Высоковольтный коммутационный аппарат

 

Изобретение относится к области электроаппаратостроения и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки с магнитным гашением дуги. Цель изобретения - упрощение конструкции аппарата и повышение его надежности. Цель достигается тем, что в известном высоковольтном коммутационном аппарате с магнитным гашением дуги, содержащем герметизированный изолятор, заполненИзобретение относится кэлектроаппаратостроению и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки, выключателя с ограниченной мощностью отключения с магнитным гашением дуги в элегазе. В распределительных сетях напряжением 35-220 кВ в качестве оперативных и защитных аппаратов используют выключатели - достаточно сложные и дорогостоящие аппараты . Их применение существенно увеличиный элегазом, в котором размещена контактная система в виде подвижного и неподвижного контактов, соосно расположенные дугогасительные электроды и промежутки, смонтированные на изоляционных стержнях , согласно изобретению дополнительно введены верхнее и нижнее монтажные основания с приливами и примыкающими к ним элементами. Неподвижный контакт смонтирован на верхнем монтажном основании , расположен за верхним дугогасительным электродом и смещен в его сторону, на изоляционных стержнях смонтированы по крайней мере два дугогасительных электрода, ось дугогасительных электродов смещена в сторону от оси изолятора , верхние и нижние монтажные основания сочленены с помощью изоляционных стержней вдугогасительный блок, на приливах нижнего основания установлены стойки роликового контакта. Кроме того, аппарат дополнительно снабжен переходным удлинительным элементом высотой Н. при этом длина подвижного контактного стержня увеличена на высоту Н. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. вает стоимость распределительных устройств . Целью изобретения является упрощение конструкции высоковольтного коммутационного аппарата и повышение его надежности. На фиг. 1 показан высоковольтный коммутационный аппарат, разрез; на фиг. 2 - верхняя часть нижнего фланца с сегментами; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2: на фиг. 4 - сечение фазы аппарата; на фиг 5 - промежуточные дугогасительные электроды; на сл с а ю sj СА) Ю

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 Н 01 Н 33/74

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4707018/07 (22) 19.06.89 (46) 07.12.91. Бюл. ¹ 45 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по высоковольтной аппаратуре Великолукского завода высоковольтной аппаратуры (72) А.И.Полтев, И,П.Мирошников, Ю.И.Трифонов и Э.Н.Якунин (53) 621,316.524 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1042100, кл. Н 01 Н 33/74, 1983. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к области электроаппаратостроения и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки с магнитным гашением дуги. Цель изобретения — упрощение конструкции аппарата и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в известном высоковольтном коммутационном аппарате с магнитным гашением дуги, содержащем герметизированный изолятор, заполненИзобретение относится к электроаппаратостроению и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки, выключателя с ограниченной мощностью отключения с магнитным гашением дуги в элегазе.

В распределительных сетях напряжением 35-220 кВ в качестве оперативных и защитных аппаратов используют выключатели— достаточно сложные и дорогостоящие аппараты. Их применение существенно увеличи„„5U ÄÄ 1697132 А1 ный элегазом, в котором размещена контактная система в виде подвижного и неподвижного контактов, соосно расположенные дугогасительные электроды и промежутки, смонтированные на изоляционных стержнях, согласно изобретению дополнительно введены верхнее и нижнее монтажные основания с приливами и примыкающими к ним элементами. Неподвижный контакт смонтирован на верхнем монтажном основании, расположен за верхним дугогасительным .электродом и смещен в его сторону, на изоляционных стержнях смонтированы по крайней мере два дугогасительных электрода, ось дугогасительных электродов смещена в сторону от оси изолятора, верхние и нижние монтажные основания сочленены с помощью изоляционных стержней вдугогасительный блок, на приливах нижнего основания установлены стойки роликового контакта. Кроме того, аппарат дополнительно снабжен переходным удлинительным элементом высотой Н. при этом длина подвижного контактного стержня увеличена на высоту Н. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. вает стоимость распределительных устройств.

Целью изобретения является упрощение конструкции высоковольтного коммутационного аппарата и повышение его надежности.

На фиг. 1 показан высоковольтный коммутационный аппарат, разрез; на фиг. 2— верхняя часть нижнего фланца с сегментами; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 2; на фиг.

