oferty - tts.infotransport.pl

oferty
30
Marek Bartosik, Ryszard Lasota, Franciszek Wójcik
Wy³¹cznik
hybrydowy
DCH 0,8/400
dla trakcji
miejskiej
Z£O
TY MED
AL NA BRUSSELS EUREK
A ’1998
Z£OTY
MEDAL
EUREKA
A SPECJALNA MINISTRA GOSPOD
ARKI
NAGRODA
GOSPODARKI
NAGROD
NAGROD
A SPECJALNA PZSWiR
NAGRODA
Ultraszybkie wy³¹czniki hybrydowe pr¹du sta³ego
typu DCH przeznaczone s¹ g³ównie do taboru trakcji miejskiej. Dzia³aj¹ one na zasadzie komutacji wymuszonej, przy wykorzystaniu wspó³pracy hybrydowego uk³adu zestykowo-pó³przewodnikowego w celu
ograniczenia lub ca³kowitej eliminacji ³uku ³¹czeniowego. Szczególnie przydatne s¹ do zabezpieczania
obwodów wymagaj¹cych bardzo ma³ych wartoœci
pr¹du ograniczonego oraz ca³ki Joule’a, w tym
zwlaszcza obwodów z pó³przewodnikowymi elementami mocy, stosowanych m.in. w napêdach u¿ytkowanych i projektowanych pojazdów trakcji miejskiej.
Opisano zasady budowy wy³¹czników, przebieg cyklu ³¹czeniowego, uzyskane parametry oraz wybrane wyniki badañ. Porównano wy³¹czanie pr¹dów
zwarciowych przez wy³¹cznik DCH i klasyczny wy³¹cznik magnetowydmuchowy, wykazuj¹c zdecydowan¹ przewagê techniczn¹ i eksploatacyjn¹ wy³¹czników DCH. Po wejœciu wy³¹czników DCH do
eksploatacji w taborze trakcji miejskiej przewidywane jest wszczêcie prac rozwojowych nad powiêkszeniem rodziny wy³¹czników DCH o wielkoœci przeznaczone na potrzeby podstacji trakcyjnych, a tak¿e
trakcji górniczej.
Ogólna charakterystyka wy³¹czników DCH
DCH 0,8/400 (800 V, 400 A) jest kolejnym ultraszybkim wy³¹cznikiem ograniczaj¹cym nowej generacji. Pierwszym
przedstawicielem tej generacji jest wy³¹cznik DCV dla trakcji kolejowej, przedstawiony we wczeœniejszych pracach
autorów [1÷4]. Wy³¹cznik DCH ró¿ni siê od niego przede
wszystkim odmienn¹ zasad¹ dzia³ania oraz wiêksz¹ szybkoœci¹ wy³¹czania pr¹du. Pod wzglêdem jakoœciowym interakcja wy³¹czników i obwodu jest w obu przypadkach podob-
na, wskutek czego wczeœniejsze metody i wyniki analizy zjawisk ³¹czeniowych [5÷9] s¹ w znacz¹cym stopniu przydatne tak¿e w przypadku wy³¹czników DCH i w niniejszej pracy zostaly pominiête. W wy³¹czniku DCH obwód zwarciowy
jest przerywany przez hybrydowy uk³ad pró¿niowo-tranzystorowy o takiej konstrukcji, która pozwala na po³¹czenie zalet
i eliminacjê wad ³¹czników zestykowych i ³¹czników pó³przewodnikowych, umo¿liwiaj¹c zarazem uzyskanie znakomitych
parametrów zwarciowych, nieosi¹galnych dla wy³¹czników
dotychczas stosowanych w trakcji miejskiej. Bardzo krótki
czas wy³¹czania zwaræ przez wy³¹cznik DCH tb ≤ 1 ms umo¿liwia uzyskanie pr¹du ograniczonego io ≤ 3,6 kA przy pr¹dzie zwarciowym spodziewanym Icn = 60 kA i sta³ej czasowej obwodu i = 20 ms, tj. uzyskanie wspó³czynnika
ograniczania pr¹du Co = io/Icn ≤ 0,06 oraz ca³ki Joule’a
I2t ≤ 104 A2s, a tak¿e trwa³oœci ³¹czeniowej przy zwarciach
zbli¿onej do trwa³oœci mechanicznej. Wy³¹cznik skutecznie
zabezpiecza elementy pó³przewodnikowe o pr¹dach znamionowych ci¹g³ych Iu ≥ 100 A, nie ma zakresu pr¹dów krytycznych, nie wymaga strefy ochronnej. Mo¿e byæ montowany na zewn¹trz pojazdu, jest bezobs³ugowy. Technicznie
i ekonomicznie jest konkurencyjny w stosunku do klasycznych wy³¹czników magnetowydmuchowych. Mo¿e byæ
produkowana tak¿e wersja wy³¹cznika o znamionowym napiêciu 250 V i pr¹dzie 250 A. Wy³¹czniki DCH s¹ spolaryzowane. Mog¹ byæ przystosowywane do pracy w sieci o dowolnej biegunowoœci, wed³ug wymagañ u¿ytkowników.
Zasada dzia³ania wy³¹cznika DCH
Zasadê dzia³ania wy³¹cznika DCH zilustrowano za pomoc¹
ogólnego schematu ideowo-blokowego pokazanego na rysunku 1. G³ówny uk³ad wy³¹czaj¹cy stanowi¹ dwie jednoczeœnie i mo¿liwie szybko otwierane komory pró¿niowe
wspó³pracuj¹ce z tranzystorem w uk³adzie hybrydowym szeregowo-równoleg³ym, w którym jedna z po³¹czonych szeregowo komór pró¿niowych (wy³¹czaj¹ca 1) jest zbocznikowana tranzystorem (IGBT 3) tworz¹cym uk³ad przejmowania
Rys. 1. Zasada dzia³ania wy³¹cznika DCH
1 - wy³¹czaj¹ca komora pró¿niowa, 2 - odcinaj¹ca komora
pró¿niowa, 3 - tranzystor IGBT, 4 - system sterowania i zabezpieczeñ, E - przy³¹cze sieci, T - przy³¹cze odbiorników,
i - pr¹d zwarciowy, O, I - zewnêtrzne sygna³y steruj¹ce –
wy³¹czaj¹cy i za³¹czaj¹cy
1-2 / 1999
31
i wy³¹czania pr¹du, a druga (odcinaj¹ca 2) umo¿liwia galwaniczne odciêcie odbiornika od Ÿród³a zasilania po wy³¹czeniu pr¹du. Dziêki temu uzyskano: w stanie zamkniêcia
wy³¹cznika wyeliminowanie du¿ego spadku napiêcia wystêpuj¹cego na elementach pó³przewodnikowych przy przep³ywie pr¹dów roboczych i przeci¹¿eniowych, w stanie otwarcia wy³¹cznika – galwaniczne odciêcie odbiorników od
zasilania, a prócz tego niezwykle skuteczne ograniczenie ³uku
wy³¹czeniowego w komorach pró¿niowych, umo¿liwiaj¹ce
uzyskanie bardzo du¿ej zwarciowej trwa³oœci ³¹czeniowej.
