Высоковольтный электрический выключатель постоянного тока (его варианты)

 

1 . Высоковольтный электр1гческий выключатель ностоянного тока, содергжарщй дугогасительное устройство с подвижным и неподвижным контактами, установленными в камере, заполненной жидким диэлектриком, находящимся под давлением вьш1е своего критического, npei-iMyL ;ecTBGHHO шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, вьшолненное в виде резервуара, сообщающегося с камерой в верхней ее части, расположенного над контактами и заполненного средой, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения надежности , он снабжен вспомогательной камерой с регулируемым элементом охлазкдения, установленной между резервуаром и камерой дугогасительного .устройства, и трубкой, установленной вдоль оси. вьпслючателя, причем один из торцов трубки расположен во вспо могательной камере, а другой - в верхней части камеры дугогасительного устройства, а резервуар снабжен нагревателем и слоем теплоизоляции на внутренней поверхности, и в качестве сж1-{маемой среды использован указанный жидкш диэлектрик. 2.Высоковольтньй электрический выключатель постоянного тока, содержащий дугогаслтельное устройс1во с ПОДБИ.ЖНЫМ и неподвижным контактами, установленкь М1 в камере, заполненной жгздкти диэлектриком, находж шмся под давлением выше своего критического, S преимуцественно шестифтористой серой, и устройство для компенсашш избыточного давления, выполненное в вззде йвг«а резервуара, сообщающегося с камерой в верхней ее части, расположенного над ко71тактами и заполненного сжго-;аемой средой, о т л к ч а ю щ (i и с я ,А Р тенчто, с целые повыления надежности , он снабжен трубкой и нагрсЕаff 3 телем, з становлённымл внутри резер (««« вуара, причем стенки трубки и резервуара коакснальны, нагреватель находится внутри трубки у верхней ее части, на стенке резервуара размещен регулируемый элемент охлаждения., а в качестве сж 1маемой среды испол-ьзован указанньш гя-щкий диэлектр1Ж, 3,Зык.71ючатель по п,25 о т л и ч а ю щ и Н тем, что регул.ируея мык элемент охлаждения вьшолнен сек1щонироваз1ным ,

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) - 111((((3159 Н 01 Н 33/02

1 ю ь

1 „, 1(с(си(ционированньм, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3544374/24-07 (22) 24.01.83 (46) 07.05.84. Бюл. И- 17 (72) А.А.Тимофеев, В.П,Борисоглебский.

Г.П.Плетнев и Н.А,Ахмеров (53) 621,316.524 (088.8) (56) 1. Патент Франции -N - 1430333, кл. Н Ol Н, 1965.

2. Патент СССР 1 - 516359 кл. Н 01 h 33/68, 1976. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ЕГО

ВАРИАНТЬ() (57) 1. Высоковольтный электричсский выключатель постоянного тока, содер жащий дугогасительное устройство с подвижным и неподвижным контактами, установленными в камере, заполненной жидким диэлектриком„ находящимся под давлением выше своего критического, преимущественно шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, выполненное B виде резервуара, сообщающегося с камерой в верхней ее части, расположенного над контактами и заполненного сжимае мой средой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен вспомогательной камерой с регулируемым элементом охлаждения, установленной между резервуаром и камерой дугогасительного ( устройства, и трубкой, установленной вдоль оси выкл1очателя, при см один из торцов трубки расположен во вспомогательной камере, а другой — в верхней частй камеры дугогасительного устройства, а резервуар снабжен нагревателем и слоем теплоизоляции на внутренней поверхности, Й в качестве сжимаемой среды использoBан указанный жидкий диэлектрик.

