены датчики аварийных состояний цепи нагрузки, электромеханический автоматический выключатель с размыкающими контактами, удерживающей и размагничивающей катушками, установленными на общем магнитопроводе, и дугогасительной камерой с дугогасительной катушкой, первый конденсатор и два управляемых электронных ключа, причем силовая цепь электромеханического автоматического выключателя включена между зажимом для подключения к одной из шин источника питания и одноименным с ней по полярности зажимом для подключения цепи нагрузки и выполнена в виде последовательно соединенных указанных размыкающих контактов, у которых подвижные закреплены на общем с магнитопроводящим якорем рычаге электромеханического автоматического выключателя, дугогасительной и размагничивающей катушек, последняя из которых включена магнитно-встречно с удерживающей катушкой, связанной с источником питания через ключ управления, соединенный управляющим входом с первым выходом командного органа, подключенный к источнику зарядки второй конденсатор, одним из выводов связанный через дроссель с объединенными между собой выводами размыкающего контакта и дугогасительной катушки, а через диод - с другим выводом той же катушки и одним из выводов первого конденсатора, подключенным через второй управляемый электронный ключ к другому выводу второго конденсатора, соединенному через резистор с другим выводом первого конденсатора, связанным с другим выводом размагничивающей катушки через первый управляемый электронный ключ, управляющий вход которого соединен со вторым выходом командного органа, третьим выходом подключенного к управляющему входу второго управляемого электронного ключа, при этом управляемые электронные ключи подсоединены в направлении, обеспечивающем при их открытии разряд каждого конденсатора через соответствующий управляемый электронный ключ, диод подсоединен в направлении, обеспечивающем протекание тока в дугогасительной катушке после полной разрядки второго конденсатора, а командный орган выполнен с возможностью появления сигнала на его третьем выходе с задержкой по времени по отношению к сигналу на его втором выходе.

Признаки вышеуказанного устройства, которые совпадают с признаками заявляемого изобретения, - это включенные в устройство, по меньшей мере, один датчик аварийного состояния цепи нагрузки, автоматический выключатель, схема преобразования сигнала, поступающего от датчика аварийного состояния цепи нагрузки в импульс тока, которая содержит командный орган (решающую часть), конденсатор, управляемый электронный ключ; автоматический выключатель содержит удерживающую и размагничивающую катушки, размещенные на общем магнитопроводе, размыкающие контакты (главные контакты), рычаг, якорь, дугогасительную камеру с дугогасительной катушкой (катушкой магнитного дутья); силовая цепь автоматического выключателя включена между зажимом для подключения к одной из шин источника питания и одноименным с ней по полярности зажимом для подключения цепи нагрузки и выполнена в виде последовательно соединенных дугогасительной катушки и размыкающих контактов (главных контактов); подвижные контакты размыкающих контактов (главных контактов) закреплены на общем с якорем рычаге автоматического выключателя; размагничивающая катушка включена магнитно-встречно с удерживающей катушкой, т.е. размагничивающая и удерживающая катушки включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно; удерживающая катушка связана с источником тока удержания (источником питания) через ключ управления (ключ).

Однако указанное устройство для автоматического отключения постоянного тока в полной совокупности признаков обладает следующими недостатками:

- размагничивающая катушка включена последовательно в силовую высоковольтную цепь автоматического выключателя, что требует дополнительных мероприятий по обеспечению его надежности и безопасности эксплуатации;

- наличие достаточно сложной схемы, преобразующей сигнал, поступающий от датчика аварийного состояния цепи нагрузки в импульс тока, которая содержит командный орган, первый конденсатор, два управляемых электронных ключа, второй конденсатор, дроссель, диод, резистор и источник зарядки, а также создающей и поддерживающей ток в дугогасительной катушке;

- необходимость наличия отдельного источника зарядки для питания схемы, преобразующей сигнал, поступающий от датчика аварийного состояния цепи нагрузки в импульс тока.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является существенное упрощение конструкции, а также повышение надежности защиты и пожаробезопасности электрооборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для защиты электрооборудования постоянного тока содержит схему преобразования сигнала, поступающего от датчика аварийного состояния цепи нагрузки в импульс тока, выполненную в виде блока управления выключателем, по меньшей мере, один датчик аварийного состояния цепи нагрузки и автоматический выключатель. К входу блока управления выключателем подключен датчик аварийного состояния цепи нагрузки, а к выходу блока управления выключателем подключена размагничивающая катушка автоматического выключателя. Автоматический выключатель содержит удерживающую и размагничивающую катушки, установленные на общем магнитопроводе, а также главные контакты, якорь, рычаг и дугогасительную камеру с дугогасительной катушкой (катушкой магнитного дутья). Размагничивающая и удерживающая катушки включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно. Удерживающая катушка подключена к низковольтному источнику питания через ключ. К низковольтному источнику питания подключен блок управления выключателем. Силовая цепь автоматического выключателя включена между зажимом для подключения к одной из шин источника питания и одноименным с ней по полярности зажимом для подключения цепи нагрузки и выполнена в виде последовательно соединенных дугогасительной катушки и главных контактов. Подвижные контакты главных контактов закреплены на общем с якорем рычаге автоматического выключателя.