4 — сечение фазы аппарата: на фиг. 5 — промежуточные дугогасительные электроды; на

1697132 фиг, 6 — зависимость. радиальной составля,ющей индукции магнитного поля В» от расстояния между плоскостями постоянных магнитов Я, (кривая А -- зависимость радиальной составляющей индукции магнитного поля Вр от расстояния между плоскостями постоянных магнитов S> при S< = 30 мм; кривая  — при SM = 50 мм; кривая С вЂ” при

Ям = 70 мм; кривая Π— при S = 100 мм; кривая Š— зависимость радиальной составляющей индукции Вр от радиуса постоянных магнитов); на фиг. 7 — зависимости произведения В S от радиуса закругления электрода С; на фиг. 8 — переходный удлинительный элемент.

Высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги в элегазе имеет пофазное исполнение. Его дугогасительное устройство (фиг.1), содержащее как минимум три дугогасительных промежутка в фазе, может быть использовано в аппаратах на 35 кВ при атмосферном давлении злегаза и в аппаратах на 110 и 220 кВ при более высоком давлени л и числе промежутков более трех.

В ы соко вол ьтн ый коммутационный Bf1" парат представляет собой полый опорный изолятор 1 с фланцами 2 и 3. На верхней стороне нижнего фланца 3 имеются два кольцевых сегмента 4 с перевернутыми Тобразными пазами (фиг, 1 и 2). Следует отметить, что Т-образные или тавровые пазы могут быть выполнены л непосредственно в нижнем фланце 3.

На двух стойках 5 базового монтажно о узла с нижней стороны имеются уширения

6 по форме пазов, в которые при повороте монтажного узла входят уширения 6(фиг.1).

На стойках 5 установлено нижнее монтажное основание 7 с корпусом 8 нижнего дугогасительного электрода 9, на котором смонтированы шесть (или более) монтажных изоляционных стержней 10. Эти стержни выполняют, по крайней мере, три функции.

На правой стойке 5 базового монтажного узла имеются два прилива 11, в которые вмонтированы стойки 12 роликового контакта, содержащего стойки 12 (фиг.4), ролики 13 и подвижный контактный стержень 14, который может иметь трубчатое сечение.

Исключение первого недостатка,присущего прототипу, достигается рациональным размещением дугогасительных электродов, ось которых смещена в сторону от оси изолятора, и контактов — подвижный контактн ый стержень 14 расположен в непосредственной близости от дугогасительных:электродов, Благодаря этому можно использовать изолятор с небольшим

55 внутренним диаметром dt и. следовательно, с небольшим разрывающим осевым усилием Fo = л б ь(Р-1 105)14, которое изоляцион2 ные монтажные стержни легко могут скомпенсировать. Поэтому дорогой, меха нически прочный изолятор для предлагаемого аппарата не потребуется.

Первая функция изоляционных монтажных стержней 10 заключается в следующем.

На.них с помощью распорных трубок 15 смонтированы поддерживающие пластины

16. На этих дугостойких изоляционных пластинах 16 смонтировано не менее двух промежуточных дугогасительных электродов 17 (фиг.5), которые составлены из двух частей

17а и 17б. В кольцевом пазу между ними зажата поддерживающая пластина 16.

Во внутренней полости всех электродов содержатся постоянные магниты 18, защищенные от прямого воздействия дуги дугостойкими изоляционными пластинами 19.

Постоянные магниты установлены так, что в данном дугогасительном промежутке их одноименные полюса направлены встречно, В результате такого включения магнитов возникает радиальное магнитное поле В>, На верхнем монтажном основании 20 (фиг.1) установлен корпус 21 верхнего дугогасительного электрода 22 и неподвижный розеточный контакт 23. К верхней стороне верхнего монтажного основания 20 прикреплена гибкая токоведущая связь 24, второй конец прикреплен к верхнему фланцу 2.

Вторая функция изоляционных монтажных стержней 10 заключается в следующем.

Все элементы, расположенные между нижним 7 и верхним 20 монтажными основаниями примыкающими к ним деталям, с помощью изоляционных монтажных стержней 10 сочленены в модульный дугогасительный блок, пригодный для установки в аппаратах на 35 и 110 кВ, В аппаратах на

220 кВ возможно потребуется установка третьего промежуточного дугогасительного электрода 17. П ри дальней ш ем увеличении числа промежуточных электродов следует учитывать все возрастающую неоднородность распределения напряжения по промежуткам.

Возможность расширения параметров высоковольтного коммутационного аппарата путем увеличения числа промежуточных электодов — дополнительное преимущество предлагаемого аппарата перед известным, Третья функция изоляционных монтаж ных стержней 10 заключается в следующем.