Zasady budowy wy³¹cznika DCH
Wy³¹cznik ma budowê modu³ow¹ i sk³ada siê z piêciu g³ównych zespo³ów powi¹zanych funkcjonalnie i po³¹czonych
elektrycznie, umieszczonych we wspólnej uszczelnionej obudowie z jednostronnie wyprowadzonymi przy³¹czami g³ównymi oraz wielowtykowym z³¹czem wi¹zki steruj¹cej. S¹ to:
zespó³ ³¹czeniowy, zespó³ tranzystora IGBT, zespó³ kondensatorów napêdu, zespó³ ograniczania przepiêæ, zespó³ sterowania i zabezpieczeñ. Takie rozwi¹zanie konstrukcyjne
wynika z przeznaczenia wy³¹cznika i u³atwia jego monta¿ pod
pok³adem lub na dachu pojazdu trakcyjnego.
Dla uzyskania ultraszybkiego dzia³ania wy³¹cznika wykorzystano w nim bezprzechy³owy organ ruchomy z impulsowym napêdem indukcyjno-dynamicznym wielkiej mocy oraz
bardzo szybki wyzwalacz zwarciowy sterowany bezpoœrednio polem magnetycznym wytwarzanym przez pr¹d obwodu g³ównego [16, 17]. Schemat kinematyczny zespo³u ³¹czeniowego przedstawiono na rysunku 2.
Bazê konstrukcyjn¹ zespo³u ³¹czeniowego stanowi¹ dwie
pionowe p³yty g³ówne PG po³¹czone poziomymi p³ytami
noœnymi PN i p³ytami os³onowymi PO. Komory pró¿niowe 1
i 2 s¹ zawieszone za pomoc¹ przegubów regulacyjnych PR
na górnej p³ycie PN. Styki ruchome komór pró¿niowych s¹
po³¹czone za pomoc¹ przegubów PS z organem ruchomym
napêdu, z³o¿onym z dwustronnie u³o¿yskowanego prêta napêdowego P, sztywno po³¹czonego z trawers¹ T i wspó³pracuj¹cego ze sprê¿yn¹ S oraz z wahliwie zawieszonego dysku 6b napêdu indukcyjno-dynamicznego 6. Cewka 6a
i amortyzator 6c tego napêdu s¹ zamocowane na odrêbnych
p³ytach PN. Prócz tego na prêcie osadzony jest zaczep zamka 15. Odpowiedni docisk zestykowy jest zapewniany przez
sprê¿ynê S, z uwzglêdnieniem parcia atmosferycznego. Brak
przechy³u pozwala na otwieranie siê styków komór pró¿niowych wraz z uruchomieniem napêdu.
W celu unikniêcia niebezpiecznych przepiêæ ³¹czeniowych wystêpuj¹cych przy ultraszybkim przerywaniu pr¹du,
zastosowano w wy³¹cznikach DCH system autonomicznych
œrodków ochrony przeciwprzepiêciowej o du¿ej energoch³onnoœci, umo¿liwiaj¹cy roz³adowanie energii magnetycznej zawartej zarówno w indukcyjnoœciach sieci, jak i odbiorników
pojazdowych, g³ównie silników. Najwiêksze napiêcie wy³adowcze tego systemu nie przekracza poziomu zadzia³ania
przeciwprzepiêciowej ochrony sieciowej.
Budowê wy³¹cznika DCH przedstawiono za pomoc¹
szczegó³owego schematu ideowo-blokowego pokazanego na
rysunku 3.
Rys. 2. Schemat kinematyczny zespo³u ³¹czeniowego wy³¹cznika DCH
PG - p³yty g³ówne, PN - p³yty noœne, PO - p³yty os³onowe,
PR - przeguby regulacyjne, PS - przeguby stykowe, P - prêt napêdowy, T - trawersa napêdowa, S - sprê¿yna, E - przy³¹cze sieci,
1 - wy³¹czaj¹ca komora pró¿niowa, 2 - odcinaj¹ca komora pró¿niowa, 6 - napêd indukcyjno-dynamiczny komór pró¿niowych:
6a - cewka, 6b - dysk, 6c - amortyzator, 9 - zacisk przy³¹czowy
sieciowy, 10 - zacisk przy³¹czowy odbiornikowy, 11 - zacisk pomocniczy pr¹dowy, 15 - zamek
Opis dzia³ania wy³¹cznika DCH
Jako stan pocz¹tkowy przyjêto stan otwarcia wy³¹cznika,
w którym komory 1 i 2 s¹ utrzymywane w stanie otwarcia
przez zamkniêty zamek 15. Po pojawieniu siê na zacisku 13
napiêcia pomocniczego +U przetwornica 17 ³aduje kondensator 16 do zadanego napiêcia roboczego o wartoœci stabilizowanej. Po osi¹gniêciu tej wartoœci wy³¹cznik jest gotów
do pracy. Bezpoœrednio po podaniu sygna³u za³¹czaj¹cego I
g³ówny uk³ad steruj¹cy 5 uruchamia napêd zamka 15 powoduj¹cy jego otwarcie, zamkniêcie siê komór pró¿niowych
1 i 2 oraz za³¹czenie obwodu g³ównego. W przypadku ca³kowitego lub czêœciowego zwarcia odbiornika 19, do³¹czanego do zacisków 10 i 12, pr¹d zwarciowy i p³yn¹cy od
zacisku przy³¹czowego 9 do zacisku przy³¹czowego 10 przez
g³ówny tor pr¹dowy powoduje zadzia³anie przekaŸnika nadpr¹dowego 8, wskutek czego uk³ad 5 za³¹cza tyrystor 18.
1-2 / 1999
32
impuls sygnalizuj¹cy stan awaryjny (np. gdy po zadzia³aniu
napêdu indukcyjno-dynamicznego zamek nie zatrzyma organu ruchomego w stanie otwarcia). Otwarcie wyl¹cznika
w warunkach roboczych nastêpuje po podaniu do uk³adu
sterowania 5 sygna³u wyl¹czaj¹cego O. Wy³¹czanie pr¹du
przebiega wówczas analogicznie. W przypadku odwrotnej
biegunowoœci sieci tranzystor 3 i dioda 7b wymagaj¹ odpowiedniego przel¹czenia.
