Коммутационный аппарат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ((9) (И) 3(50 Н 01 Н 33 82

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ И "iN9Тр К;.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3448024/24-07 (22) 09 ° 06.82 (46) 30.01.84. Бюл. Р 4 (72) A.A .Ïoïoâ, В.М.Солдатов, И.Л.Шлейфман, В.И.Шатерников, Ю.A.NàHåíêoâ и В,И.Сорокин (71) Научно-исследовательский центр по испытанию высоковольтной аппаратуры, Предприятие "Уралтехэнерго" Производственного объединения по науке, совершенствованиютехнологии и эксплуатации электростанций и сетей Союзтехэнерго и Чебоксарский электромеханический завод запасных частей "Энергозапчасть" (53) 621.316.524(088.8) (56) 1. Афанасьев В.В. Конструкция выключающих аппаратов.. Л.,"Энергия", 1969, с. 640.

2. Авторское свидетельство СССР

9 619978, кл. Н 01 Н 33/82, 1978.

3. Патент Ывейцарии Р 395242, кл, 21 с 35/10, 1962 (прототип). (54)(57 ) КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ, преимущественно воздушный выключатель, содержащий корпус из изоляционного материала, фланцы и размыкаемые конаткты, один из которых выполнен стержневым, с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой-розеточным с подпружиненными ламелями, расположенными на держа теле так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держателя, причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обоймой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и снижения стоимости аппарата путем уменьшения хода контактов, держатель, на котором расположены ламели, выполнен в виде стержня из материала с высокой электропроводностью. остальная часть ламелей снабжена дополнительно введенными металлокерамическими накладками, указанные накладки расположены по всей выступающей высоте ламелей, причем отношение высоты накладки к полной высоте ламели сос-. тавляет 0,15-0,40, а дугостойкая металлокерамическая накладка стержне вого контакта выполнена в яд кольцевого вкладыша на торце.

1070621

20

50

60 изобретение относится к коммутационным.аппаратам высокого напряже,ния, а именно к воздушным выключателям с воздухонаполненным отделителем.

Известны воздушные выключатели, в которых отключение токов производится дугогасительной камерой, а воздухонаполненный отделитель осуществляет функции создания изоляционного промежутка в отключенном положении и замыкания электрической цепи при включении. В некоторых конструкциях отделитель ис пользуется также для отключения тока резистора, шунтирующего дугогасительную камеру. Дугогасительная камера и отделитель содержат один или несколько разрывов, образованных неподвижным и подвижным контакI àìè. В отделителе применены размыкаемые контакты торцового типа. При отключении внутренняя полость отделителя заполняется сжатым воздухом, давление которого отводит подвижный контакт и удерживает его в отключенном положении. Для гашения дуги тока шунтирующего резистора в.неподвижном контакте предусмотрен специальный канал, через который осуществляется воздушное дутье, направленное на,дугу. При включении давление воздуха в отделителе понижается вследствие истечения его через выпускной клапан, подвижный контакт перемещается под действием пружины и контакты замыкаются. Во включенном положе. нии через контакты отделителя проходит рабочий ток длительной нагрузки, поэтому они выполняются иэ материала с высокой электропроводностью — из меди (1).

Недостатками данной конструкции являются ограниченная включающая способность и низкая износостойкость вследствие сильного износа контактов под действием дуги. При включении под напряжением смыкание контактов происходит при низком давлении воздуха и межконтактный промежуток имеет. низкую электрическую прочность.

В результате между сближающимися контактами возникает электрическая дуга предварительного пробоя. Повторные дуги возникают при отбросе контактов после их первоначального металлического смыкания. Опорные точки дуги находятся на медных поверхностях контактов, имеющих низкую температуру плавления и подвергающихся значительному износу. частицы расплавленного металла оседают на внутренней поверхности фарфорового изолятора отделителя, что приводит к ее металлизации, разрушению глазури и снижению механической и электрической прочности. Оседанию частиц способствует воздушное дутье на дугу через канал в неподвижном контакте, которое при включении направлено во внутреннюю полость отделителя. При замыкании контакты соприкасаются оплавленными поверхностями, что при больших токах приводит к их свариванию.

Известны конструкции выключателей, у которых отделитель снабжен специальными пневматическими устройствами, исключающими при включении дутье воздуха через полый неподвижный контакт во внутреннюю полость отделителя, чем снижены вредные последствия дуги включения (2).