Верхнее монтажное основание 20 и фланец

2 стянуты между собой разгружающими шпильками 25. Стягивающее усилие на фланец 2 создается разгружающими пружина1697132 ми 26, которые совместно с фланцем 2 в аварийной ситуации могут играть роль предохранительногоо клапана.

Усилие, создаваемое разгружающими пружинами 26, шпильками 25 и стержнями 5

10, передается на базовый монтажный узел (позиции 7. 5 и 6), в результате чего создается контактное нажатие в контактном переходе нижний фланец 3 — монтажный узел (позиции 6 и 5) и разгуржающее изолятор 1 10 осевое усилие.

Суммарное стягивающее усилие шпилек 25, а следовательно, и стержней 10 должно быть несколько больше осевого, разрывающего изолятор усилия: 15

Fp = x d b(P-1 ° 10 )/4 где db — внутренний диаметр йолого опорного изолятора 1; (P-1 ° 105) — избыточное давление во внутренней полости изолятора, 20

Верхним герметизирующим элементом полого опорного изолятора является колпак

27.

Для того, чтобы предельно уменьшить силы трения при работе аппарата в его кон- 25 струкции оставлен только один розеточный контакт 23 и предусмотрен роликовый контакт, состоящий из стержня 14, роликов 13 и стоек 12, ввернутыхв приливы 11 стойки 5 базового монтажного узла (фиг.1 и 3). В та- 30 кой системе сила трения существует только во время перемещения стержня 14 в пределах розеточного контакта 23, Указанная контактная система позволит существенно уменьшить требуемые 35 мощность и работу привода.

Во включенном положении аппарата путь тока следующий: внешний контакт 28, фланец 2, гибкая связь 24, верхнее монтажное основание 20, розеточный контакт 23 40 подвижный стержень 14, ролики 13, стойки

12, приливы 11, стойка 5 базового монтажного узла, уширение 6, сегмент 4, нижний фланец 3 и, в случае отдельно стоящего выключателя нагрузки, подсоединяемый про- 45 вод.

Если выключатель нагрузки скомбинирован с блоком предохранителей, то с фланца 3 ток поступает на короб, на котором смонтированы выключатель нагрузки и блок 50 предохранителей.

Управление подвижным контактным стержнем 14 осуществляется следующим образом. К нижнему фланцу 3 герметично прикреплен "карман" 29 (этот "карман" мо- 55 жет быть отлит заодно с фланцем 3). В "кармане" 29 размещены рычаг 30 и серьга 31, связанная со стержнем 14. Рычаг 30 укреплен на оси 32, которая через уплотнение выходит наружу. С внешней cTGpoHbl "кармана" на оси 32 укреплен рычаг 33, связанный с приводом. При повороте (под дейСтвием привода) рычага 33 против часовой стрелки рычаг 30 также поворачивается против часовой стрелки. В результате этого контактный стержень 14 роликового контакта перемещается вверх до полного вхождения в неподвижный розеточный контакт 23. При повороте рычагов 33 и 30 по часовой стрелке произойдет операция отключения, На большей части хода контактного стер>кня 14 привод преодолевает только силу трения качения, весьма малую по величине.

По мере перемещения контактного стержня 14 вниз последовательно зажигаются дуги в дугогасительных промежутках.

Когда контактный стержень 14 опустится в крайнее нижнее положение, дугогасительное устройство окажется полностью включенным в работу.

Для того, чтобы процесс зажигания дуг в дугогасительных промежутках не сопровождался опасными перенапряжениями, контактный стержень 14 расположен в непосредственной близости от дугогасительных электродов. Чтобы обеспечить такое располо>кение подвижного контактного стерожня 14 относительно дугогасительных электродов, неподвижный розеточный контакт 23 расположен за верхним дугогасительным электродом и смещен в его сторону.

Процесс гашения дуги в аппарате сугубо переходный процесс, в результате которого дуговой промежуток из проводящего состояния переходит в непроводящее. Интенсивность этого процесса зависит как от интенсивности отвода тепловой энергии от дуги, так и величины электрической прочности "холодного" промежутка между электродами.

В устройствах с магнитным гашеним дуги интенсивность отвода тепловой энергии от дуги пропорциональна скорости перемещения дуги, а последняя зависит от силы F, действующей на дугу и вызывающей ее перемещение в неподвижном газе. Сила пропорциональна радиальной составляющей инДУкЦии Вп магнитного полЯ (фиг.б).

Исследованиями установлено, что радиальная составляющая индукции 8р в промежутке между плоскостями магнитов изменяется как по радиусу, так и в зависимости От расстояния между плоскостями постоянных магнитов (кривые А-0, фиг.б).