Sekwencja sterowania przy wy³¹czaniu pr¹du
przez wy³¹cznik DCH
Taki sposób przerywania obwodu przez wy³¹cznik DCH odpowiada pracy uk³adu sterowania 5 wed³ug sekwencji A
opracowanej dla przypadku wy³¹czania pr¹du przy ograniczonej energii ³uku [14]. Jest ona nastêpuj¹ca:
Rys. 3. Schemat ideowo-blokowy wy³¹cznika DCH
1 - g³ówna komora pró¿niowa, 2 - pomocnicza komora pró¿niowa, 3 - tranzystor IGBT, 4 - uk³ad sterowania tranzystora
IGBT, 5 - uk³ad sterowania wy³¹cznika, 6 - napêd indukcyjno-dynamiczny komór pró¿niowych: 6a - cewka, 6b - dysk,
6c - amortyzator, 7 - ogranicznik przepiêæ: 7a - warystor tlenkowy g³ówny, 7b - dioda rewersyjna, 7c - uk³ad ochrony tranzystora, 8 - wyzwalacz nadpr¹dowy, 9 - zacisk przy³¹czowy
sieciowy, 10 - zacisk przy³¹czowy odbiornikowy, 11 - zacisk
pomocniczy pr¹dowy, 12 - zacisk uziomowy, 13 - zacisk pomocniczy napiêciowy, 14 - czujnik po³o¿enia organu ruchomego, 15 - zamek, 16 - kondensator napêdu, 17 - przetwornica, 18 - tyrystor napêdu, 19 - odbiornik, +E - napiêcie
sieci, +U - napiêcie pomocnicze, i - pr¹d zwarciowy, O - zewnêtrzny sygna³ steruj¹cy wy³¹czaj¹cy, I - zewnêtrzny sygna³
steruj¹cy za³¹czaj¹cy
Pr¹d roz³adowuj¹cego siê kondensatora 16 uruchamia napêd indukcyjno-dynamiczny 6, otwieraj¹cy równoczeœnie
komory pró¿niowe 1 i 2. Po œciœle okreœlonym czasie, niezbêdnym do osi¹gniêcia przez styk ruchomy komory pró¿niowej 1 wymaganej odleg³oœci styków determinuj¹cej wytrzyma³oœæ powrotn¹, nastêpuje wysterowanie przez uk³ad
5 pomocniczego uk³adu steruj¹cego 4, który impulsowo
za³¹cza tranzystor 3. Tranzystor ten przejmuje ca³y pr¹d
zwarciowy na krótki czas wystarczaj¹cy do zgaszenia luku
i wzrostu wytrzyma³oœci powrotnej w komorze pró¿niowej 1,
po czym jest wy³¹czany. Wskutek tego nastêpuje zgaszenie ³uku i wzrost wytrzyma³oœci powrotnej w komorze pró¿niowej 2, a wzrastaj¹ce przepiêcie ³¹czeniowe powoduje
przejêcie pr¹du g³ównego przez warystor 7a i roz³adowanie
w tym warystorze energii magnetycznej zawartej w indukcyjnoœciach sieci zasilaj¹cej. Energia magnetyczna ewentualnie zawarta w odbiorniku 19 jest roz³adowywana przez
diodê rewersyjn¹ 7b. Zamek 15 blokuje komory w stanie
otwarcia. Czujnik 14 kontroluje rzeczywiste po³o¿enie organu ruchomego wy³¹cznika i umo¿liwia ocenê prawid³owoœci tego po³o¿enia w poszczególnych stadiach pracy wy³¹cznika. W przypadku nieprawid³owoœci uk³ad sterowania 5
uniemo¿liwia powtórzenie b³êdnego przestawienia i wysy³a
O (lub 8 ST
ART) → T r1
START)
6 ST
ART → T r2 → 1 i
START
→ 3 ZA£ → T d2 → 4
7a,b,c ST
ART → Tr4 →
START
→ 5 ST
ART → 18 ZA£ →
START
TW → T d1 → 4 ST
ART
OTW
START
2 O
ST
OP → 3 WY£ → T r3 →
STOP
15 ZAM → KONIEC
gdzie:
O, 1÷8, 15, 18 – oznaczenia jak na rysunku 3,
Tr1÷4
– czasy reakcji,
Td1÷2
– czasy opóŸnienia
OTW
– otwarcie,
ZAM
– zamkniêcie,
ZA£
– za³¹czenie,
WY£
– wy³¹czenie.
Czasy reakcji Tr s¹ okreœlone i zale¿¹ od ró¿nych parametrów elektrycznych i mechanicznych. Czasy opóŸnienia Td
s¹ regulowane i maj¹ wartoœci zdeterminowane wymaganiami elektrycznymi i energetycznymi niezbêdnymi dla niezawodnego wy³¹czania, g³ównie wytrzyma³oœci¹ powrotn¹
komór pró¿niowych 1 i 2 oraz granicznymi wartoœciami przeci¹¿alnoœci i ca³ki Joule’a tranzystora IGBT. G³ówn¹ zalet¹
sekwencji A, decyduj¹c¹ o jej wykorzystaniu w wy³¹cznikach
DCH, jest minimalizacja czasu za³¹czenia elementu pó³przewodnikowego i mo¿liwoœæ wykorzystania jego przeci¹¿alnoœci impulsowej. Wad¹ tej sekwencji jest krótkotrwa³e wystêpowanie ³uku elektrycznego w komorach pró¿niowych 1
i 2 przez czas niezbêdny do uzyskania minimalnej przerwy
zestykowej umo¿liwiaj¹cej wy³¹czenie pr¹du. W analizowanym zakresie pr¹dów ograniczonych nie powoduje to jednak znacz¹cego obni¿ania wytrzyma³oœci powrotnej pró¿ni,
a bardzo ma³e wartoœci energii ³uku w praktyce nie ograniczaj¹ trwa³oœci ³¹czeniowej wy³¹cznika, nawet w warunkach
zwarciowych. Szczegó³owe przes³anki teoretyczne powy¿szych konstatacji s¹ przedstawione we wczeœniejszych pracach autorów [10÷15] i tutaj zosta³y pominiête.
Uk³ad sterowania i blokad wy³¹cznika DCH
Opisana sekwencja pracy wy³¹cznika jest realizowana przez
system sterowania, w którym wykorzystano technikê mikroprocesorow¹ i œwiat³owodow¹. Uk³ad steruj¹cy wy³¹cznika
DCH wyposa¿ony jest w szereg specjalnych blokad i uza1-2 / 1999
33
le¿nieñ. W sposób ci¹g³y monitorowane s¹ wartoœci napiêcia
sieci trakcyjnej, napiêcia na kondensatorze napêdu i napiêcia pomocniczego. Prócz tego monitorowane jest po³o¿enie
organu ruchomego wy³¹cznika. Przekroczenie granicznych
wartoœci któregokolwiek z tych prametrów powoduje samoczynne otwarcie siê uprzednio zamkniêtego wy³¹cznika lub
te¿ uniemo¿liwienie zamkniêcia wy³¹cznika otwartego.
W przypadku awaryjnego stanu pracy wy³¹cznika, polegaj¹cego na niewy³¹czeniu pr¹du, nastêpuje bezzw³oczne zamkniêcie wy³¹cznika wymuszaj¹ce zadzia³anie wy³¹cznika
podstacyjnego. Istniej¹ mo¿liwoœci wy³¹czania poszczególnych blokad do celów serwisowych lub na ¿yczenie u¿ytkownika. Schemat blokowy uk³adu sterowania i blokad pokazano na rysunku 4.
