Швидкодіючий вимикач

УКРАЇНА (19) UA (11) 35468 (13) U (51) МПК (2006) H02H 3/16 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС в идається під в ідпов ідальність в ласника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) ШВИДКОДІЮЧИЙ ВИМИКАЧ 1 2 (13) 35468 (11) У основу корисної моделі поставлено завдання створення такого ШВ, конструкція якого дозволяла б зменшити споживання електроенергії при включеному стані, мала кілька настроювань струму уставок (грубу, магнітну й дуже чутливу до перевантажень і малих стр умів короткого замикання). * ЕМР - електромеханічне реле з постійним магнітом. Поставлене завдання вирішується вдосконаленням пристрою [3], шляхом застосування електромеханічного реле з постійним магнітом, де котушки включення й виключення будуть працювати долі секунд під час виконання відповідних операцій, датчика струму з високочутливим магніторезистором (ДСВМР) [4, 5], електронного підсилювача, задатчика струмів уставок, оптопари, постів «ON» і «off». Це є основною відмінністю від [3]. Спільними елементами з [3] є: рама з візком, силові контакти, блок-контакти, механізм включення, дугогасительна камера та шини для підключення ШВ. На кресленнях представлені: Фіг.1 - блоксхема швидкодіючого вимикача на основі ЕМР та датчика струму з високочутливим магніторезистором (ШВЕМРДСВМР); Фіг.2 - блок навантаження з R і Е; Фіг.3 - блок 10 (ЕМР) (показаний напрямок магнітних потоків при відключенні ШВЕМРДСВМР); Фіг.4 - графік наростання струму короткого замикання ІК.З.=f(t) і обмеження струму в ланцюзі І'К.З.=f(t) при відключенні ушкодженої ділянки швидкодіючим вимикачем. UA Корисна модель відноситься до електротехніки та електроніки і призначена для включення й відключення ланцюгів постійного струму під навантаженням і автоматичного відключення їх при перевантаженнях та коротких замиканнях. Вона застосовується, в основному, для захисту устатк ування й мереж постійного струму тягови х підстанцій електрифікованих залізниць, метро, мініметро, рейкових автоматизованих доріг, швидкісних трамваїв, тролейбусів, монорейкових доріг і інше. В теперішній час відомо ряд швидкодіючих вимикачів (ШВ): ВАБ-2, АБ-2/4, ВАБ-28, ВАБ-43 [1, 2, 3] і інші. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є АБ-2/4 (прототип) [3], що містить: раму з візком; силові контакти; блок-контакти; механізм включення, що складається з якоря, пружини та розчеплювача; магнітопровід; дугогасительну камеру; шини для підключення ШВ; котушку, що включає й утримує; розмикальний виток і шунт. Швидкодіючий вимикач (прототип) поруч з великими перевагами має й ряд недоліків. До основних недоліків можна віднести те, що утримуюча котушка під час роботи ШВ включена постійно (струм при напрузі 110 В становить 0,5 А), і тому витрачається відносно велика кількість електроенергії; система має грубе настроювання струму уставки, вона малочутлива до перевантажень і невеликих стр умів короткого замикання, що знижує експлуатаційну надійність мереж, має великі габарити. U ронного підсилювача, задатчика струмів уставок, оптопари, постів включення й відключення, електромеханічного реле, який відрізняється тим, що електромеханічне реле виконане з магнітопроводу з високою магнітною проникністю, постійного магніту, котушок включення й відключення, а датчик струму - з кільця із зазором, у якому розміщений високочутливий магніторезистор з обмоткою збудження, які з'єднані з електронним підсилювачем, задатчиком струмів уставок, оптопарою, постом відключення, механічним реле, механізмом відключення й силовими контактами. (19) (21) u200802978 (22) 07.03.2008 (24) 25.09.2008 (46) 25.09.2008, Бюл.