Кривая F o;;àçûâàåò, что максимальное значение индукции Bpm имеет место при расстоянии От Оси магнитов. равном HBp>æному ра.1усу постоя Hн ы х магн итов. Дугу

1697 132 надо заставить гореть в области максимума ,индукции Bpm, а для этого необходимо обеспечить, чтобы средний диаметр дугогасител ьн ых электодов (фиг, 5 и 6) 0,5 (d -db) был примерно равен наружномудиаметру бм постоянных магнитов, кроме того, значение индукции Bpm падает при увеличении расстояния Sm между плоскостями встречно включенных постоянных магнитов. Для интенсификации отвода тепловой энергии от дуги следует по возможности уменьшать S, но при этом уменьшается и расстояние S между электродами, а следовательно, и электрическая прочность U холодного межэлектродного промежутка.

Следует отметить, что последняя (при данном давлении газа) зависит не только от расстояния $, но и от радиуса закругления электрода r.

Выдерживаемое междуконтактным промежутком напряжение равно

Ua =- Ев PS> где ЕБ — выдерживаемая напряженность электрического поля при данных условиях;

P — коэффициент использования системы.

При заданном давлении элегаза ЕБ постоянно, следовательно, выдерживаемое напряжение зависит только от произведения j3 S. Кривые зависимости произведения

P S от радиуса закругления электрода г приведены на фиг. 7, Они показывают, что при фиксированном значении S кривые/3-$ = f(r) уплощаются после г = 8 мм, Поэтому увеличение радиуса закругления сверх 10-12 мм нецелесообразно.

Таким образом, на дугогасительную способность устройства с магнитным гашением дуги влияют два фактора, действующие в противоположных направлениях; электрическая прочность и радиальная составляющая индукции магнитного поля.

Кроме того, на дугогасительную способHocTb рассматриваемого устройства влияет высота выступа h электрода над поверхностью магнита (фиг,5).

Если задано расстояние S между электродами, то расстояние $ч между плоскостями магнитов

$м = S+2h.

Чем меньше h, тем (при заданном значении S) меньше $, а следовательно, выше значение Bpm и выше дугогасительная способность. Предел уменьшения h кладеттребуемая электрическая износоустойчивость контактов — требуемое число операций стключения предельного отключаемого тока.

Таким образом, оптимальными значениями радиуса закругления электродов и расстояния между ними будут такие, при которых произведение электричекой прочности на радиальную составляющую магнитного поля соответствует максимуму, Для приближения дугогасительных промежутков к области оптимума, в которой обеспечивается наиболее высокая электрическая прочность.как внутри, так и по наружной поверхности изолятора, предусмотрен переходный удлинительный элемент(фиг.8).

В крышке этого момента имеются пазы для уширений 6 базового монтажного узла 5, а уширения этого переходного элемента, точно такие же, как и у узла 5. Высота Н переходного удлинительного элемента зависит от класса напряжения, На высоту Н должно быть увеличена длина подвижного контактного стержня 14 (для уменьшения массы движущихся элементов подвижный контактный стержень имеет трубчатое сечение), В чистом виде выключатели нагрузки могут применяться на тупиковых подстанциях с небольшим током короткого замыкания, который они способны отключать, Формула изобретения

1, Высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги, содержащий герметизированный изолятор с верхним и нижним фланцами, заполненный элегазом, в котором размещена контактная система в виде подвижного контактного стержня и неподвижного в виде розетки контакта соосно расположенные дугогасительные электроды и промежутки, смонтированные на изоляционных стержнях, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности аппарата, он снабжен верхним и нижним монтажными основаниями, расположенными внутри изолятора. причем на верхнем основании размещен укаэанный неподвижный контакт и расположен за верхним дугогасительным электодом, на нижнем основании выполнены приливы, на которых установлены стойки дополнительно введенного контакта, при этом указанные основания соединены указанными изоляционными стержнями.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен переходным удлинительным элементом, при этом длина подвижного контактного стержня увеличена на высоту переходного удли«утельного элемента.

1697132

1697132

1697132 .

УУ

6N

/1

0 УЮ 40 б0 80 100 юг. E

1697132

Ф4 np ÔÀÓ+æ -sam оРЯ у;у ур

Лаж -.дул,дЫ z. Ь z. 7

F z 8

Корректор Э.Лончакова

Составитель В,Попова

Техред M.Моргентал

Редактор Н.Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4309 Тираж Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушскав наб., 4(5