Дугогасительное устройство для газового выключателя

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к дугогасительным устройствам высоковольтных выключателей переменного тока с газовым дутьем. Целью изобретения является повышение отключающей способности и напряжения на разрыв . Эта цель достигается тем. что в дугогасительном устройстве дугогасительный контакт выполнен в виде резонатора с глухой цилиндрической полостью, ось которой совпадает с осью сопла. Когда дугогасительный контактполый, с соплом, он снабжен дугоулавливающим электродом в виде резонатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Н ЗЗ/91

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

О

00 (л) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4767902/07 (22) 13.11,89 (46) 07.01.92. Бюл. hh t (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàïèíèíà, Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт высоковольтного аппаратостроения Электроаппарат" и Ленинградский государственный университет

{72) Ю.И.Вишневский, С.С.Гутнер, Г.С.Каплан, Е.H.Òîíêîíîãîâ и E.À.Óãðþìîâ (53) 621.316.524(088.8) (56) Патент Швейцарии М 629910, кл. Н 01 Н

33/91, 1980.

Патент Швейцарии М 535487, кл. Н 01

Н 33/74, 1970.

Патент Швейцарии N470068,,кл. Н 01

Н. 1968.

Изобретение относится к электротехнике, к дугогасительным устройствам (ДУ) для коммутационных аппаратов, например выключателей высокого напряжения переменного тока с газовым дутьем с одной или двумя ступенями давления.

Известно ДУ для газового высоковольТНосо выключателя, где collëo имеет резонаторы, выполненные в виде глухих отверстий и полостей для создания пульсирующего газового потока с целью более эффективного воздействия на электрическую дугу отключения.

Недостатком таких ДУ является малая интенсивность пульсаций, возникающих в непосредственной близости от поверхности сопла, и затухании их при проникновении к,, Ж, 1704183 А1 (54) ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ГАЗОВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к дугогасительным устройствам высоковольтных выключателей переменного тока с газовым дутьем. Целью изобретения является повышение отключающей способности и напряжения на разрыв. Эта цель достигается тем, что в дугогасительном устройстве дугогасительный контакт выполнен в виде резонатора с глухой цилиндрической полостью, ось которой совпадает с осью сопла, Когда дугогасительный контакт- полый, с соплом, он снабжен дугоулавливающим электродом в виде резонатора. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. пограничному слою между дугой и газовым потоком в период перехода тока через нуль.

Наиболее близким к предложенному, является ДУ газового выключателя содержащее подвижный и неподвижный дугогасительные контакты, где резонаторы в виде глухих полостей расположены на соплах контактов или на подвижных дугогасительных контактах, при этом объем резонаторов изменяется в процессе движения контактов при отключении, что влияет на частоту пульсаций.

Недостатком этих резонаторов в ДУ является их малая эффективность. так как для создания пульсаций используются лишь пристенные слои потока газа, а большая часть газа не участвует в создании пульсирующего потока, воздействующего на элек1704183

55 трическую дугу в период перехода тока через нуль, Это влечет эа собой относительно низкую отключающую способность и малое напряжение на разрыв, Цель изобретения — повышение отключающей способности ДУ и напряжения на разрыв эа счет повышения эффективности воздействия г1ульсирующего газового потока на электрическую дугу отключения.

Указанная цель достигается тем, что в

ДУ для газового выключателя, содержащем подвижный и неподвижный дугогасительные контакты, сопла с резонаторами, один иэ дугогасительных контактов выполнен в виде резонатора с глухой полостью. ось которой совпадает с осью сопла, при этом выбраны следующие соотношения: Ik/d«0.8-2,5. Ip/áññ 0,5-2, при бр/бсс = 0,6-1.1, числа Маха на срезе сопла Mcc = Чс/Чс 1-1,5 и степени нерасчетности и - Рс/Р>

>1, где dcc — диаметр среза сопла I»расстояние между срезом сопла и дугогасительным контактом в виде резонатора, бр, lp — диаметр среза и длина полости резонатора дугогасительного контакта, Чс, Чс — местная и звуковая скорости газа на срезе сопла, Рс. Рa — давление газа на срезе сопла и в полости низкого давления. Когда второй дугогасительный контакт полый с соплом, то он снабжен дугоулавливающим электродом, выполненным в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла первого дугогасительного контакта, при этом выбраны следующие соотношения; Ikk/dck - 0,8-2,5, lpk/dck = 0,5-2, при этом dpk/dck - 0,6-1,1.:числа Маха на срезе сопла дугогасительного контакта Мс, = 11,5 и степени нерасчетности n 1, где

dck — диаметр среза сопла дугогасительного кОнтакта, lkk — раССтОяниЕ» -=,.. . ду СрЕЗОм сопла дугогасительного контакта и дугоулэвливающим электродом в виде реэонатоРа, dpk. Ipk — ДиамЕтР СРЕЗа пслОСти и Длина резонатора дугоулавливающего электрода.