Rys. 4. Schemat blokowy uk³adu sterowania i blokad wy³¹cznika
DCH
O, I, O/I - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne zewnêtrznego sterowania wyl¹cznika, KZ - œwiat³owodowe sygna³y
informacyjne przywracania gotowoœci po wy³¹czeniu zwarcia, SPI - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne zadzia³ania
wyzwalacza nadpr¹dowego, SNZ - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne za³¹czania napêdu zamka 15, SCP - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne kontroli po³o¿enia organu
ruchomego, STN - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne
za³¹czania tyrystora 18 napêdu, STR - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne sterowania tranzystora 3, SU16 - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne kontroli napiêcia na kondensatorze napêdu 16, SE+ - œwiat³owodowe sygna³y
informacyjne kontroli napiêcia sieci trakcyjnej, SU+ - œwiat³owodowe sygna³y informacyjne kontroli napiêcia pomocniczego, RS232 - z³¹cze do komunikacji zewnêtrznej, SMP
- sterownik mikroprocesorowy, 4 - uk³ad sterowania tranzystora IGBT, 8 - wyzwalacz nadpr¹dowy, 14 - czujnik po³o¿enia organu ruchomego, 15 - zamek, 18 - tyrystor napêdu
Uklad sterowania i blokad dzia³a wed³ug sygna³ów wysy³anych przez centralny sterownik mikroprocesorowy SMP,
wyposa¿ony w standardowe elementy peryferyjne ze œwiat³owodow¹ separacj¹ obwodów sterowania zarówno dla
wysy³anych sygna³ów steruj¹cych, jak i sygna³ów sprzê¿enia zwrotnego informuj¹cych o stanie sterowanych elementów.
Podstawowym problemem w tego typu uk³adach jest
odpowiednie zabezpieczenie procesora przed wp³ywem ze-
wnêtrznych pól elektromagnetycznych. Dlatego, niezale¿nie
od pe³nego ekranowania elektrycznego i magnetycznego, do
uk³adu sterownika do³¹czone jest tylko napiêcie zasilaj¹ce.
Jest ono dwukrotnie stabilizowane i wielostopniowo odfiltrowane. Wszystkie inne sygna³y s¹ przesy³ane œwiatlowodami.
Sterownik SMP obskuguje 12 sygna³ów œwietlnych, przy
czym piêæ z nich jest zwi¹zanych z podzespo³ami 4, 8, 14,
15 i 18 wy³¹cznika (rys. 3), cztery z zewnêtrznymi obwodami sterowania, a trzy z kontrol¹ napiêæ. Przy prawid³owych
sygna³ach SE+ oraz SU+ pojawienie siê sygna³u SU16 oznacza osi¹gniêcie stanu gotowoœci wy³¹cznika. W przypadku
pojawienia siê sygna³u za³¹czaj¹cego I jest wówczas mo¿liwe wys³anie sygna³u SNZ powoduj¹cego otwarcie zamka 15
i zamkniêcie wy³¹cznika. Otwarcie wy³¹cznika mo¿e nast¹piæ samoczynnie wskutek pojawienia siê sygna³u SPI spowodowanego zadzia³aniem wyzwalacza 8, lub te¿ wskutek
podania zewnêtrznego sygna³u wy³¹czaj¹cego O. W obydwóch przypadkach pojawia siê sygnal STN powoduj¹cy
zadzia³anie napêdu i otwarcie wy³¹cznika, po czym z zadanym opóŸnieniem pojawia siê sygna³ STR powoduj¹cy zadzia³anie tranzystora 3 i wy³¹czenie pr¹du. Operacje te s¹
mo¿liwe tylko przy jednoczesnym wystêpowaniu prawid³owych sygnalów kontroli napiêæ SU 16, SE+, SU+ oraz
sygna³u po³o¿enia organu ruchomego SCP. Stany otwarcia
i zamkniêcia wy³¹cznika oraz wyst¹pienie zwarcia s¹ sygnalizowane. Sygna³y te s¹ wysy³ane do pulpitu operatora
pojazdu poprzez z³¹cze RS232. Po wy³¹czeniu zwarcia w³¹cznik mo¿e byæ zablokowany i przywrócony do stanu gotowoœci przez obs³ugê (sygna³ KZ po usuniêciu zwarcia). Zamiast
odrêbnych sygna³ów steruj¹cych O, I mo¿e byæ u¿yty zespolony sygna³ O/I z informacj¹ 0–1 (0 – wy³¹czenie, 1 – za³¹czenie). Z³¹cze RS232 umo¿liwia równie¿ odbieranie przez
zewnêtrzny komputer zarchiwizowanych danych o pracy
wy³¹cznika.
Cykl ³¹czeniowy wy³¹cznika DCH
Przyk³adowy cykl ³¹czeniowy wy³¹cznika DCH w przypadku
zwarcia w obwodzie g³ównym pojazdu trakcyjnego podczas
jego pracy (tzw. zwarcia ze stanu obci¹¿enia) pokazano na
rysunku 5. W chwili to do wy³¹cznika znajduj¹cego siê w wy¿ej opisanym stanie pocz¹tkowym zostaje doprowadzone
napiêcie pomocnicze +U, wskutek czego napiêcie u16 na
kondensatorze napêdu osi¹ga w chwili t1 wartoœæ robocz¹
U6, co jest równoznaczne z osi¹gniêciem stanu gotowoœci
StG. Mo¿e on trwaæ dowolnie d³ugo. Po podaniu w chwili
tz sygna³u za³¹czaj¹cego I nastêpuje w chwili t3 otwarcie
zamka 15 powoduj¹ce zamkniêcie zestyków komór 1 i 2
w chwili t4 oraz za³¹czenie pr¹du roboczego i o wartoœci zale¿nej od pracy odbiorników pojazdu trakcyjnego. Stan za³¹czenia StZ mo¿e trwaæ dowolnie d³ugo. Je¿eli podczas
pracy tego obwodu wyst¹pi zwarcie (chwila t5), to pr¹d
zwarciowy i wzrasta. Po zadzia³aniu w chwili t7 przekaŸnika
nadpr¹dowego 8 nastêpuje w chwili t8 otwarcie zestyków
i zap³on ³uku w komorach pró¿niowych 1 i 2 (napiêcia u1
i u2). Chwila t7 jest chwil¹ bazow¹ dla czasów reakcji Tr2 i Tr4
oraz czasu opóŸnienia Td1, niezbêdnego do uzyskania wyma1-2 / 1999
34
ganej odleg³oœci styków w komorach pró¿niowych. Za³¹czenie tranzystora 3 w chwili t10 powoduje pierwsz¹ komutacjê pr¹du miêdzy komor¹ 1 a tranzystorem 3 (pr¹dy i1 oraz
