Высоковольтный коммутационный аппарат

 

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ С магнитным гашением . дуги, содержащий герметизированный ,от внешней среды .корпус, заполненный элегазом, в котором, расположены подвижные и неподвижные контакты, посто . янные магниты, отличающийс я тем, что, с целью повышения коммутационной способности и надежности., контакты выполнены втычными, постоянные магниты закреплены неподвижно, а расстояние меткду электродами выбрано таким, что при заданной электрической износоустойчивости контактной системы произведение VВт максимально , где: электрическая прочность, (В/СМ; . . . Вт - радиальная составляюV щая индукции магнитного поля, Т. 2.Аппарат по -п. 1, о т л и ю щ и и с я тем, что контакты выполнены самозачшцаквдимися.

(19) (Н) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 3427477/24»07 (22) 23 ° 04 ° 82

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЛ ЕНИЙ И OTHpblTHA (46) 15 ° 0983. Бюл. 9 34 (72) А.И.Полтев и A.H.Филимонов (71).Северо-,Западное отделение Все- союзного государственного проектно- . изыскательского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей Энергосетьпроект и Ленинградский поли-. технический институт им. М.И.Калины» на

I (53) 621. 316 . 524 (088. 8) (56) 1. Афанасьев В.В.".Конструкция. выключающих аппаратов высокого напряжения. Л., . Энергия, 1969, с. 154, рис. 3-39.

2. Авторское свидетельство СССР

9 189061, кл. 21 c 35/06, 1966.. (54) (57) 1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОИ)4УТАЦИOHHbIA AIIIIAPAT с магнитным гашением . дуги, содержащий герметизированный

:. от внешней среды, корпус, заполненный. элегазом, в котором. расположены подвижные и неподвижные контакты, постоянные магниты, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью повышения коммутационной способности и надежности, контакты выполнены втычными, постоян- ные магниты закреплены неподвижно, а расстояние между электродами выбрано .таким, что при заданной электрической износоустойчивости контактной системы произведение V Вт максимально, где: V -. электрическая прочность, ,В/см) Q

Вт — радиальная составляющая индукции магнитного поля, Т, 2.Аппарат по:п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что контакты выполнены самозачищающимися.

104 2101

Изобретение относится к .электроаппаратостроению и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата (выключателя, выключателя нагрузки, высоковольтного контактора) с гашением дуги в элегазе. 5

В распределительных сетях на средние классы напряжения в качестве оперативных и защитных аппаратов широко используют выключатели различного исполнения., Выключатели — достаточ-. IQ но сложные и дорогостоящие аппараты.

Их применение существенно увеличива ет стоимость электроустановок.

Известны выключатели нагрузки с

Гаэогенерирующим дугогасительным уст-)5 ройством (1).

Однако такие аппараты могут коммутировать цепи лишь с довольно ограниченными токами, причем надежность дугогасительного устройства не высока: после нескольких десятков отключений рабочего тока требуется замена гаэогенерирующих вкладышей, а это существенным образом отражается на .эксплуатационных расходах, снижает производительность труда. Применение таких аппаратов в установках с частными срабатываниями вообще нецелесообразно.

Наиболее близким к изобретению является высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги, содержащий герметизированный от внешней среды корпус, заполненный элегазом, в котором расположены подвижные и .неподвижные контакты, постоянные 35 магниты (2).

Известный аппарат, имеющий торцовые контакты, обладает недостатками: его дугогасительная способность (ток отключения), а также ток включения 40 невысоки; надежность из-за оседания на поверхностях контактов пылевых фторидов металлов, образующихся при горении дуги, и опасности разрушения постоянных магнитов при включе- 45 ниях сопровождающихся ударами, невы-, сока.

Цель изобретения - повышение коммутационной способности аппарата для использования его, преимущественно, в сетях 6-10 кВ и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном коммутационном аппарате с магнитным гашением дуги, содержащем герметизированный от внеш-55 ней среды корпус, заполненный элегазом, в котором расположены подвижные и неподвижные контакты, постоянные магниты контакты выполнены вторичными, постоянные магниты закреплены не-60 подвижно, а расстояние между электро" дами выбрано таким, что при заданной электрической иэносоустойчивости контактной системы произведение V-Вт=

max, где V - электрическая прочность,-65

B/ñì; Вт — радиальная составляющая индукции магнитного поля, Т.

Для дальнейшего повышения надежности контакты могут .быть выполнены самозащищающимися.