2. Высоковольтный электрический выключатель постоянного тока, содержащий дугогаснтельно.- устройство с подвижным и неподвижным контактами ус танОВле1Н;.Ь(м1 в камере, заполненн Ой жидким диэлектриком, на11одящимс я под давлением вьш1е своего критического, преимущественно шестифтористо11 серой, и устройство для компь1нсац Ги избь1ТОчнОГО давления, выполненнОе B Виде резервуара. Сообщающегося е камерой в верхне11 ее части распоп(оженного над Кс 1тактами и заполненного сж1(1.;аемой средой, о тличаюыи (ся тем. ч тo, с це.(11 ю 11овь,;.(ения „ --.ав(е::1

ИОс 1и Он снабжен Tý J(бк Ой и нс . 1 рсва телем, установл иными "н,три Ре=F11 вуара,. Пвцчам степки трубки и резерву(.:р- кОакс11альн11 наГрсватель находEET я внутр11 1рубки B верхней ее час (н н pl ен(е резервуара размеще 1 регулируемый элемент охлаж-ения а р в KB -12oòê сжимаемой среды испОльэо" ((1IF.B -.IIH t." I .I(EI((КИй Д11ЭЛЕКтР1:К .

Выключатель Г1О Il, 2 О т JE u ч а ю шийся те:1, что регулируемыи элемент охлаъден11я выполнен сек1091242

Изобретение относится к электротехнике и касается конструкции высоковольтных спльноточных вьпслючателей, использующих в качестве дугогасящего вещества жидкий диэлектрик с 5 низкой температурой кипения при атмосферном или близком к нему давлении, например, шестифтористую серу.

Известны конструкции высоковольтных сильноточных выключателей, содер- 10 жащие дугогасительное устройство, выполненное в виде двух контактов— подвижного и неподвижного, установленных в камере, заполненной жидкыя диэлектриком, находящимся под давлением выше своего критического, пре имущественно шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, например гидромеханический или гидропневматический аккумулятор, соединенный с камерой через отверстие или трубку.

В этом, а также в других подобчых высоковольтных сильноточных выключателях тепловая энергия электрической дуги, возникающей при коммутации, и тепло с электродных пятен практически полнсстью передаются дугогасящей ла дкс".ти, которая нагревается и одновременно расширяется. Энергия избыточного давления жидкости, обусловленная изменением ее температуры, воспринимается упругими элементами аккумуляторов (пружинных, сильфонных, газогидравлических и т.п,), энерго- З5 емкость которых при равных объемах зависит от жесткости и степени допустимой деформации этих элементов Р).

Недостатком известного выключателя, препятствующим использованию его в 40 режиме частотной коммутации сильноточных цепей, .является отсутствие конструктивных мер для отвода выделя." ющесо":ÿ тепла из объема камеры выключателя, и, как следствие зтого,, 45 недос-.aòo÷íûé запас термической устойчивости, что неизбежно приводит к недопустимому росту температуры и давления а камере такого выключателя при работе его B указанном ре- 5I9 юпче, Ероме того, наличие в известном вык почателе инерционного и дросселируюшего элементов повышает инерционность

55 компенсации избыточного давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является высоковольтный выключатель, содержащий дугогасительное устройство, выполненное в ниде двух контактов подвижного и неподвижного, установленных в камере, заполненной жидким диэлектриком, находящимся под давлением выше своего критического, преимущественно шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, выполненное в виде резервуара, сообщающегося с камерой в верхней ее части, расположенного над контактами и заполненного сжимаемой средой, Резервуар частично заполнен дугогасящей жидкостью, над которой находится сжатый газ, например гелий, образующий упругую подушку.

Такая конструкция не содержит инерционных и дросселирующих элементов (поршней, пружин, трубок), что позволяет снизить инерционность в компенсации скачков давления в объеме камеры. Сжимаемость гелиевого объема достаточно высока, что позволяет использовать в данной конструкции гидродинамические скобы воздействия на дугу, Размещение резервуара, содержащего гелий, в верхней части камеры над контактами позволяет аккумулировать тепло, выносимое конвекцией наверх из зоны контактов, чему способствует значительная теплоемкость гелия. (2) .

Однако ограничения аккумулирующей способности гелиевого объема снижают запас термической устойчивости выключателя.