i3), przejêcie pr¹du zwarciowego przez tranzystor i zgasze-
nie ³uku w komorze 1 w chwili t11. Wy³¹czenie tranzystora
z opóŸnieniem Td2 w chwili t12 powoduje drug¹ komutacjê
pr¹du miêdzy tranzystorem 3 a warystorem 7a (pr¹dy i3 oraz
i7a), przejêcie pr¹du zwarciowego przez warystor 7a, ogra-
Rys. 5. Stylizowane przebiegi pr¹dów i napiêæ oraz zmian po³o¿enia wybranych elementów wy³¹cznika DCH podczas cyklu ³¹czeniowego w przypadku
zwarcia w obwodzie g³ównym pojazdu trakcyjnego podczas jego pracy
1 - g³ówna komora pró¿niowa, 2 - pomocnicza komora pró¿niowa, 3 - tranzystor IGBT, 4 - uk³ad sterowania tranzystora IGBT, 5 - uk³ad sterowania wy³¹cznika, 6 - napêd indukcyjno-dynamiczny komór pró¿niowych: 6a - cewka, 6b - dysk, 6c - amortyzator, 7 - ogranicznik przepiêæ:
7a - warystor tlenkowy g³ówny, 7b - dioda rewersyjna, 7c - uk³ad ochrony tranzystora, 8 - wyzwalacz nadpr¹dowy, 9 - zacisk przy³¹czowy sieciowy, 10 - zacisk przy³¹czowy odbiornikowy, 11 - zacisk pomocniczy pr¹dowy, 12 - zacisk uziomowy, 13 - zacisk pomocniczy napiêciowy,
14 - czujnik po³o¿enia organu ruchomego, 15 - zamek, 16 - kondensator napêdu, 17 - przetwornica, 18 - tyrystor napêdu; sk³adowe cyklu ³¹czeniowego C£: CZA£ - cykl za³¹czeniowy, PP - praca przepustowa, CWY£ - cykl wy³¹czeniowy. Stany wy³¹cznika: StG - gotowoœci, StZ - za³¹czenia,
StW - wy³¹czenia. Chwile: t o = t17 - rozpoczêcia ³adowania kondensatora 16 przez przetwornicê 17, t1 - uzyskania stanu gotowoœci StG,
t2 - wyst¹pienia sterowniczego impulsu za³¹czaj¹cego I powoduj¹cego otwieranie zamka 15, t3 - otwarcia zamka 15, t4 - za³¹czenia obwodu g³ównego
wskutek zamkniêcia siê komór pró¿niowych 1 i 2, t5 - wyst¹pienia zwarcia, t6 - osi¹gniêcia przez pr¹d g³ówny wartoœci nastawionego pr¹du zadzia³ania iw przekaŸnika nadpr¹dowego 8, t7 - wyst¹pienia impulsu sterowniczego powoduj¹cego za³¹czenie tyrystora 18 i zadzia³anie napêdu indukcyjno-dynamicznego 6, t8 - otwarcia zestyków komór pró¿niowych 1 i 2 oraz zap³onu ³uku, t 9 - osi¹gniêcia przez styki komór pró¿niowych
wymaganej odleg³oœci, t10 - za³¹czenia tranzystora 3, t11 - przejêcia pr¹du przez tranzystor i zgaszenia ³uku w komorze pró¿niowej 1, t12 - wy³¹czenia tranzystora 3, t13 - przejêcia ca³ego pr¹du przez warystor 7a i zgaszenia ³uku w komorze 2, t14 - dojœcia pr¹du do zera, t15 - samoczynnego
uruchomienia zamka 15, t16 - zablokowania w stanie otwarcia komór pró¿niowych 1 i 2 przez zamek 15; X - umowne po³o¿enia elementów (lub
sygna³y): I - po³o¿enia zamkniêcia (za³¹czenia), 0 - po³o¿enia otwarcia (wy³¹czenia); t - czas, k - mno¿nik skali czasu; E - napiêcie sieci trakcyjnej;
u - napiêcia: u 7a - napiêcie na ograniczniku przepiêæ 7a, u 16 - napiêcie na kondensatorze 16, U6 - stabilizowane napiêcie napêdu; u9÷10 - napiêcie
miêdzy zaciskami 9 i 10 wy³¹cznika, u1 - napiêcie ³uku w komorze 1, u2 - napiêcie ³uku w komorze 2, u3 - napiêcie przewodzenia tranzystora 3;
i - pr¹dy: i - pr¹d g³ówny (zwarciowy), iw - pr¹d zadzia³ania wyzwalacza nadpr¹dowego 8, io - pr¹d ograniczony, i1 - pr¹d w komorze 1, i2 - pr¹d
w komorze 2, i 3 - pr¹d w tranzystorze 3, i7a - pr¹d wy³adowczy ogranicznika przepiêæ; g³ówne czasy charakterystyczne wy³¹cznika: t0÷1 - przygotowawczy, t2÷4 - za³¹czania, t3÷4 - w³asny cz³onu zestykowego przy zamykaniu, t6÷8 - w³asny wy³¹cznika przy otwieraniu, t7÷8 - w³asny cz³onu
zestykowego przy otwieraniu, t 7÷10 - opóŸnienia za³¹czenia tranzystora 3 (Td1 w sekwencji A); t10÷12 - opóŸnienia wy³¹czenia tranzystora 3
(Td2 w sekwencji A), Tr1÷4 - czasy reakcji w sekwencji A; tm–n - sposób okreœlania czasów charakterystycznych, gdzie m, n - dowolne chwile j.w.
1-2 / 1999
35
niczenie przepiêcia ³¹czeniowego i zgaszenie ³uku w komorze 2 w chwili t13. Wytracanie energii magnetycznej obwodu w warystorze powoduje dojœcie pr¹du i do zera w chwili
t14. Nastêpnie w chwili t16 zamek 15 blokuje komory 1 i 2
w po³o¿eniu otwarcia, co oznacza przejœcie wy³¹cznika do
stanu wy³¹czenia StW, po czym wy³¹cznik samoistnie osi¹ga stan gotowoœci. Cykl ³¹czeniowy przebiega podobnie przy
ka¿dym wy³¹czeniu pr¹du obwodu.
Wymagania stawiane wy³¹cznikom DCH
i ich parametry znamionowe
Warunki robocze i zwarciowe wystêpuj¹ce we wszelkiego
rodzaju systemach elektrycznej trakcji miejskiej i górniczej
(z wy³¹czeniem metra ze wzglêdu na szczególne warunki
zasilania) oraz wymagania norm [18] przyjêto za podstawê
do okreœlenia granicznych wartoœci g³ównych parametrów
wy³¹czników. Wartoœci te s¹ nastêpuj¹ce: napiêcia izolacji
i ³¹czeniowe Ue ≤ Ui ≤ 800 V, pr¹dy ci¹g³e Iu ≤ 400 A, pr¹dy
wy³¹czalne Icn ≤ 60 kA przy sta³ej czasowej τ = 20 ms,
ca³ka Joule’a I 2 t ≤ 10 4 A 2s, przepiêcia ³¹czeniowe
Umax ≤ 4 kV, energochlonnoœæ ogranicznika przepiêæ E7a ≤ 15 kJ.