На фиг. 1 изображена зависимость электрической прочности (пробивного напряжения) Чп от расстояния S между электродами 4 40 мм и радиусом закругления.4 мм при различном давлении элегаза от 0 до 5 10" Па;на фиг.2 пример зависимости.V„ от S " при диаметре электродов 80 мм с радиусом закругления 8 мм при трех значениях элегаза от 1 10 до 3.10 Па; на фиг. 3 — экспериментальная зависимость индукции магнитного поля Вт(Т ) в промежутке между торцами встречновключенных постоянных магнитов от расстояния N между ними для средней части промежутка на фиг. 4 — зави.— симость индукции магнитного поля Вт от расстояния между электродами S; на фиг. 5 — схема высоковольтного коммутационного аппарата для напряжений до 10 кВ с одним разрывом на фазу, вид на три фазы,i на фиг. б — то

;же, разрез по средней фазе; на фиг.7 контактная система высоковольтного коммутационного аппарата; на фиг. 8

3 схема высоковольтного коммутационного аппарата с двумя разрывами на фазу, разрез по средней фазе.

Гашение дуги в комМутационном аппарате сугубо переходный процесс, в ходе которого с большой скоростью уменьшается температура ствола дуги, в результате чего в дуге уменьшается число носителей тока — электронов.

Таким образом, дуга, вследствие ин- тенсивного охлаждения, из проводяще

ro состояния переходит в непроводящее. Непроводящее состояние охлаждаемого газа наступает тогда, когда плотность электронов снизится до значения 10 1/смз,.При этой плотности элект9 ронов электрическая прочность промежутка становится такой, как если бы промежуток был заполнен холодным газом. Чем выше электрическая прочность холодного промежутка, тем с большей скоростью происходит процесс нарастания электрической прочности при одной и той же степени охлаждения ствола дуги. При неизменной электрической прочности . холодного промежутка дугогасительная способность коммутационного аппарата возрастает по мере усиления теплоотвода от дуги.

Таким образом, для повышения дугога-, сительной способности коммутационного аппарата необходимо интенсифицировать отвод тепла от дуги и повысить электрическую прочность холодного промежутка, Интенсивность отвода тепловой энергии от дуги в устройствах с магнитным гашением дуги пропорциональна скорости перемещения дуги.

104:2101

Последняя зависит от силы, действую-. щей на дугу и вызывающей ее переме-, щение в неподвижном газе. Эта сила равна

F= H-3.70 (Hf (1)

Выражение (1) говорит о том, что при неизменном значении отключаемо-. го тока I сила F, действующая на дугу, пропорциональна напряженности магнитного поля Н или индукции маг-, щ нитного поля В, которые снязаны меж- ду собой выражением

8=,Н, (2) где и — магнитная проницаемость сре- 15 ды.

Для пустоты и газов ,иц = 47(. 10 Гн/м .

Вызывающая движенйе дуги сила F 20 (пропорциональная В) и электрическая прочность V холодного промежутка примерно одинаковым образом влияют на дугогасительную способность устройства, таким образом оптимальным расстоянием S.ìåæäó электродами явля-. ется такое, при котором обеспечива.ется максимум произведения электрической прочности Ч на радиальную сос- .. тавляющую индукции магнитного поля Вт

V Вт=тах . (3) Экспериментальные кривые 2-5 (фиг. 3) получены при расстояниях между торцами магнитов 1 соответственно равны" ми 30;50, 70 и 100 мм. Кривая 6 пока". зывает, что максимум радиальной составляющей индукции магнитного поля в промежутке между магнитами имеет место.при расстоянии от оси магнитов, равном наружному радиусу постоянных магнитов.

При форме электродов 7, показанной на фиг. 3, можно обеспечить горение электрической дуги 8 в области 45 максимального значения радиальной состанляющей индукции Вт. Хотя фиг.3 и составлена для конкретных магнитов и является примером, но указанные на ней зависимости имеют общий хараК- Я} тер

На фиг. 4 изображена зависимость

Bz=f.(s), построенная по данным кривых 2-5 фигуры 3, для средней части электрического промежутка. 55 Едким образом для каждого размера электродной системы существует свое оптимальное. расстояние между электродами S, при котором произведение

V Вт принимает максимальное значение.

В аппарате (фиг..5 и 6) все три ,фазы размещены в одном герметичном .:корпусе 9, который закрыт крышкой

l0, выполненной из изоляционного ма-,65 териала ° Внутренняя полость заполнена газообразной средой с высокой изоляционной и дугогасител1ной способностью, например элегазо:.. Контактные узлы 11 и 12 укреплены на токопроводах 13 и 14. Эти токопроводы проходят через изоляционную крышку

10 и оканчиваются втычными контактами 15 и 16. Подвижные контактЫ 17 снабжены отключающими пружинами 18.