№ 18, 2008 р. (72) НОСАНОВ МИКОЛА ІЛЛІЧ, UA, П АЩЕНКО ОЛЕКСІЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ, UA, ШЕМЯКОВ ОЛЕКСАНДР АНТОНОВИЧ, U A, МОСІЙЧУК ВАЛЕНТИН ВАСИЛЬОВИЧ, UA, БОРЕЙКО ІРИНА ВОЛОДИМИРІВНА, UA, ГАРКАВЕНКО ДМИТРО МИКОЛАЙОВИЧ, U A (73) НОСАНОВ МИКОЛА ІЛЛІЧ, U A (57) Швидкодіючий вимикач, що містить наступні блоки: силових контактів, датчика струму, елект 3 35468 4 ШВЕМРДСВМР складається з наступних блоПотік Ф в зазорі магнітопроводу перетинає кільце ків (Фіг.1): 1 - силових контактів вимикача; 2 високочутливого магніторезистора (BMP) 4 [5] та ДСВМР, що у свою чергу складається з кільця із намагнічує його. Це призводе до зменшення магнізазором 3 (магнітопроводу) (гальванічна розв'язка торезистивного ефекту (МРЕ) кільцевого BMP, із силовим ланцюгом), виконаного з пермалою [4], індукованого змінним полем обмотки збуджування діаметр кільця залежить від розміру силових «+» і (ОЗ) 4', що підключається до джерела змінного «-» шин і величини навантаження, BMP 4 [5] і обструму частотою до декількох кілогерців. Імпульс мотки збудження 4' BMP; 5 - електронного підсинапруги надходить до електронного підсилювача лювача; 6 - задатчика струму уставок (Іу) (дуже 5, потім до блоку 6, вибору струмів уставки, у блочутливе точне настроювання ШВ); 7 - оптопари ці 7 сигнал надходить на фотодіод, останній від(ОПТ) (гальванічної розв'язки); 8 - поста відклюкривається й дає можливість включити котушку чення «off»; 9 - поста включення «ON»; 10 - блоку «off» блоку 10 (Фіг.3). По котушці протікає струм, і ЕМР; 11 - механізму включення і відключення навколо неї створюється магнітне поле Фвідкл., що (розчеплювача). замикається по стержнях магнітопроводу й спряБлок 10 складається з: 12 - пружини; 13 - помовано назустріч магнітному потоку Ф=. Тоді реворотного якорю; 14 - магнітопроводу з постійним зультуючий магнітний потік буде дорівнювати магнітом (NS); 15 - гвинта для регулювання поФрез.=Ф=-Фвідкл., Fрез.=F=-Fвідкл.. стійного магнітного потоку Ф= (магнітне настроюЯкщо Fрез.≤Fпруж., то якір 13 повернеться на девання); 16 - котушки включення «ON»; 17 - котушки який кут за годинниковою стрілкою й буде діяти на відключення «off»; 18 - гвинта для грубого регулюмеханізм відключення 11, останній - на розмиканвання струму уставки І у. ня силових контактів 1. Захист спрацював, ушкоПрацює ШВЕМРДСВМР таким чином (Фіг.1, 2, джена ділянка відключилася за час 25-40 мс. Ви3, 4). микання можна робити вручну, від телеавтоматики Нормальний режим роботи. Постачання сисабо дистанційно. теми керування здійснюється напругою 110В поШвидкодіючий захист обмежує струм короткостійного струму від незалежного джерела (наприго замикання до І'К.З. мах. (Фіг.4), і час його спраклад, акумуляторної батареї). При цьому буде цьовування буде t=ty+t1+t 2, t y - час досягнення виключений вплив роботи силового ланцюга на струму уставки Іу, t1 - власний час відключення ланцюг керування. Включення здійснюється натисвимикача (3,5-4,5 мс, при початковій крутості канням кнопки «ON» 9 (Фіг.1, блок 10). По котушці 0,6·106 а/с), t2 - час гасіння дуги від початку розхо«ON» 16 буде протікати постійний струм, і навколо дження силових контактів до затухання дуги (20-35 неї утвориться магнітний потік Фвкл., що замикаєтьмс); 11 - струм, при якому вимикач вимикається; ся по осердям ЕМР і збігається за напрямом з маІ'К.З.=f(t) - залежність від часу стр умів короткого гнітним потоком Ф= постійного магніту NS, і утвозамикання, обмежена вимикачем; ІК.