Parametry te, zw³aszcza zwarciowe, determinuj¹ graniczne
warunki pracy wszystkich zespo³ów wy³¹cznika, w tym jego
parametry kinetyczne. Bardziej szczegó³owe uzasadnienie
wartoœci tych parametrów podano w pracach [13÷15].
Dla spe³nienia powy¿szych wymagañ wy³¹cznik DCH
scharakteryzowano szczegó³owym zestawem parametrów
znamionowych o wartoœciach podanych w tablicy 1.
Wiêkszoœæ z podanych parametrów znamionowych jest
zweryfikowana eksperymentalnie na podstawie badañ laboratoryjnych prototypów wy³¹czników DCH. Spoœród podanych parametrów nie maj¹ takiego potwierdzenia jedynie
trwa³oœci oraz warunki œrodowiskowe. Badania ich nie wchodz¹ w zakres badañ prototypów i zostan¹ przeprowadzone
w ramach badañ pe³nych (typu) na wy³¹cznikach z serii informacyjnej, stosownie do wymagañ norm [18] i WTO.
Spoœród przeprowadzonych badañ prototypów najbardziej interesuj¹ce s¹ wyniki badañ ³¹czeniowych. Ze wzglêdu na ograniczone rozmiary niniejszej publikacji opisano
w niej jedynie wybrane wyniki badañ wy³¹czników DCH,
ilustruj¹ce ich mo¿liwoœci zwarciowe.
Wyniki badañ zwarciowych wy³¹cznika DCH
W zwarciowni trakcyjnej Instytutu Aparatów Elektrycznych
Politechniki £ódzkiej przeprowadzono wieloparametryczne badania ³¹czenia pr¹dów roboczych i zwarciowych w warunkach uk³adowych odwzorowuj¹cych warunki rzeczywiste.
Stwierdzono poprawn¹ pracê wy³¹cznika w ca³ym zakresie
wy³¹czanych pr¹dów w granicach mo¿liwoœci zwarciowni.
Dla uzyskania wymaganej wartoœci pocz¹tkowej stromoœci
wzrostu pr¹du zwarciowego ograniczono odpowiednio do ok.
10 ms sta³¹ czasow¹ obwodu, uzyskuj¹c zastêpcze warunki, zapewniaj¹ce pocz¹tkow¹ stromoœæ wzrostu pr¹du zwarciowego si ≥ 3 A/µs, co odpowiada pr¹dowi spodziewanemu 60 kA przy sta³ej czasowej 20 ms. Takie warunki
probiercze s¹ odpowiednikiem znamionowej wartoœci granicznej zdolnoœci wy³¹czalnej zwarciowej, za³o¿onej dla wy-
Tablica 1
Parametry znamionowe rodziny wy³¹czników DCH
Napiêcie znamionowe izolacji Ui
[Vss]
800
Napiêcie znamionowe ³¹czeniowe Ue
[Vss]
250, 800
Napiêcie znamionowe pomocnicze U
[Vss]
24, 40
[A]
250, 400
Pr¹d znamionowy wy³¹czalny Icn przy sta³ej czasowej τ = 20 ms [kA]
60
Pr¹d znamionowy ci¹g³y Iu
Najwiêksza stromoœæ pr¹du zwarciowego si = di/dt
Pr¹d ograniczony io przy si = 3 A/µs
[A/µs]
3
[kA]
≤3,6
Wspó³czynnik ograniczenia pr¹du C o = io /Icn przy τ = 20 ms
Ca³ka Joule’a I2t
≤0,06
≤104
[A2s]
Przepiêcia ³¹czeniowe U7a (dla Ue j.w.)
Trwa³oœæ ³¹czeniowa ne**
[kV]
≤2,5
[³¹czeñ]
≥1000
[cykli]
≥20 000
Czas w³asny otwierania ** to (t6÷8)*
[ms]
≤0,2
Czas wy³¹czania tb** (t6÷13)*
[ms]
≤1
Ca³kowity czas wy³¹czania tbt (t6÷14)*
[ms]
≤10
Trwa³oœæ mechaniczna nm**
[s]
≤10
Masa wy³¹cznika**
[kg]
~55
Wymiary**
[m] ~0,8×0,3×0,45
Czas gotowoœci tg (t0÷1)*
Strefa ochronna
nie wystêpuje
Zakres pr¹dów krytycznych
nie wystêpuje
Okresowa konserwacja i obs³uga
Warunki œrodowiskowe
– zakres temperatur
– wilgotnoœæ wzglêdna
РwysokoϾ n.p.m.
niepotrzebna
[°C]
przy 20°C [%]
przy 40°C [%]
[m]
–30÷+40
≤95
≤50
≤1200
* Oznaczenia czasów charakterystycznych wy³¹cznika wed³ug rysunku 5.
** Dok³adne okreœlenie parametrów nast¹pi po badaniach typu wy³¹czników z serii informacyjnej.
Rys. 6. Przyk³adowe oscylogramy pr¹dów i napiêæ podczas wy³¹czania
obwodu przez wy³¹cznik DCH
1 - przebiegi pr¹du w komorze wy³¹czaj¹cej, 2 - przebiegi pr¹du
w tranzystorze IGBT, 3 - przebiegi napiêcia na wy³¹czniku, 4 - przebiegi pr¹du w cewce napêdu;
sta³e: k3 = 1 kV/dz, k4 = 1 kA/dz, kt 200 p.s/dz; a) wy³¹czanie pr¹du roboczego, k1 = k2 = 0,1 kA/dz; b) wy³¹czanie pr¹du zwarciowego, k1 = k2 =1 kA/dz
³¹czników DCH. Przyk³adowe oscylogramy przebiegów ³¹czeniowych pr¹dów i napiêæ przy wy³¹czaniu zwarcia bezpoœredniego na zaciskach wy³¹cznika pokazano na rysunku 6.
Porównanie w³aœciwoœci eksploatacyjnych
wy³¹czników DCH i wy³¹czników klasycznych
W stosunku do klasycznych szybkich wy³¹czników magnetowydmuchowych stosowanych w trakcji miejskiej mo¿liwo1-2 / 1999
36
œci wy³¹czników DCH s¹ bez porównania wiêksze. O ich
przewadze technicznej decyduj¹ przede wszystkim nastêpuj¹ce czynniki
konstrukcyjne – napêd impulsowy wielkiej mocy, bardzo
szybki wyzwalacz nadpr¹dowy, bezprzechy³owy organ ruchomy, ma³a pró¿niowa przerwa zestykowa,
kinetyczne – du¿e przyspieszenie pocz¹tkowe i prêdkoœæ
organu ruchomego, bardzo ma³y czas w³asny otwierania,
elektryczne – du¿a stromoœæ sprowadzania pr¹du do zera,
du¿a wytrzyma³oœæ powrotna, bardzo ma³a energia wydzielona z ³uku,
eksploatacyjne – bardzo ma³e wartoœci pr¹du ograniczonego i ca³ki Joule’a, du¿a trwa³oœæ ³¹czeniowa, w tym
w warunkach zwarciowych.