Известны автоколебател ьные устройства, где вытекающая из сопла струя натекает на преграду в виде глухой полости (резонатора) с образованием пульсирующего процесса, Такие газоструйные генераторы

Гартмана используются в качестве мощных акустических излучателей. В предлагаемом устройстве принцип Гартмана используется для локального воздействия на электрическую дугу в межконтактньм промежутке ДУ, где контакты (или дугоулавливающие электроды) выполнены в виде резонаторов.

На фиг.1 а.б представлены дугогасительные устройства газовых выключателей, (а — дугогасительный контакт в виде резона5

35 тора в системе одностороннего дутья, б— полый дугогасительный контакт с соплом с дугоулавливающим электродом в виде резонатора в системе двухстороннего несимметричного дутья); на фиг,2 — гаэодинамические характеристики элементов ДУ одностороннего дутья: изомахи веерной струи у среза (входа) в резонатор дугогасительного контакта при г = 0,4 и т = 1,5 и -1, Мсс - 2, бсс=бр. где г = t/бсс (Ups ), P р — давление и плотность газа в полости низкого давления (среда-воздух).

ДУ одностороннего дутья (фиг.1а) содержит подвижный контакт 1, сопло 2, неподвижный контакт 3 в виде резонатора с глухой полостью 4. Электрическая дуга 5 горит между контактами 1 и 3 и обдувается продольным газовым потоком благодаря перепаду давления Po/Ð, > 1, где Po — высокое давление до входа в сопло 2, а Ра = const низкое давление.

ДУ (фиг.1б) несимметричного двухстороннего дутья (когда площадь сечения горловины сопла дугогасительного контакта S

- 0,2 — 0,3 S где Sc — площадь сечения горловины сопла) или двухстороннего дутья (когда S = Sc) содержит полый дугогасительный контакт 1 с соплом и дугоулавливающий электрод 6 выполненный в виде резонатора с глухой полостью 7, а также неподвижный дугогасительный контакт 3, выполненный s виде резонатора полостью 4. Электрическая дуга 5 горит между контактом 3 и дугоулавливающим электродом 6.

ДУ работает следующим образом.

При размыкании дугогасительных контактов 1 и 3 возникает электрическая дуга 5.

Газовый поток вытекает из сопла 2 и натекает на дугогасительный контакт 3. выполненный в виде резонатора с глухой полостью 4. Глухая полость 4 помещена по оси потока. вытекающего из сопла 2, генерирует высокочастотные колебания газа в непосредственной близости от входа в резонатор контакта 3. Возникают ударно-волновые процессы внутри полости 4, колебания скачков в натекающей на полость струи, периодическое формирование нестационарной веерной струи, ударноволновые процессы в окружающее пространство, В момент перехода тока через нуль, такая нестационарная автоколебательная система способствует повышению уровня мелкомасштабной турбулентности и приводит к интенсивному перемешиванию и быстрому рассасыванию остаточного ствола дуги 5 в зоне за срезом сопла, а следовательно, способствует повышению отключающей спо1704183

55 собности и напряжения на разрыв такого

ДУ

ДУ работает аналогично ДУ: в непосредственной близости от контакта 3 и дугоулавливающего электрода 6 имеются зоны интенсивной пульсации потока, способствующее улучшению дугогашения.

Экспериментальные исследования в гаэодинамической лаборатории при холодной продувке проведены для моделей ДУ с резонатором в виде глухой цилиндрической полости при соотношении параметров

lk/бсс = 1-5, Ip/dec =0,5 -4; dp/dñññ = 0,6-1,1.

Mcc= 1 — 2, n > 1.

1ф

Показано, что начало зоны пульсации хн =

Ьн/бсс и конец зоны пульсации хк = 1кз/бсс зависят от Мсс, и, коэффициента адиабаты у.

Для оценки можно рекомендовать следующие эмпирическиещавнения: хн = 1,86 Мсср/П б — 1, х» = 2,41 Mccoy A у — 0,76

Дополнительное дутье в зоне пульсации у контакта с резонатором определяется параметрами нестационарной веерной струи (фиг.2).