При повышенных температурах и давлении повьппается растворимость газа в жидком диэлектрике, вследствие его злектроизоляционные свойства последнего изменяются. Это влияет на воспроизводимость режимов коммутации и, кроме того, при локальном перегреве и кратковременном снижении давления в области быстроперемещашщихся контактов может вызвать выделение растворенного газа в виде мелких пузырьков и ослабление электрической прочности и пробой изоляционных и межконтактных промежутков во время размьп<ания цепи.

Общим недостатком известных вык:почателей является малый запас термической устойчивости, что приводит к изменению давления и температуры дугогасящей среды в области контактов и к соответствующему изменению параметров коммутации (в частности, 1091242 напряжения коммутации и времени дугогашения), что делает эти выклю.чатели малонадежными для целей час-тотной коммутации сильноточных цепей.

Цель изобретения — повьппение надеж- 5 ности известного высоковольтного выключателя.

Поставленная цель достигается тем что в первом варианте в высоковольтный электрический выключатель постоянного тока, содержащий дугогасительное устройство с подвижным и не подвижным контактами, установленными в камере, заполненной жидким диэлектриком, находящимся под давлением выше своего критического, преимущест« венно шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, выполненное в виде резервуара, сообщающегося с камерой в верх-2О ней ее части, расположенного над кон .тактами и заполненного сжимаемой средой, введена вспомогательная камера с регулируемым элементом охлаждения, установленная между резервуаром и камерой дугогасительного устройства, и трубка, установленная вдоль оси выключателя, причем один из торцов трубки расположен во вспомогательной камере, а другой — в верхней части камеры дугогасительного устройства, а резервуар снабжен нагревателем и слоем теплоизоляции на внутренней поверхности, и в качестве сжимаемой среды использован указанный жидкий 35 диэлектрик.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в высоковольтный электрический выключатель 4р

: постоянного тока, содержащий дугогасительное устройство, выполненное в виде двух контактов — подвижного и неподвижного, установленных в камере, заполненной жидким диэлектри- 45 ком, находящимся под давлением выше своего критического, преимущественно шестифтористой серой, и устройство для компенсации избыточного давления, выполненное в виде резервуара, сообщающегося с камерой в верхней ее части, расположенного над контактами и заполненного сжимаемой средой, введены трубка и нагреватель, установленные внутри резервуара, причем стенки трубки и резервуара коаксиальны, нагреватель находится внутри трубки в верхней ее части, на стенке резервуара размещен регулируемый элемент охлаждения, а в качестве сжимаемой среды использован указанный жидкий диэлектрик.

Регулируемый элемент охлаждения выполнен секционированным.

На фиг.! показан выключатель с вертикально ориентированным, дугогасительным устройством, поперечный разрез; на фиг.2 — выключатель по второму варианту, поперечный разрез; на фиг.3 — диаграмма состояния шестифтористой серы, Высоковольтный электрический выключатель постоянного тока (вариант

1) содержит камеру l дугогасительнога устройства, выполненную из диэлектрического материала и заполненную жидкой шестифтористой серой, находящейся под давлением выше своего критического, например 6МПа, внутри которой размещено коммутирующее устройство с приводом в виде дифференци" ального поршня 2, перемешение которого производится при расширении продуктов взрыва горючей газовой смеси в камере 3 сгорания, на которой установлены прямой 4 и обратный 5 клапаны и свеча 6 залигания.

Конструктивно камера сгорания объединена с неподвижным полым цилиндрическим KOHTBKTot . 7, в стенке которого имеются окна 8.

Подвижный контакт †проб 9 прижимается к неподвижному контакту 7 пружиной 10. Для фиксации полонения контакта 9 служит узел фиксатора II.