Porównanie wy³¹czania zwarcia w granicznych warunkach uk³adowych przez wy³¹cznik DCH i przez klasyczny wy³¹cznik magnetowydmuchowy przedstawiono na rysunku 7.
Rys. 7. Wy³¹czanie pr¹du zwarciowego przez ultraszybki wy³¹cznik
DCH i szybki wy³¹cznik magnetowydmuchowy
Icn = 60 kA - spodziewany pr¹d zwarciowy, τ = 20 ms sta³a czasowa obwodu, i - pr¹d zwarciowy wy³¹czany przez
wy³¹cznik DCH, iM - pr¹d zwarciowy wy³¹czany przez szybki
wy³¹cznik magnetowydmuchowy, io - pr¹d ograniczony
przez wy³¹cznik DCH, iOM - pr¹d ograniczony przez szybki
wy³¹cznik magnetowydmuchowy, tb - czas wy³¹czania pr¹du przez wy³¹cznik DCH, tbM - czas wy³¹czania pr¹du przez
szybki wy³¹cznik magnetowydmuchowy, t - czas, Co = io/Icn
- wspó³czynnik ograniczania pr¹du przez wy³¹cznik DCH,
COM= iOM/Icn - wspó³czynnik ograniczania pr¹du przez szybki
wy³¹cznik magnetowydmuchowy
Z porównania tego wynika, ¿e dziêki ultraszybkiemu dzia³aniu wy³¹cznika DCH mo¿liwe jest ograniczanie pr¹du zwarciowego na poziomie 6% pr¹du spodziewanego. Dziêki tak
ma³ym wartoœciom pr¹du ograniczonego, a w konsekwencji tak¿e i ca³ki Joule’a, bêd¹ to jedyne wy³¹czniki zdolne
do skutecznego zabezpieczania uk³adów pó³przewodnikowych RHI stosowanych w napêdach trakcyjnych. Jest to zarazem szczególnie istotne dla silników trakcyjnych, bowiem
w praktyce bêdzie wówczas wyeliminowana wiêkszoœæ
awarii tych silników powodowanych pojawianiem siê ³uku
okrê¿nego na komutatorze. Dodatkow¹ zalet¹ wy³¹czników
DCH jest bardzo skuteczny system ochrony przeciwprzepiêciowej, precyzyjnie ograniczaj¹cy na relatywnie niskim poziomie nie tylko przepiêcia zewnêtrzne od strony sieci, ale
i wewnêtrzne, generowane przez urz¹dzenia pojazdu. Jest
to niezwykle istotne nie tylko dla silników trakcyjnych, ale
tak¿e dla wytrzyma³oœci izolacji wszystkich elementów i podzespo³ów obwodów g³ównych pojazdów. Z tych te¿ wzglêdów mo¿na przewidywaæ, ¿e po wejœciu wy³¹czników DCH
do eksploatacji liczba awarii, zw³aszcza silników, znacznie siê
zmniejszy. Ma to bardzo wa¿ne znaczenie dla obni¿ki kosztów eksploatacji taboru trakcyjnego.
Energia wydzielana z ³uku w obydwóch komorach pró¿niowych podczas ka¿dego wy³¹czenia zwarcia jest tysi¹ce
razy mniejsza od energii wydzielanej w komorach wy³¹czników magnetowydmuchowych. Dlatego w wy³¹cznikach DCH
erozja ³ukowa komór pró¿niowych przestaje byæ czynnikiem
determinuj¹cym trwa³oœæ ³¹czeniow¹, tak¿e w warunkach
zwarciowych. Dziêki temu zdolnoœæ wy³¹cznika DCH do wielokrotnego wy³¹czania zwaræ jest w praktyce determinowana
przez jego trwa³oœæ mechaniczn¹, która wed³ug norm [18]
przekracza 20 000 zadzialañ. Tak du¿a zwarciowa trwa³oœæ
³¹czeniowa oznacza, ¿e jeden wy³¹cznik DCH jest równowa¿nikiem eksploatacyjnym kilkunastu wy³¹czników klasycznych,
co bêdzie ze wszech miar korzystne ekonomicznie dla u¿ytkowników. Wszystko to jest nieosi¹galne w klasycznych
wy³¹cznikach magnetowydmuchowych. Opisane zalety techniczne i eksploatacyjne wy³¹czników DCH, wynikaj¹ce z nowej zasady ich dzia³ania, upowa¿niaj¹ do stwierdzenia, ¿e
wy³¹czniki te bêd¹ w pe³ni odpowiada³y zarówno obecnym,
jak i daj¹cym siê przewidzieæ potrzebom rozwojowym trakcji miejskiej. Stworz¹ warunki do przyspieszenia procesu
elektronizacji trakcyjnych uk³adów napêdowych, bêd¹
zdolne do skutecznego konkurowania z wy³¹cznikami magnetowydmuchowymi. Po wejœciu wy³¹czników DCH do eksploatacji w taborze trakcji miejskiej przewidywane jest
wszczêcie prac rozwojowych nad powiêkszeniem rodziny
wy³¹czników DCH o wielkoœci przeznaczone dla podstacji
trakcyjnych, a tak¿e trakcji górniczej.
*
* *
W listopadzie 1998 rr.. w Brukseli na 47 Œwiatowych
Targach Wynalazczoœci, Badañ Nauk
owych i Nowych
Naukowych
Technik BRUSSELS EUREK
A ’1998 miêdzynarodowe jury
EUREKA
wyró¿ni³o wy³¹cznik DCH 0,8/400 Z£O
TYM MED
ALEM
Z£OTYM
MEDALEM
w kkategorii
ategorii „Elektrotechnik
„Elektrotechnikaa i Elektronik
Elektronikaa”, wyró¿niono
go tak¿e Nagrod¹ Specjaln¹ Ministra Gospodarki oraz
Nagrod¹ Specjaln¹ PPolskiego
olskiego Zwi¹zk
Zwi¹zkuu Stowarzyszeñ Wynalazców i Racjonalizatorów (szczegó³y w dodatkowej informacji).
Autorzy niniejszego artyku³u serdecznie dziêkuj¹ wspóltwórcom wy³¹cznika z ZAE WOLTAN w £odzi za wspó³pracê, dziêki której seria informacyjna wy³¹czników DCH wkrótce
pojawi siê na rynku krajowym.
1-2 / 1999
37
Literatura
[1] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Rodzina ultraszybkich wy³¹czników pró¿niowych pr¹du sta³ego typu DCH dla trakcji
kolejowej. Technika Transportu Szynowego 6/1994.
[2] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: DCV 3/400;250. Ultraszybkie wy³¹czniki pró¿niowe pr¹du sta³ego. Technika Transportu
Szynowego 11/1996.
[3] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: New generation of D. C.
circuit breakers. Proceedings of the IVth International Conference on Electrical Contacts Arcs, Apparatus and Their Applications ECAAA/97, XI’an, China, 1997.
[4] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Nowa generacja wy³¹czników pr¹du sta³ego. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznañskiej
„Elektryka”, 44/1997.
