mm 33/66 (13) B1 PL B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) O P IS P A T E N T O W Y (19)P L (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7: mm 33/66 Wyłącznik prądu stałego Uprawniony z patentu: Politechnika Łódzka, Łódź, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 07/98 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/01 Twórcy wynalazku: Marek Bartosik, Łódź, PL Janusz Borsiak, Łódź, PL Ryszard Lasota, Łódź, PL Bogumił Nowak, Łódź, PL Stanisław Radwański, Warszawa, PL Jerzy Urban, Warszawa, PL Franciszek Wójcik, Łódź, PL Ludwik Zieliński, Łódź, PL (74) Pełnomocnik: Bałczewski Zbigniew W., Politechnika Łódzka PL B1 (57) 1. Wyłącznik prądu stałego, znam ienny tym, że jest wyposażony w dwie komory próżniowe, główną (1) i pomocniczą (2), których styki ruchome są złączone mechanicznie z dyskiem (27) wspólnego dla obydwu komór napędu indukcyjno - dynamicznego (19) o stabilizowanej charakterystyce prędkości ruchu, a nadto do głównej komory próżniowej (1) jest szeregowo dołączony załącznik (6) którym jest zestyk z odrębnym napędem, a także dwa ładowane z sieci zasilającej kondensatory (15, 16), będące źródłami energii wytwarzającej przeciwprąd oraz energii zasilającej napęd, z których każdy jest połączony za pośrednictwem opornika (14, 21) z ujemnym biegunem sieci zasilającej. Fig 1

2 Wyłącznik prądu stałego Zastrzeżenia patentowe 1. Wyłącznik prądu stałego, znam ienny tym, że jest wyposażony w dwie komory próżniowe, główną (1) i pomocniczą (2), których styki ruchome są złączone mechanicznie z dyskiem (27) wspólnego dla obydwu komór napędu indukcyjno - dynamicznego (19) o stabilizowanej charakterystyce prędkości ruchu, a nadto do głównej komory próżniowej (1) jest szeregowo dołączony załącznik (6) którym jest zestyk z odrębnym napędem, a także dwa ładowane z sieci zasilającej kondensatory (1 5,1 6), będące źródłami energii wytwarzającej przeciwprąd oraz energii zasilającej napęd, z których każdy jest połączony za pośrednictwem opornika (14, 21) z ujemnym biegunem sieci zasilającej. 2. Wyłącznik według zastrz. 1, znam ienny tym, że dysk (27) napędu indukcyjno - dynamicznego (19) jest połączony za pośrednictwem przegubu kulistego (36) z układem cięgien o regulowanej długości, łączących mechanicznie styki ruchome komór próżniowych (1, 2) zawieszonych na przegubach kulistych (31,33). 3. Wyłącznik według zastrz. 1, znam ienny tym, że zestyk jego załącznika (6) posiada uziem ioną m etalową osłonę (22). * * * Przedmiotem wynalazku jest wyłącznik prądu stałego przeznaczony szczególnie do pracy w obwodach głównych trakcji elektrycznej zasilanej napięciem stałym. Dotychczas stosowano w obwodach trakcji elektrycznej wyłączniki magnetowydmuchowe. Wyłączniki te posiadają zbyt duże czasy działania, co powoduje zbyt małe ograniczenie prądów zwarciowych i występowanie podczas zwarć zbyt dużych wartości param etru I2t. Wyłącznik według wynalazku jest wyposażony w dwie komory próżniowe, główną i pomocniczą, których styki ruchome są złączone mechanicznie z dyskiem napędu indukcyjno - dynamicznego o stabilizowanej charakterystyce prędkości ruchu, nadto do głównej komory próżniowej jest szeregowo dołączony załącznik, którym jest zestyk z uziemioną metalową osłoną i odrębnym napędem, a także dwa ładowane z sieci zasilającej kondensatory będące źródłami energii wytwarzającej przeciwprąd oraz energii zasilającej napęd. Dysk napędu indukcyjno - dynamicznego jest połączony z ruchomymi stykami komór próżniowych za pomocą cięgien regulacyjnych i przegubów zapewniających samoustawność napędu w stanach dynamicznych i eliminację momentów obrotowych oraz bocznych naprężeń podczas działania napędu. Nadto wyłącznik jest wyposażony w autonomicznie działający ogranicznik przepięć. Wyłączenie prądu stałego wyłącznikiem według wynalazku jest dokonywane przeciwprądem, to znaczy, iż występuje wymuszone sprowadzenie do zera prądu stałego przez impuls prądu o kierunku przeciwnym wytworzony przez dodatkowe źródło. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, na których fig. 1 przedstawia schemat elektryczny wyłącznika, zaś fig. 2 - schemat kinematyczny członu zestykowego wyłącznika. W wyłączniku wg wynalazku komory próżniowe główna 1 i pomocnicza 2 mają styki ruchome połączone ze sobą mechanicznie oraz elektrycznie i dołączone do zacisku przyłączowego 3, do którego jest doprowadzany dodatni biegun sieci zasilającej. Do zacisku przyłączowego 3 jest również dołączony jeden zacisk ogranicznika przepięć 4, którego drugi zacisk jest dołączony do uziemionego zacisku przyłączowego 5, połączonego zarazem z ujemnym biegunem sieci zasilającej. Styk nieruchomy komory 1 jest dołączony do zacisku załącznika 6, do którego jest również dołączona katoda diody rewersyjnej 7, której anoda