В верхней части камеры I выключателя установлена вспомогательная камера

12, выполненная из металла, на наруж-. ной стенке которой размещен регулиру. емый элемент 13 охлаждения охладитель), представляющий собой теплообменник, выполненный в виде рубашки, змеевика, системы каналов, или любой другой известной конструкции. Охладитель может быть размещен как снаружи вспомогательной камеры 12, так и внутри нее,либо объединен с нею. При этом тепловой контакт со стенкой может отсутствовать,. Ввод и вывод теплоносителя (воды, фреона и т.п.) осуществляется через штуцера 14 и 15.

Вдочь оси выключателя установлена разделительная трубка 16 таким,обра зом, что один из ее торцов расположен во вспомогательной камере 12, а другой — в верхней части камеры 1 дугогасительного устройства, примы10912ч2

50 кающей к верхнему подвижному кон,такту 9. Разделительная трубка 1б выполнена из теплоиэолирующего материала, например стеклотекстолита, и имеет раструб в нижней части. 5

Под вспомогательной камерой 12 расположен резервуар 1? для компенса. ции избыточного давления. Камера 12 и резервуар 17 сообщаются между со!

0 бой. !

Внутри резервуара 17 по центру установлен нагреватель 18, в качестве которого используют герметичный трубчатый электронагреватель (ТЭН) с развитой IIQI åðõíoñòüþ теплообмена, например, эа счет ее оребрения.

Возможно использование нагревателей других известных типов с иными вариантами размещения их в резервуаре 17, На внутренней стенке резервуара 1

17 имеется слой теплоизоляции 19, герметично отделенной от жидкости, например, при помощи металлической фольги или теплостойкой полимерной пленки (на фиг.! не показана).

Соединение выключателя с коммутируемой цепью осуществляют посредством .лектровводов 20 и 21.

Нагрев части дугогасящей жидкости, находящейся в резервуаре 17, обеспечивает ее повышенную сжимаемость по относительно более низкой температуре, камере 1 дугогасительного устройства при более низкой температуре, благода ря чему дугогасящая жидкость используется в качестве сжимаемой среды для компенсации избыточного давления в аппарате.

Наряду с этим, количество тепла,, аккумулированное жидкостью, находящейся в резервуаре l?, определяет рабочее давление в камере 1 выключателя. 15

Рекомендуемая средняя температура жидкости в резервуаре 17, например, для шестифтористой .серы выбирается из интервала 50-80 С. Для других дугогасящих жидкостей эта темпера -" тура будет иной, однако должна находиться в области наибольшей зависимости сжимаемости данной жидкости от ее температуры (при заданном постоянном давлении).

Для подавляющего большинства известных жидких низкокипящих диэлектриков эта область находится вблизи критического значения температуры и распространяется преимущественно в сторону больших значений температур.

Введение вспомогательной камеры

l2 с охладителем 13 между резервуаром

17 и камерой 1 выключателя служит как для теплоизоляции нагретой части жидкости, находящейся в резервуаре, от остальной ее части, занимающей камеру 1, так и для создания естественной конвективной вентиляции объема последней за счет разности между средними температурами жидкости в области контактов и во вспомогательной камере 12. Этой разностью, а следовательно, и интенсивностью конвекции в объеме камеры 1 можно управлять, изменяя расход охлаждающей среды через охладитель 13.

Благодаря теплоизоляции 19 на внутренней стенке резервуара 17, а также верхнему расположению последнего относительно охладителя 13, конвективная составляющая теплового потока направленного от компенсирующего резервуара к вспомогательной камере

12, имеет малое значение при отсутствии тепловыделения со стороны контактов. Теплопроводностная составляющая теплового потока в случае применения шестифтористой серы также мала в результате очень низкого коэффициента теплопроводности последней.

Это способствует аккумуляции тепла в объеме компенсирующего резервуара 17.

Размещение охладителя автономно над контактной системой и токовводами обеспечивает удобство обслуживания выключателя и повышает его эксплуатационную надежность.

Заполнение полости выключателя шестифтористой серой осуществляют любым из известных способов, например при помощи термокомпрессии, через штуцеры 22 и 23. Непосредственно перед заполнением выключатель вакуумируют.