Однако указанные устройства не находят практического применения, так как они усложняют конструкцию, а эффективность их невелика, поскольку они нЕ уменьшают обгорания меднь х контактов.

Наиболее близок к предлагаемому коммутационный аппарат, например воздушный выключатель, содержащий корпус из изоляционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой — роэеточным с подпружиненными ламелями, расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держателя, причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обоймой. Ламели с металлокерамическими накладками имеют большую высоту, чем остальные. Металлокерамическая накладка на торце стержневого контакта имеет форму диска. В таких контактах основные токонесущие поверхности, которые

40 выполнены из материала с высокой электропроводностью, например меди, и через которые проходит рабочий ток при включенном аппарате, расположены на боковой поверхности рабочих ламелей розеточного контакта и на цилиндрической поверхности контактного стержня и не подвергаются воздействию электрической дуги. Износ контактов значительно меньше, так как опорные токи дуги находятся на дугостойких поверхностях, а металлизация изоляционных поверхностей практически не имеет места ГЗ).

Недостатком известных конструкций является большой ход в контактах, что усложняет коммутационный аппарат. Поэтому они находят применение в газовых, в частности воздушных,выключателях, у которых дугогасительная камера выполняет функции как отключения, так и включения тока, и не применяются в отделителях, так как они приводят к увеличению габаритов и в результате к увеличению стоимости выключателя с воздухонаполненным отделителем.

1070621

20

30

Цель изобретения - уменьшение габаритов и снижение c""".oèìoñòè коммутационного аппарата, в частности воздушного выключателя с газонаполненным отделителем, путем уменьшения хода контактов.

Поставленная цель достигается тем, что в коммутационном аппарате преимущественно воздушном выключателе, содержащем корпус из изоляционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой — розеточным с подпружиненными ламелями,расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держателя, причем на части из них эакреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обойму, держатель, на котором расположены ламели, выполнен в виде стержня иэ материала с высокой электропроводностью, остальная часть ламелей снабжена дополнительно введенными металлокерамическими дугостойкими накладками,указанные накладки расположены по всей выступающей высоте ламелей, причем отношение высоты накладки к полной высоте ламели составляет 0,15-.0,40 а дугостойкая накладка стержневого контакта выполнена в виде кольцевого вкладыша на торце.

Использование такой конструкции для отделителя обеспечивает горение дуги при включении на поверхностях, облицованных дугостойкой металлокерамикой, и соприкосновение контактов во включенном положении медными поверхностями, не оплавленными дугой предварительного пробоя.

На фиг. 1 показан один разрыв отделителя во включенном положений; на фиг. 2 - подвижный и неподвижный контакты в отключенном положении.

Разрыв отделителя содержит фарфоровый изолятор 1 с двумя фланцами 2 и 3. К фланцу 2 прикреплен неподвижный розеточный контакт, который содержит стержень 4 из материала с высокой электропроводностью, например из меди, ламели 5, плоские пружины 6, обойму 7 из изоляционного материала. Обойма 7 прикреплена к стержню 4 с помощью болтов 8. Стержень 4 содержит канал 9 небольшого диаметра (отношение диаметра канала к наружному диаметру стержня по тор цу составляет не более 1:3 1, который соединяет полость разрыва отделителя с дополнительным резервуаром 10. 60

Выступающие над торцом стержня 4 части всех ламелей облицеваны дугостойкими металлокерамическими накладками 11. Подвижный стержневой контакт 12 и его пружина 13 установлены в корпусе 14, который укреплен на фланце 3. Электрическое соединение подвижного стержневого контакта 12 с корпусом 14 осуществлено с помощью скользящего контакта 15.

На подвижном стержневом контакте 12 имеется кольцевой вкладыш 16 из дугостойкой металлокерамики.

Накладки 11 и кольцевой вкладыш 16 соединены с медными деталями (ламели, стержневой контакт J с помощью пайки, в качестве дугостойкой металлокерамики может испольэоваться металлокерамическая композиция вольфрам-медь.

При отключении во внутреннюю полость разрыва отделителя подается сжатый воздух высокого давления, под действием которого перемещается подвижный стержневой контакт 12, сжимая пружину 13. Отделитель размыкается только после того, как погашена дуга основного тока (нагруэочного и короткого замыкания J в дугогасительной камере (не показана f. Поэтому контакты отделителя не размыкают цепь основного тока, отключаемого воздушным выключателем.