В качестве дугогасительных камер могут использоваться или деионные дугогасительные камеры, или дугогасительные камеры с узкой или лабиринтной щелью.

Новым в заявляемом изобретении является то, что размагничивающая катушка подключена к выходу блока управления выключателем, а не в силовую цепь выключателя. Для преобразования сигнала, поступающего от датчиков аварийного состояния, в импульс тока используется блок управления выключателем, выполненный в виде устройства, содержащего командный орган (электронную решающую часть), накопитель электрической энергии (конденсатор), управляемый электронный ключ (тиристор). Блок управления выключателем подключен к низковольтному источнику питания, к которому одновременно подключена и удерживающая катушка автоматического выключателя.

Это дает следующие преимущества:

- питание блока управления выключателем и катушки удержания происходит от одного источника - от низковольтного источника питания, т.е. дополнительно не требуется источник зарядки для блока управления выключателем (схемы преобразования сигнала, поступающего от датчика аварийного состояния цепи нагрузки в импульс тока);

- благодаря подключению размагничивающей катушки к выходу блока управления, а не в силовую цепь автоматического выключателя, формирование размагничивающего импульса осуществляется на низком напряжении, например 110 В постоянного тока,

Все это существенно упрощает конструкцию, снижает массогабаритные характеристики устройства, повышает безопасность и надежность эксплуатации, а также снижает стоимость устройства в целом.

Указанная совокупность признаков не выявлена в уровне техники, из чего можно сделать вывод, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства для автоматического выключения постоянного тока.

Устройство для автоматического выключения постоянного тока содержит автоматический выключатель 1, блок управления выключателем 2 и датчик тока 3.

Автоматический выключатель 1 содержит главные контакты 4, удерживающую катушку 5, размагничивающую катушку 6, дугогасительные камеры 7 с дугогасительными катушками 8 (катушками магнитного дутья). Удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6 размещены на общем магнитопроводе 9. Размагничивающая катушка 6 включена магнитно-встречно с удерживающей катушкой 5 и выводы размагничивающей катушки 6 подключены к выходу блока управления выключателем 2. Удерживающая катушка 5 подключена к низковольтному источнику питания через ключ 10. Силовая цепь автоматического выключателя 1 включена между зажимом для подключения к одной из шин источника питания и одноименным с ней по полярности зажимом для подключения цепи нагрузки. В силовую цепь автоматического выключателя 1 последовательно включены дугогасительные катушки 8 и главные контакты 4, у которых подвижные контакты закреплены на общем с якорем 11 рычаге автоматического выключателя 1.

Выход датчика тока 3 подключен к входу блока управления выключателем 2. Блок управления выключателем 2 подключен к низковольтному источнику питания.

В качестве дугогасительных камер 7 могут применяться деионные дугогасительные камеры. Автоматические выключатели с дугогасительными камерами деионного типа известны, например, из патента РФ на полезную модель №56713. Принцип действия дугогасительных камер деионного типа не требует сильного принудительного магнитного дутья для гашения электрической дуги, которое необходимо в случае применения дугогасительных камер с узкой щелью, поэтому при применении деионных дугогасительных камер дугогасительные катушки 8 имеют минимальное количество витков, например 2-3. Это нужно для уверенной коммутации небольших по величине токов (критические токи).

В случае применения в качестве дугогасительных камер 7 дугогасительных камер с узкой щелью дугогасительные катушки 8 должны иметь большее, чем в случае применения дугогасительных камер деионного типа, количество витков, в частности 9-10 витков.

Блок управления выключателем 2 представляет собой устройство, содержащее командный орган, накопитель электрической энергии, выполненный, например, в виде конденсатора (или блока конденсаторов), управляемый электронным ключом, выполненным, например, в виде тиристора. Командный орган может быть выполнен с одним или несколькими входами - каналами защиты, например, защиты по величине нарастания тока, по скорости нарастания и т.п. В качестве такого блока управления выключателем может быть использован блок управления выключателем типа БУВ-50, производимый Чебоксарским электроаппаратным заводом (ЧЭАЗ).

Устройство для автоматического выключения постоянного тока работает следующим образом. В нормальном рабочем режиме якорь 11 притянут к полюсам магнитопровода 9 и удерживается в таком положении магнитным потоком, создаваемым удерживающей катушкой 5, питаемой от низковольтного источника питания через замкнутый ключ 10. Главные контакты 4 замкнуты.

При нарастании тока в цепи нагрузки сигнал от датчика тока 3 поступает на вход блока управления выключателем 2, в его командный орган, который производит измерение величины нарастания тока в цепи нагрузки. Если величина нарастания тока в цепи нагрузки равна или больше заданной, то командный орган подает сигнал на открытие тиристора, через который импульс тока идет от батареи конденсаторов. Импульс тока от батареи конденсаторов блока управления выключателем 2 подается в размагничивающую обмотку 6, в результате чего происходит быстрое ослабление магнитного потока в магнитопроводе 9 и отключение силовой цепи автоматического выключателя 1.