Процесс заполнения выключателя и вывода его на заданный режим иллюстрирует диаграмма состояния (фиг.3) .

Заполнение выключателя производят при температуре, близкой к комнатной. Параметры шестифтористой серы при этом находятся на линии насыщения и отображаются конфигуративной точкой А,! ° После полного заполнения камеры 1, вспомогательной камеры 12 и резервуара 17 жидкой шестифтористой серой подают воду в охладитель 13 и

1091242

55 включают нагреватель 18 и давление в камерах поднимается до заданного.

Контроль давления осуществляют любым известным способом, например, при помощи пружинного манометра (не по- 5 казан). Рекомендуемое давление, например, для и!Встифтористой серы должно находиться в интервале 610 ИПа.

При этом жидкость в.области контактов имеет прежнюю температуру (равную температуре заполнения) и ее параметры на диаграмме отображаются конфигуративной точкой А.

Температура жидкости, находящейся в компенсирующем резервуаре 17, возрастает. Заданное давление поддерживают за счет стравливания части жидкости через штуцер 22 и дросселирующий клапан (не показан). Параметры жидкости в резервуаре отображаются на диаграмме состояния скользящей .конфигуративной точкой Б,1, которая при повышении температуры перемещается в направлении, указанном стрелкой, и пробегает последовательно все точки отрезка АБ.

Шестифтористая сера в резервуаре

17, будучи нагретой, имеет повышенную сжимаемость по отношению к З0 той же жидкости, находящейся в камере

1 дугогасительного устройства при относительно более низкой температуре, что иллюстрируется диаграммой состояния (фиг.3). При этом за величину, 35 характеризующую сжимаемость, принят.коэффициент изотермической сжимаемости где p — плотность;

Р— давление.

При достижении заданных параметров жидкости в компенсирующем резервуаре, о чем может сигнализировать достижение заданной температуры в пограничном сечении между камерой и резервуаром, дросселирующий клапан перекрывают, и выключатель готов к работе.

Выключатель работает следующим образом.

В камеру 3 сгорания через клапан

4 поступает горючая смесь, где она поджигается при помощи свечи 6. Про- дукты сгорания, расширяясь, сообщают ускорение дифференциальному поршню 2 и отводятся через клапан э. Поршень при своем движении перекрывает окна

8, выфрезерованные в неподвижном контакте 7. При этом мертвый объем жидкости, заключенный между внутренней стенкой неподнижного контакта

7, поршнем 2 и подвижным контактом— пробкой 9, испытывает ударное сжатие.

Подвижный контакт 9 отбрасывается ударной волной сжатия и дугогасящая жидкость из-под поршня 2 выбрасывается в зазор между контактами, образуя высокоскоростной поперечный поток жидкости, обдувающий дугу. Контакт 9 в разомкнутом состоянии удерживается фиксатором 11.

Следует отметить, что в конструкции предлагаемого высоковольтного электрического выключателя постоянного тока может быть использован любой другой из числа известных эффективньтх способов и устройств для размыкания контактов и воздействия на дугу с целью деонизации и охлаждения как дугового столба, TQK и электрод ных пятен, например способ дугогашения, основанный на воздействии кумулятивных струй жидкости на дугу.

Под действием тепла дуги в области контактов в дугогасящей жидкости возникает сильно турбулизированное конвективное движение, которое под влия нием гравитационных сил развивается вертикально вверх в направлении резер вуара 17. Наличие в последнем сжимаемой среды (т.е. той же самой жидкости> обладающей повышенной сжимаемостью), помимо компенсации скачка избыточного давления при отключении, дополнительно спос.обствует этому движению.

Одновременно вдоль стенки вспомогательной камеры !2, оклаждаемой охладителем 13, рабочая жидкость движется вниз, отдавая аккумулированное тепло воде.

Трубка 16 служит для разделения восходящих и нисходящих конвективных потоков, повышая эффективность отвода тепла.