В случае применения отделителя в выключателе с шунтирующим резистором он может отклн1чать ток резистора, который не превышает несколько сот ампер. Возникающая при этом на контактах разрыва отделителя дуга гасится потоком воздуха, направленного иэ внутренней полости отделителя через канал 9 в дополнительный резервуар 10.

При выполнении выключателем оггерации включения давление воздуха в отделителе уменьшается и подвижный стержневой контакт 12 перемещается под действием пружины 13, При сближении контактов между ламелями 5 неподвижного розеточного контакта и подвижным стержневым контактом 12 возникает дуга предварительного пробоя, опорные точки которой находятся на дугостойких металлокерамических накладках 11 и кольцевом вкладыше 16. Подвижный стержневой контакт 12 направляется подпружиненными элементами скользящего контакта 15 и поэтому при движении в процессе включения он может совершать поперечные колебания. Благодаря расположению ламелей 5 розеточного контакта вокруг стержня 4 по всей окружности и облицовке металлокерамическими накладками 11 всех ламелей 5, колебания подвижного контакта в поперечном направлении не приводят к смещению дуги на медные поверхности. После соприкосновения с ламелями 5 розеточного контакта подвижный стержневой контакт 12 раздвигает их и движется до упора

1070621 его торцовой поверхности в торец стержня 4. В процессе движения подвижного контактного стержня 12 в розетке подвижный и неподвижный контакты соприкасаются поверхностями дугостойких металлокерамических 5 накладок 11,и кольцевого вкладыша 16, в случае отбросов контактов опорные точки дуг располагаются на этих поверхностях.

На поверхностях элементов из 30 дугостойкой металлокерамики дуга включения успевает расплавить металл только на очень небольших участках, выброс металла очень мал и не имеет меоа а металлизация поверхности фарфорового изолятора. Во включенном положении контакты соприкасаются медными торцовыми поверхностями, которые не были сплавлены дугой. Основная токоведущая цепь разрыва отделителя включает фланец 2, стержень 4, подвижный стержневой контакт 12, скользящий контакт 15, корпус подвижного контакта 14 и фланец 3.

Часть тока ответвляется в дополнительный токоведущий контур: стерКоличество опытов

Отношение высоты накладки к высоте ламели

Количество отказов

Ток включения, кА

0,11

27-41

28-45

0,15 несущей поверхности на торце стержня 4. При этом обеспечивается надежное соединение подвижного и неподвижного контактов.

Испытания показали, что использование предлагаемой конструкции коммутационного аппарата позволяет повысить ток включения воздушных выключателей 110-500 кВ с воздухонаполненным отделителем с 35,5 кл до 40,0 кЛ и увеличить их коммутационный ресурс с 3 до 10-15 включений без существенного усложнения конструкции отделителя.

При величине этого отношения более 0,40 ход в контактах становится излишне большим, что, не давая эффекта в части коммутационного ресурса и включающей способности, приводит к ненужному усложнению конструкции.

ВысОта кольцевого вкладыша 16 больше высоты металлокерамических накладок 11 ламелей, что исключает плавление и унос меди на подвижном стержневом контакте 12. Внутренний диаметр кольцевого вкладыша 16 боль- 50 ше наружного диаметра основной токожень 4; ламель 5 - накладка 11 вкладыш 16 « подвижный стержневой контакт 12.

Торцовые поверхности стержня 4 и подвижногь стержневого контакта 12, через которые проходит основ ная часть рабочего тока, могут быть .выполнены плоскими, как показано на фиг. 1 и 2, или выпуклыми на одном элементе и вогнутыми на другом. Контактная система обеспечивает возможность прохождения токов длительной нагрузки до 2000А.

Проведенные экспериментальные ис следования и анализ возможных конструктивных решений показали, что оптимальный диапазон отношения высоты накладок 11 к полной высоте ламелей 5 составляет 0,15-0,40.

При величине этого отношения менее

0,15 высота металлокерамической на . кладкн оказывается слишком малой, во включенном положейии контакты соприкасаются поверхностями, расплавленными дугой предварительного пробоя, и возможно сваривание контактов (см. таблицу).

1070621

Составитель .В.Попова

Техред И.Метелева Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 11691/49 Тираж 683 рцддПи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4