[5] Bartosik M., Wójcik F.: Wybrane aspekty pracy komór pró¿niowych wy³¹czników ograniczaj¹cych pr¹du sta³ego. III Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna „Elektrotechnika,
elektronika i automatyka w transporcie szynowym” SEMTRAK
’86, Kraków-Janowice, 1986.
[6] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Warystory tlenkowe jako
wysokoenergetyczne ograniczniki przepiêæ ³¹czeniowych
w trakcji kolejowej. Materialy Konferencji Naukowej „Rozwój
systemów i œrodków w transporcie” TRANSSYSTEM ’89,
Warszawa, 1989.
[7] Bartosik M.: Direct current switching off in vacuum. Proceedings of the VIth International Conference on Switching Arc
Phenomena SAP-89, Postconference materials, £ódŸ, Poland,
1989.
[8] Bartosik M., Wójcik F.: Napêdy impulsowe pró¿niowych wy³¹czników trakcyjnych. Materia³y Konferencji Naukowej „Rozwój systemów i œrodków w transporcie” TRANSSYSTEM ’89,
Warszawa, 1989.
[9] Bartosik M. : Progress in D. C. breaking. Proceedings of the
VIIIth International Conference on Switching Arc Phenomena
SAP-97, Part II, Postconference Mateñals £ódŸ, Poland, 1998.
[10] Lasota R.: Niskonapiêciowe liczniki pr¹du sta³ego. Praca doktorska, £ódŸ, 1986.
[11] Wójcik F.: Wy³¹czanie obwodów trakcyjnych wy³¹cznikami hybrydowymi. Materia³y konferencyjne, „Elektrotechnika ’89”,
Bratys³awa, Czechos³owacja, 1989.
[12] Bolanowski B., Wójcik F.: Hybrid circuit breaker of direct current. Proc. of the Colloq. on Electronic-Aided Current-Limiting
Circuit Breaker Developments and Applications, Sept. 1989,
London, UK.
[13] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Hybrydowe wy³¹czniki szybkie dla trakcji miejskiej. Materia³y Konferencji Naukowej
„SEMTRAK ’96”, Kraków-Zakopane, 1996.
[14] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Arcless D. C. hybrid circuit
breaker. Proceedings of the VIIIth International Conference on
Switching Arc Phenomena SAP-97, £ódŸ, Poland, 1997.
[15] Bartosik M., Lasota R., Wójcik F.: Niskonapiêciowe wy³¹czniki
hybrydowe typu DCH. Technika Transportu Szynowego 2/ 1997.
[16] Bartosik M., Lasota R.: Uk³ad ³¹czeniowy g³ówny ³¹cznika
hybrydowego. Patent PRL nr 150328, kl. H03K 17/00, 1992.
[17] Bartosik M., Borsiak J., Lasota R., Nowak B., Wójcik F., Zielinski L.: Wy³¹cznik hybrydowy pr¹du sta³ego. Urz¹d Patentowy RP, Patent Tymczasowy nr P-32004 z 12.08.1998.
[18] Normy: IEC 157, EN50123, PN/E-06120, PN/E-06121,
PN/E-06122, PN/E-061223.
THE GOLDEN MEDAL AT BRUSSELS EUREKA ’1998 SPECIAL PRIZE OF THE
MIMSTER OF ECONOMY
SPECIAL PRIZE OF THE POLISH UMON OF ASSOCIATIONS OF INVENTORS AND
RATIONALIZERS DCH 0,8/400
D. C. HYBRID CIRCUIT BREAKER FOR URBAN TRACTION
A new ultra high-speed D. C. hybrid circuit breaker of DCH type which is now being prepared for production has been described in this article. The circuit breaker
is intended for the urban traction of 800 V voltage, especially for tramways and
trolley-buses, and also for mine traction of 250 V voltage, etc. The principle of operation and the structure of the hybrid (vacuum-transistor) current breaking system,
in which one of two vacuum chambers connected in series is shunted by IGBT transistor taking over and breaking the current while the second one makes possible
galvanic separation of the receiver from the power supply, have been presented.
The operation of DCH circuit breaker including the switching sequence and also
the most important results of DCH prototype investigations have been described.
DCH circuit breakers will be serviceable for low voltage D. C. circuits in which very
low values of both cut-off current and Joule integral are required, especially for
protection of circuits with semiconductor power devices used in drive systems of
urban traction vehicles, etc. Short-circuit breaking processes occurring with the use
of the DCH circuit breakers and conventional magnetic blow-out circuit breakers are
compared. DCH circuit breakers will fully meet the present and future urban traction requirements. Factors decisive for technical and operational predominance
of the DCH circuit breakers over conventional ones are described. DCH circuit
breakers will create technical and economical competition to the existing magnetic
blow-out circuit breakers. At 47th World Exhibition of Invention, Research and New
Technology BRUSSELS EUREKA ’1998 the DCH circuit breaker was rewarded with
the Golden Medal, Special Prize of the Minister of Economy and Special Prize of
the Polish Union of Associations of Inventors and Rationalizers.
Prof
olitechniki £ódzkiej,
rof.. nadzw
nadzw.. PPolitechniki
dr hab. nauk technicznych in¿. M
AREK BART
OSIK
MAREK
BARTOSIK
jest dyrektorem Instytutu Aparatów Elektrycznych Politechniki £ódzkiej i kierownikiem Zespo³u Naukowego £¹czników Pró¿niowych i Energoelektronicznych. Jest
cz³onkiem Sekcji Wielkich Mocy Komitetu Elektrotechniki PAN.
Dr nauk technicznych in¿. RYSZARD LASO
LASOTTA
jest adiunktem w Instytucie Aparatów Elektrycznych Politechniki £ódzkiej oraz cz³onkiem Zespo³u Naukowego £¹czników Pró¿niowych i Energoelektronicznych.
Dr nauk technicznych in¿. FRANCISZEK WÓJCIK
jest adiunktem w Instytucie Aparatów Elektrycznych Politechniki £ódzkiej i zastêpc¹ dyrektora Instytutu oraz cz³onkiem Zespo³u Naukowego £¹czników Pró¿niowych
i Energoelektronicznych.
Zainteresowania naukowe tego zespo³u specjalistów koncentruj¹ siê na teorii
i technice ³¹czenia silnych pr¹dów sta³ych i przemiennych w powietrzu i w pró¿ni,
w szczególnoœci na ultraszybkich metodach ograniczania pr¹dów zwarciowych i przepiêæ ³¹czeniowych oraz na zasadach dzia³ania i budowy ultraszybkich wy³¹czników
pró¿niowych i hybrydowych pr¹du sta³ego. W tym zakresie s¹ wspó³autorami 5 wykorzystanych w praktyce patentów, w tym dwóch do budowy ultraszybkich wy³¹czników DCV dla trakcji kolejowej oraz DCH dla trakcji miejskiej, wyróŸnionych m.in.
Z³otymi Medalami na 45 i 47 Œwiatowych Targach Wynalazczoœci, Badañ Naukowych i Nowych Technik BRUSSELS EUREKA w 1996 i 1998 roku.
1-2 / 1999