При появлении интенсивной конвекции в камерах и 12 происходит усиление конвективной составляющей теплового потока от компенсирующего резервуара и вспомогательной камеры.

12 за счет более интенсивн<эго перемешивания жидкости в зоне контакта

9 1091242 !О резервуара и вспамогательнои камеры.

При этом возрастает средняя темпера- тура жидкости в камере 12 и соответст венно тепловой поток к охладителю 13, что улучшает динамические характерис- 5 тики стабилизации теплового баланса выключателя в период выхода его на частотный режим (в частности, снижает инерционность отвода тепла, что способствует стабилизации давления).

Таким образом, наличие иекоторага лгорячего объема дугогасящей жидкости в компенсирующем резервуаре, находящейся в состоянии повышенной сжимяемости при температуре, например, выше ее критической, обеспечивает как поддержание рабочего давления в полости выключателя, так и улучшение динамических свойств в период его выхода на режим частотной коммутации. В этот период резерВуар является компенсатаром скачков избыточного давления в жидкости после коммутации.

В частном режиме работы выключателя тепло, необходимое для подцержания части дугогасящей жидкости В состоянии повышенной сжимаемости, поступает из области контактов. В этом режиме тепло, Выделяемое элехг- 3«З рической дугой при коммутации, а тяк. же контактной системой, аккумулируется жидкостью и выносится ковект«1«вЂ”

1;ь«ми потсками ВО вспомогательную камеру 12. При этом нагреватель 18 З5 откл10ча10т, а расход охлаждаю«пей воды ч рсз охлгдитель 13 устанавливают в зависимОсти От интенсиВнОсти суммарного (за цикл коммутации) тепловыделения так, чтобы тепловой баланс

Выключателя определя«0щий постоянстБО цс117лекия . сQzpaннлся;

В случае необходимости высокой О ;;.ости стабилизации давления и тем-<5 перятурь« В области контактов, расходам Охляжда10щей ВОды управля«0т прн ЛО" г:lr;1om. неслажнога регулятора.

«. f1

В конструкции Выключателя пад„-шкя .50 из с««имаемого газа устраняется. /Зугогасящяя жидкОсть Вь«палняет функции сж«мас1«ой« среды н Одновременно является теплоносителем, передающим тепло из камеры дугагасительнаго устройства

55 к Охладнтелю за счет естественнои

Вен пиляцпи камеры. Обеспечение теплоВого баланса во всех режимах работы

Вык„ 110 1ателя гарантирует запас термической устойчивости и повьппает тем самь«м ега надежность.

Чрезвычайно малая вязкость жидкой шестифтористай серы (на порядок мень шая, чем вязкость воды) позволяет получить очень высокую интенсивность конвективного теплообмена, ее сжимаемость и плотность в интервале давлений 5-10 ИПа сильно зависит от температуры,, поэтому ее применение в предлагаемой конструкции выключателя предпочтительно.

Второй вариант исполнения выключателя 17оказан на фиг.2.

Выключатель содержит камеру 24 дугагаснтельнога устройства, заполненную жидкой шестифтористой серой, находящейся под давлением выше своего критического, например 6 1!Па, внутри которой размещено коммутирующее устройство с контактами 25, а также резервуар 26 для компенсации избыточного давления, сообщающийся с камерой

24 в ее верхней части и расположенный над контактами. На наружной стенке резервуара 26 расположен регулируемый элемент Охлаждения (Охладитель), имею«ций по крайней мере две секции 27 и и 28.

Внутри резервуара 26 установлены нагреватель 29 и трубка 30, причем стенки трубки и резервуара коаксиаль«пя, а нагреватель находится внутри трубки в Верхней ее части и установлен по центру. В качестве нагревателя может быть использован, например, герметичнь«й трубчатый электронагре. ватель (ТЗН);

Ввод и Вывод охлаждающей воды в секции 27 и 28 ахладителя осуществляется через штуцеры 31.