3 jest dołączona do zacisku opornika 8. Drugi zacisk załącznika 6 jest dołączony do zacisku przyłączowego 9, do którego jest również dołączona katoda diody rewersyjnej 10. N a przewodzie łączącym styk nieruchomy komory 1 z zaciskiem załącznika 6 są zamocowane przekaźniki nadmiarowo - prądowe główny 11 i pomocniczy 12, elektrycznie odizolowane od tego przewodu ale sprzężone z nim magnetycznie i reagujące na wartość prądu płynącego w przewodzie. Styk nieruchomy komory 2 dołączony jest do zacisku dławika komutacyjnego 13, którego drugi zacisk jest dołączony do połączonych ze sobą zacisków opornika 14 i kondensatora komutacyjnego 15. Drugi zacisk kondensatora 15 je st połączony z zaciskami: kondensatora napędu 16, stabilizatora napięcia napędu 17 i cewki 18 napędu indukcyjno - dynamicznego 19 oraz dołączony do przewodu łączącego styk nieruchomy komory 1 z zaciskiem załącznika 6. Drugi zacisk cewki 18 jest dołączony do anody tyrystora napędu 20, którego katoda jest dołączona do połączonych ze sobą drugich zacisków kondensatora 16 i stabilizatora 17 oraz zacisku opornika 21. Pozostałe zaciski oporników 8, 14 i 21 oraz anoda diody 10, a także osłona 22 załącznika 6 są dołączone do zacisku przyłączowego 5. Odbiornik 23 jest dołączany do zacisków przyłączowych 5 i 9. W łaściwą pracę wyłącznika zapewnia system sterowania i blokad 24, połączony torami sterującymi z wyzwalaczami nadmiarowo - prądowymi 11 i 12, bram ką tyrystora 20, napędem zamka członu zestykowego 25 oraz napędem 26 załącznika 6, a także z wybranymi punktami układu w których monitorowane są charakterystyczne wartości prądów, napięć lub ciśnienia powietrza. Do systemu 24 jest doprowadzone stałe napięcie pomocnicze oraz podawane są zewnętrzne sygnały zdalnego sterowania: wyłączający i załączający. Komory próżniowe główna 1 i pomocnicza 2 posiadają wspólny napęd indukcyjno - dynamiczny złożony z impulsowej cewki 18, dysku 27 pracującego jako zwój zwarty oraz amortyzatora 28. Główna komora próżniowa 1 jest zawieszona na bazowej płycie konstrukcyjnej 29 za zacisk przyłączowy styku nieruchomego na cięgnie 30 o regulowanej długości, zakończonym kulistym przegubem 31 zapewniającym swobodne ustawianie się osi symetrii komory w kierunku siły parcia atmosferycznego działającej na styk ruchomy. Pozwala to na eliminację sił poprzecznych w komorze. Pomocnicza komora próżniowa 2 jest zawieszona na bazowej płycie konstrukcyjnej 32 za zacisk przyłączowy styku nieruchomego na cięgnie 33 o regulowanej długości z am ortyzującą sprężyną pomocniczą 34, rów nież w sposób zapewniający swobodne ustawianie się osi symetrii komory. Styk ruchomy komory głównej 1 jest sztywno połączony z głównym cięgnem napędowym 35, na którym osadzony jest za pomocą przegubu kulistego 36 dysk napędowy 27 współpracujący z cewką napędową 18 sztywno zam ocowaną na bazowej płycie konstrukcyjnej 37 i z am ortyzatorem 28 zamocowanym na bazowej płycie konstrukcyjnej 32. Takie zawieszenie dysku 27 umożliwia samoustawność napędu w stanach dynamicznych, zapewniającą symetryzację rozkładu sił napędowych na powierzchni dysku i występowanie praktycznie tylko składowej osiowej siły napędowej. Na cięgnie 35 jest osadzona sprężyna główna 38 z regulatorem jej ugięcia 39 umożliwiającym regulację docisku zestykowego komory 1. Przegub kulisty 36 jest sztywno połączony z cięgnem regulacyjnym 40. Drugi koniec cięgna 40 jest połączony za pomocą przegubu płaskiego 41 z końcem dźwigni dwuramiennej 42, której drugi koniec za pomocą przegubu płaskiego 44 jest połączony z cięgnem napędowym 45. Drugi koniec cięgna 45 jest sztywno połączony z zaciskiem przyłączowym styku ruchomego komory pomocniczej 2. Dźwignia dwuramienna może obracać się w określonym zakresie wokół osi przegubu płaskiego 46 sztywno zamocowanego na bazowej płycie konstrukcyjnej 43. W szystkie cztery bazowe płyty konstrukcyjne 29, 32, 37, 43 są wzajemnie równoległe i są sztywno zamocowane do wspólnej obudowy 47 w ściśle określonych odległościach. Takie rozwiązanie umożliwia precyzyjną regulację położenia styków nieruchomych komór próżniowych 1 i 2 względem wspólnej bazy konstrukcyjnej, niezbędną dla uzyskania żądanej niejednoczesności zmian stanów styczności obydwu komór próżniowych podczas wyłączania prądu. Niejednoczesność ta może być również regulowana poprzez zmianę stabilizowanej wartości napięcia, do którego jest ładowany kondensator napędu 16, gdyż od tego zależy początkowe przyspieszenie i przebieg prędkości organu ruchomego wyłącznika, a także poprzez zmianę przekładni dźwigni dwuramiennej 42. N a bazowej płycie konstrukcyjnej 43 zamocowany