З.=f(t) - залежрює результуючий магнітний потік Фрез.: ність від часу струмів короткого замикання без Фрез=Ф=+Фвкл. обмежень вимикачем; ІК.З.∞ - стале значення струМагнітні потоки Ф пропорційні своїм відповідму короткого замикання; t3 - час досягнення струним силам F. Фрез.≡Fрез., Ф=≡F=, Фвкл.≡Fвкл., F пруж. мом короткого замикання ІК.З.∞ свого сталого знапотенційна сила стислої пружині. Тоді чення без обмеження, t3>>t. Повний час Fрез.=F=+F вкл.. При включенні ШВ повинно бути відключення ШВ становить t=25-40 мс. Fрез.≥Fпруж. тоді якір 13 притягнеться до середнього При застосуванні датчика струму із BMP заосердя магнітопроводу, тобто повернеться на пехист буде більш чутли вим і надійним у порівнянні з вний кут проти годинникової стрілки та буде діяти прототипом. По-перше, ДСВМР має гальванічну на механізм включення 11, останній діє на замирозв'язку із силовою схемою, що підвищує його кання силових контактів 1, ШВ увімкнувся. надійність і електробезпечність. По-друге, висока Кнопка «ON» відпускається, тоді Фвкл=0, чутливість ДСВМР дозволяє, особливо на початку Фрез. Ф=, магнітного потоку Ф= та сили F= буде до= перехідних процесів наростання струму короткого статньо, щоб утримувати якір 13 у притягнутому замикання, подавати випереджальний сигнал на положенні до середнього осердя магніту 14. Цим відключення. За допомогою блоку 6 можна встасамим економиться електроенергія, тому що коновлювати будь-які струми уставки (можна здійстушка «ON» 16 у робочому стані пристрою буде нювати точну настройку ШВ) з випередженням на постійно відключена. Напруга подається на 2 і відключення 2-3 мс. Це дасть можливість обмежиФіг.2. По провідниках «+» і «-» протікають номінати струм короткого замикання й полегшити режим льні струми від навантаження R і L. Схема буде роботи силових контактів і гасіння дуги. Застосуперебувати в робочому нормальному режимі. вання ДСВМР підвищує чутли вість і експлуатаційВключення також можна робити від телеавтоматину надійність ШВ. ки або дистанційно (Фіг.1, блок 9). ШВЕМРДСВМР економний у своїй роботі, при Аварійний режим роботи. Наприклад, відбуловідсутності котушки утримання економія електричся коротке замикання між провідниками «+» і «-» ної енергії по Україні може скласти приблизно 120 перед навантаженням R і L (Фіг.2). Струм короткомлн. кВт·год. у рік. Він надійний і компактний, гаго замикання ІК.З. пройде по провіднику «+» блоку 2 барити його зменшилися на 20 % у порівнянні із [4]. Навколо провідника «+» утвориться постійне прототипом. магнітне поле ФК.З, напруженістю НК.З., що перетиДжерела інформації, прийняті до уваги при нає кільцевий магнітопровід 3, у якому виникає експертизі: магнітний потік Ф з індукцією В =μ·НК.З., де μ - маг1. «Справочник по эксплуатации тяговых понітна проникливість матеріалу магнітопроводу 3. дстанций и постов секционирования». Давыдова 5 35468 6 И.К., Попов Б.И., Эрли х В.М.. М.: Изд-во «Транс4. Шемяков О.А., Пащенко В.П., Носанов M.I. порт», 1974. - 416 с.: ил. та ін. Датчик постійного струму на основі високочу2. К.Г. Марквардт «Энергоснабжение электритливого магніторезистора. Патент України № ческих железных дорог». М.: Изд-во «Транспорт», 68534 UA. Бюл. № 8, 2004. 1965. - 464 с.: ил. 5. Пащенко В.П., Носанов M.I., Шемяков О.А. 3. Звездин М.ІТ. Электроснабжение электрита ін. Високочутливий магніторезистор. Патент фицированных железных дорог. М.: Транспорт, України № 45153 UA. Бюл. № 9, 2005. 1979. - 184 с.: ил., табл. Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601