Присоединение выкл«0чателя к коммутируемой цепн осуществляют при помощи электроввадав 32 и 33 через изоляторы

34 и 35. Заполнение предварительно полости Выключателя шестнфтористой серой производят через штуцера 36 и

37 давление контролиру«от при помощи ! манометра 38.

После полного заполнения выключателя жидкости, а чем сигнализирует резкое Возрастание давления, включают нагреватель 29 и одновременно подают

Охлаждающую.воду в нижнюю секцию 27 охладителя.

ПО мере прогрева части жидкости, зак««юченнай В абьеме, Ограниченном трубкой 30, начинается ее конвектив

E 091242!

2 ное движение в направлении, указанном стрелками на фиг,2

Одновременно возрастает давление рабочей жидкости в камере. При достижении заданного давления избыток 5 жидкости стравливают через клапан, соединенный со штуцером 36 (клапан не показан). .Измерение параметров жидкости при заполнении устройства отображается на диаграмме состояния (фиг.3) аналогично описанному вьппе.

Следует отметить, что при одном и том же положении точек А< и А точка Б для данного варианта располагается ближе к точке А, что объясняется меньшей аккумулирующей способностью жидкости, находящейся в резервуаре, Выключатель работает следующим образом, 20

После разведения контактов 25 и гашения дуги отключения любым известным способом, например, при помощи высокоскоростного потока жидкости иэ-под поршня, либо при помощи кумулятивных струй в области контактов возникает турбулизированное свободно-конвективное движение жидкости. развивающееся в направлении резервуара 26. 30

Восходящие и нисходящие потоки разделяются трубкой 30, тепловое расширение дугогасящей жидкости компенсируется сжатием той ее части, кото-— рая имеет повышенную температуру и сжимаемость (в верхней части резервуара 26).

При работе выключателя в частотном режиме нагреватель 29 отключают и подают охлаждающую воду в верхнюю 40 секцию 28 ахладителя.

В камере 24 дугогасительного устройства и резервуаре 26 при этом происходит непрерывное конвективное движение жидкости. Нагретая в облас- 45, ти контактов жидкость поднимается внутри трубки 30, имея при этом повьппенную сжимаемость, при обратном движении в зазоре, образованном наружной поверхностью трубки 30 и 50 охлаждаемой стенкой резервуара, жидкость охлаждается до требуемой температуры и попадает в область контактов, где она опять нагревается и образует восходящий поток. 55

Постоянство теплового баланса выключателя (а следовательно, и постоянство давления рабочей жидкости в камере) обеспечивается путем установления необходимого расхода охлаждающей воды через секции 27 и 28 охладителя, что может быть выполнено при помощи несложного автоматического регулятора.

Выполнение охладителя в виде двух секций улучшает стабилизацию теплового режима выключателя, так как при помощи верхней секции 28 достигается более грубое, а при помощи, нижней секции 27 — более плавное регулирование давления.

Принципиально оба варианта выключателя одинаковы и служат для обеспечения воспроизводимости режима коммутаций в частном режиме за счет стаби— лизации давления рабочей среды и ее температуры в области контактов (при сохранении теплового баланса устройства).

В основе обоих вариантов лежит компенсация избыточного давления дугогасящей жидкости (например, шестифтористой серы) за счет создания сжимаемой подушки из этой же жидкости, нагретой, например, до температуры вьш е ее критической в компенси румщем устройстве, а также рганизация естественной конвективной вентиляции объема рабочей камеры с находящимися в ней контактами, причем в качестве теплоносителя используе гся та же дугогасящая жидкость.

Однако конструктивные особенности второго варианта выключателя обеспечивают ему некоторые преимущества по сравнению с первым вариантом.

Благодаря более близкому расположению резервуара для компенсации иэбыто-нного давления к тепловыде:.нищей зоне, а также более развитой поверхности охлаждения достигается большая интенсивность конвекции. что позволяет более эффективно отводить тепло„ выделяемое в частотном режиме работы выключателя.