Для определения влияния электрической дуги отключения на работу ДУ на высоковольтном испытательном стенде проведены сравнительные коммутационные испытания на моделях в режиме неуделенно о к.э., для которых характерен тепловой пробой межконтактного промежутка. Для исследований использовались модели устройств, представленные на фиг.1а,б (газовая среда-воздух. злегаз, глухая полость резонатора выполнена цилиндрической), Они сравнивались с подобными моделями ДУ. где как дугогасительный контакт (фиг.1а), так и дугоулавливающий электрод (фиг,16) выполнены целыми без глухих полостей 4,7. При исследованиях с элегазом перепад давления Р,/Ра составляет (МПа)

0,3/0;1-0,7/0,1 для воздуха 0,4/0,1-1,4/0,2, а геометрия сопел выбрана согласно газодинамическим функциям (для воздуха у= 1.4, для элегаза y = 1,08, критическое сечение сопел d

connaMcc= 1,0-1,5 и степени нерасчетности и 1, 5

Аналогичные результаты получены для конструкций резонаторов в контактах. когда продольный профиль глухой полости выполнен конусным.

Выбор параметром вне предлагаемых соотношений приводит к ухудшению работы ДУ. Так, при Ip < 0,5dcc отмечается посадка дуги на дно полости резонатора и дугогасительная способность снижается до уровня обычных ДУ. При lp > 2dcc время формирования веерной струи увеличивается, что также приводит к уменьшению эффективности. Увеличение ik/dcc > 2.5 снижает эффект локального вЛияния пульсаций на дугу отключения и приводит к понижению отключающей способности до уровня обычных ДУ. При Mcc > 1,5 зсна пульсаций смещается в сторону больших х и х ки локальное воздействие пульсаций на остаточный ствол дуги уменьшается. Пои Мсс < 1 снижается деионизация остаточного ствола дуги в горловине сопла (сопел), что приводит к уменьшению отключающей способности

ДУ, В процессе исследований процессов дугогашения отмечается вращение дуги по оконечности дугогасительного контакта в виде резонатора, что связано с электромагнитной неустойчивостью дуги и воздействием ее с веерной струей. Этот положительный эффект способствует повышению отключающей способности и коммутационного ресурса контактов.

На основании полученных результатов экспериментальных и теоретических исследований показано, что использование дугогасительных контактов и дугоулавливающих электродов в виде резонаторов способствует повышению отключающей способности

ДУ на 15 — 25 Д. Пр ; неизменном токе отключения можно соответственно увеличить напряжение на разрыв ДУ.

Формула изобретения

1. Дугогаситеаьное устрэйство для газового выключателя, содержащее подвижный и неподвижный дугогасительные контакты, сопла с резонаторами, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения отключающей способности и напряжения на разрыв, один из дугогасительных контактов выполнен в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла, при этом

ВЫбРаНЫ СЛЕДУЮЩИЕ СООТНОШЕНИЯ: lk/1сс =

0,8 — 2,5; 1р/dcc = 0.5 — 2 при do/dcc = 0,6-1.1 числах Маха на срезе сопла Mcc = Чс/Чса =

1-1,5, степени нерасчетности и = Р,/Р, 1, где dcc — диаметр среза сопла: Ik — расстояние между срезом сопла и дугогасительным контактом v виде резонатора;1р, бр — длина полости и диаметр среза резонатора дугогасительного контакта: Vc, lса — местная и,ковая скорости газа íà r .зе сопла; Рс, ".: — давлени газа на срезе сопла и в полониэкого д . вления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что второй дугогасительный контакт с соплом по оси снабжен дугоулавливающим электродом, выполненным в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла первого дугогасительного контакта, при этом выбраны следующие соотношения: Ikk/dck 0,8 — 2,5, 1pk/dñk

= 0,5-2, при dpk/dck = 0,6-1,1 числах Маха на срезе сопла дугогасительногс контакта

Mc - 1-1,5 и степени расчетности n R 1, где d k — диаметр сопла дугогасительного

5 контакта; 1кк — расстояние между срезом сопла дугогасительного контакта и дугоулевливающим электродом в виде резонатора;

Ipk, б — Длина полости и ДиаметР сРеза Резонатора дугоулавливающего электрода.

1704183

=Оф

=15

Составитель Е.Тонконогов

Редактор С.Патрушева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 65 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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