4 jest prócz tego zamek członu zestykowego 25 z odrębnym napędem. Zaciski przyłączowe styków nieruchomych komór próżniowych 1 i 2 są dołączone odpowiednio do zacisków przyłączowych członu zestykowego 48 oraz 50 za pom ocą połączeń giętkich 51 i 53. Zaciski przyłączowe styków ruchomych komór próżniowych 1 i 2 są dołączone do zacisku przyłączowego członu zestykowego 49 odpowiednio za pom ocą połączeń giętkich 52 i 54. W stanie początkowym załącznik 6 oraz komora 2 są otwarte, a komora 1 zamknięta. Po pojawieniu się na zacisku przyłączowym 3 napięcia sieci +E kondensator 15 ładuje się do tego napięcia, a kondensator 16 do napięcia roboczego o wartości stabilizowanej przez stabilizator napięcia napędu 17. Osiągnięcie w ym aganych wartości przez te napięcia, a także przez napięcie pomocnicze Up oraz ciśnienie sprężonego powietrza p, oznacza gotowość wyłącznika do pracy. Pracą wyłącznika steruje system sterowania i blokad 24, który po osiągnięciu przez wyłącznik stanu gotowości do pracy, bezpośrednio po podaniu sygnału załączającego I uruchamia napęd 26 (np. pneumatyczny lub elektromagnesowy) zam ykający załącznik 6, który załącza obwód główny. W przypadku całkowitego lub częściowego zwarcia odbiornika 23, dołączanego do zacisków przyłączowych 5 i 9, prąd zwarciowy i płynący od zacisku przyłączowego 3 do zacisku przyłączowego 9 przez gałąź złożoną z komory głównej 1 i załącznika 6 powoduje zadziałanie głównego przekaźnika nadmiarowo-prądowego 11, wskutek czego system 24 załącza tyrystor napędu 20 i uruchamia napęd indukcyjno - dynamiczny 19 otwierający komorę 1 oraz zamykający z zadanym opóźnieniem komorę 2 załączającą przeciwprąd ipp, sprowadzający prąd i w komorze 1 do zera. Zamek członu zestykowego 25 (np. elektromagnesowy) blokuje komory w tym położeniu przez zadany czas, a prąd zwarciowy płynący od zacisku 3 do 9 zostaje przejęty przez gałąź złożoną z komory 2, dławika komutacyjnego 13, kondensatora 15 oraz załącznika 6, po czym dąży ze znaczną stromością do zera. Po przejęciu całego prądu zwarciowego przez tę gałąź na przeładowującym się kondensatorze 15 występuje przepięcie łączeniowe o w artości zależnej od wielu parametrów obwodu. Po osiągnięciu przez to przepięcie dostatecznie dużej wartości, cały prąd płynący od zacisku 3 do 9 zostaje przejęty przez ogranicznik 4 i płynie od zacisku 3 do zacisku przyłączowego 5, co powoduje rozładowanie w tym ograniczniku części energii magnetycznej obwodu zawartej w indukcyjnościach sieci zasilającej. Energia magnetyczna ewentualnie zawarta w odbiorniku 23 jest rozładowywana przez diodę rewersyjną 10. Następnie z zadanym opóźnieniem bezprądowo otwiera się załącznik 6, co jest możliwe wskutek zastosowania diody rewersyjnej 7 z opornikiem szeregowym 8 zamykającej obwód prądu przeładowywania się kondensatora 15, po czym otwiera się zamek członu zestykowego 25 powodując otwarcie komory 2, zamknięcie komory 1 oraz ponowne naładowanie kondensatorów 15 oraz 16. Jest to koniec cyklu pracy wyłącznika. W przypadku nie wyłączenia prądu w komorze 1 pomocniczy przekaźnik nadmiarowo - prądowy 12 za pośrednictwem systemu 24 powoduje szybkie otwarcie załącznika 6, w którym zapala się łuk elektryczny przerzucający się z zestyku do uziemionej osłony metalowej 22. Powstałe wówczas łukowe zwarcie doziemne wymusza zadziałanie wyłącznika podstacyjnego, a w konsekwencji ograniczone zostają skutki zwarcia w pojeździe trakcyjnym. Otwarcie w y- łącznika w warunkach roboczych następuje po podaniu do systemu 24 sygnału w yłączającego O. Wyłączanie prądu przebiega wówczas analogicznie.

5 Fig. 2

6 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.