В результате размещения охладителя непосредственно на стенке резервуара

3 уменьшается инерционность отвода тепла (так как теплоотдача в этом случае осуществляется прп большем среднем перепаде температуры). чем достигается большая скорость выравнивания давления при тепловых возмущениях.

Наличие нагревателя и трубки во вспомогательной камере 3 позволяет

109i242

14 непосредственно перед коммутациен создать замкнутый конвективный поток жидкости (на фиг.2 показан стрелками), что повышает эффективность охлаждения контаКтов.

Секционированное исполнение охладителя улучшает стабилизацию теплового режима выключателя, способствуя тем самым лучшей воспроизводимости параметров коммутации в частотном режиме. 10

Совмещение зоны охлаждения в резервуаром для компенсации избыточного давления позволяет уменьшйть весогабаритные характеристиКи выключателя

В свою очередь, первый вариант выключателя имеет повышенную энергоемкость кампенсчрующего резервуара, так как последнйй теплоизолирован как20 от камеры (посредством охладителя), так и от окружающей среды (при помощи теплоизолирующего слон, размещенного на внутренней поверхности резервуара).

Тепловые и гидродинамические явления, возникающие в жидкости, при работе выключателя в частном режиме можно подразделить на .быстрые и мед ленные. К быстрым относятся явления формирования дугового столба и образования газового пузыря при коммутации в жидкости, сопровождающиеся мощными высокочастотными пульсациями давления, а также скачкообразные из34 менения плотности, возникающие, например, при выбрасывании в объем камеры части жидкости из-под поршня. К медленным явлениям относится свободная конвекция, возникающая около на40 гретых контактов, а также в охлаждаемом пристеночном слое жидкости. К числу медленных можно отнести также и дополнительную турбулизацию среды, связанную с теплоотдачей от нагреЯ5 того пузыря.

В описанных вариантах выключателя . компенсируются возмущения давления как в результате быстрых процессов за счет наличия сжимаемой среды в резервуаре, так и в результате мед-.

50 ленных — эа счет отвода избыточного тепла к охладителю и сохранения теп" лового баланса выключателя.

Иэ сравнения вариантов выключателя, а также приведенных характеристик возмущений следует, что первый из них предпочтителен при преобладании быстрых тепловЫх и гидродинамических возмущений при относительно более низкой частотности коммутации, а второй — при преобладании медленных возмущений при Относительно более высокой частотности срабатывания.

Следует отметить то обстоятельство, что оба варианта предлагаемого: выключателя принципиально могут работать при давлении дугогасящей жидкости в камере меньшем критического, однако при этом их запас термической устойчивости и надежность существенно снижаются.

Эффективность прецлагаемого высоковольтного выключателя можно приближенно оценить, сравнивая отклонения давления в нем и в выключателе, принятом за прототип, при одинаковых начальном давлении и температуре в камере дугогасительного устройства о (например, б ИПа и 20 С).

Примем, что в прототипе компенсирующий резервуар заполнен гелием, а в предлагаемом устройстве (первый вариант) — тем же дугогасящим веществом, что и в камере дугогасительного устройства, например, шестифто" ристой серой, нагретой до 80 С.

Коэффициенты изотермической сжимаемости сред в компенсирующем резервуаре при выбранных параметрах составят соответственно: для гелия

О,I65 NHa, для шестифтористой серы

0Ä347 ИПа " .

При одинаковых объемах, а также "íà÷åíèÿõ тепловыделения в камерах отклонение от начального давления в предлагаемом устройстве примерно в два раза меньше, чем в прототипе.

В результате того, что дугогасительная среда выполняет также функции теплоносителя и упругого.демпфирующего элемента достигается конструктинная простота устройства.

Использование предлагаемого выключателя обеспечивает сохранение термической устойчивости и непрерывную работу в указанном режиме °

1091242

Ф иг. f

1091242

1091242

Составитель В.Попова

Редактор Н.Руднева Техред А.Кикемезей Корректор В.Синицкая

Заказ 3090749 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4