Включение аппарата (фиг. 5) осуществляеэся приводом (не.показан), который расположен с наружной стороны по отношению к корпусу 9 и удерживается во включенном положении защелкой на приводе. Операция включе" ния осуществляется следующим образом: под действием силы, развиваемой приводом, изоляционная тяга 19 перемещается вправо, при этом рычаги 20 и

21 всех трех фаз выпрямляются и толкают подвижные контакты 17 вниз, осуществляя при этом замыкание цепи и одновременно сжимая отключающие пружины 18 и растягивая запускающую пружину 22. В положении Включено рычаги 20 и 21 находятся за Мертвым положением.

При отключении удерживающая защелКа на приводе освобождается, запускающая пружина перемещает изоляционную тягу 19 влево и выводит., таким образом, рычаги 20 и 21 из мертвого положения, превращая их из жесткой системы,в нежесткую . Дальнейшее размыкание производят отключающие пружины 18. В качестве подвижного уплотнения использован сильфон 23.

При выходе подвижного контакта 17 (фиг ° 7) из роэеточного втычного контакта 24 между ними возникает дуга

25. Взаимодействие тока дуги с радиальной составляющей магнитного паля В, созданного постоянными встрвчновключенными магнитами 26, нызывает появ- ление силы F, которая заставляет дугу быстро перемещаться по поверхностям 27 контактных узлов 11 и 12. При этом обеспечивается интенсивный теплоотвод Ьт дуги и, следонательно, соответствующий дугогасительный эффект.

Таким образом, в предлагаемой конструкции н отличие от прототипа постоянные магниты 26, укрепленные неподвижно, при включениях аппарата не воспринимают ударные нагрузки. Подвижные контакты 17 самоэачищаются при вхождении во нтычные розеточные контакты: пылевидные фториды металлов очищаются с контактных поверхностей, для них не опасны пылевидные фториды металлов, возникающие при го .Рении дуги 25 на металлических электродах. КроМе того, втычные контакты обеспечивают более высокую электродинамическую устойчивость.

1042101

При напряжениях 6-10 кВ во многих случаях достаточно давление . газа во внутренней полости аппарата, равное атмосферному. Однако, чтобы не происходило засасывания атмосферного влажного воздуха при низких температурах целесообразно принимать рабочее давление несколько превышающее атмосферное. При малом избыточном давлении утечки элегаза незначитель" ны 10

Высоковольтный коммутационный ап;парат с двумя междуконтактными промеL жутками на фазу (фиг. 8) так же име= ет трехфазное исполнение. В герметичной оболочке 28 с крышкой 29 во всех трех фазах имеются контактные узлы

30.1, 30.2, 31.1, 31.2, причем узлы

30.1 и 31.1 укреплены на токопроводах 32 и 33, а узлы 30.2 и 31.2 ук. реплены на приливах крышки. Эти при- 20 ливы составляют единое целое с крьпакой. Токопроводы 32 и 33 проходят через крышку и окончиваются втычными контактами 34 и 35. Подвижные контакты 36.1 и 36.2 имеют общую отключающую пружину 37.

Механизм управления такой же, как и в конструкции, изображенной на фиг., 5, но в данном случае механизм воздействует сразу на два подвижные контакта 36.1 и 36.2. Таким образом, при отключении возникает дуга сразу в двух междуконтактных промежутках, и поэтому процесс образования электрической прочности происходит в два раза быстрее, чем в аппарате с одним междуконтактным промежутком на фазу, Благодаря существенному повышению отключающей и включающей способности и надежности аппарата существенно расширя тся область применения предлагаемых высоковольтных коммутационных аппаратов. Они могут быть использованы не только в энергетике, но и на транспорте, установлены на шагающих экскаваторах, в КРУ. Малые габариты дают возможность сократить размеры ячеек КРУ. Предлагаемые высоковольтные коммутационные аппараты не создают перенапряжений из-за среза тока . Поэтому они могут быть ис.пользованы для управления и защиты вращающихся машин. В установках с частными срабатываниями коммутационных аппаратов применение газогенерирующих выключателей нагрузки исключено. Вакуумные выключатели нагрузки, имеющие весьма большой коммутационный ресурс, дорогие. Кроме .того для их применения в силовых цепях вращающихся машин необходим комплекс устройств, защищающих машины от перена- . пряжений, возникающих при срезе тока . вакуумными аппаратами, что дополнительно удорожает установки.

:. 1o. а о

-Л дтл

I а .

lit дк

50 10

104 2101

1 °

1042101

21

18

1Р

fin.7

1042101

Составитель В.Полова

Редактор Т.Парфенова Техред И.Метелева„ КорректорМ.Демчик

Заказ 7138/53 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4