Способ гашения дуги отключения в высоковольтном коммутационном аппарате и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области высоковольтной техники и может быть использовано в выключателях высокого напряжения переменного и постоянного тока. Цель изобретения - повышение дугогасительной способности аппарата за счет, повышения эффективности взаимодействия эффективности взаимодействия дуги отключения с потоком дугогасящего газа (ДГ). Способ заключается в сжатии ДГ в полости высокого давления и формировании его в непрерывный поток. После этого направляют поток газа в зону горения дуги, перед подачей потока ДГ в зону горения дуги в непрерывном потоке ДГ генерируют колебания, преобразуя его в пульсирующй поток. Кроме того, в спектре колебаний пульсирующего потока ДГ генерируют по крайней мере одну частоту, характерную для спектра колебаний параметров дуги отключения. Пульсацию потока создают также разделением его на две части, одна из которых генерирует колебания во второй части. В дугогасящем устройстве, содержащем полость высокого давления, пневматически связанную кольцевым каналом с соплом, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты, по крайней мере один из указанных элементов снабжен как минимум одним прерывателем (П) потока ДГ. Для создания пульсирующего потока допускается использовать пять П. поскольку это оптимальное количество для нарушения устойчивости дуги при условии, что а 2cos v5 1,618..., рад, где а-классическое золотое сечение (угол между соседними прерывателями) - иррациональное число, равное пределу отношения соседних чисел ряда Фибоначчи. Такое расположение прерывателей позволяет осуществить квазипериодический (почти периодический) режим колебаний в пульсирующем потоке. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С VI О VI о 1±

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 Н 33/74

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И.ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОП ИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ,.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1л (Л

С 3

О 4 (с

Ф (21) 4756812/07 (22) 09.11.89

° (46) 23.01.92. Бюл. М 3 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический йнститут высоковольтного аг ратостроения

Ленинградского произв:., венного объединения "Электроаппарат" (72) Г.Я, Бо родя н с кий, Г. M. Махтин, Ю.И,Вишневский, Е.Н.Тонконогов, Г,С.Каплан и С.Л.Буянтуев (53) 621,316.524 (088.8) (56) Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения./Под ред.

B.Â.Àôàíàñüåâà. Л.: Энергия, 1987, с. 311314, рис. 5.21, 5.22.

Кукеков Г.А., Цыдыпев Д.Н. Влияние турбулизации газового потока в межконтактном промежутке на отключающую способность дугогасительного устройства. — В сб.:

Динамика электрической дуги. Улан-Удэ, 1988, (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ ДУГИ ОТКЛЮЧЕНИЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНОМ КОММУТАЦИОННОМ АППАРАТЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области высоковольтной техники и может быть использовано в выключателях высокого напряжения переменного и постоянного тока. Цель изобретения — повышение дугогасительной способности аппарата за счет повышения эффективности взаимодействия эффективности взаимодействия дуги отключения с

Изобретение относится к высоковольтной технике и может быть использовано в

„„SU „„1707641 Al потоком дугогасящего газа (ДГ). Способ заключается в сжатии ДГ в полости высокого давления и формировании его в непрерывный поток. После этого направляют поток газа в зону горения дуги, перед подачей потока ДГ в зону горения дуги в непрерывном потоке ДГ генерируют колебания, преобразуя его в пульсирующй поток. Кроме того, в спектре колебаний пульсирующего потока ДГ генерируют по крайней мере одну частоту, характерную для спектра колебаний параметров дуги отключения, Пульсацию потока создают также разделением его на две части, одна из которых генерирует колебания во второй части, В дугогасящем устройстве. содержащем полость высокого давления, пневматически связанную кольцевым каналом с соплом, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты, по крайней мере один из указанных элементов снабжен как минимум одним прерывателем (П) потока ДГ. Для создания пульсирующего потока допускается использовать пять П. поскольку это оптимальное количество для нарушения устойчивости дуги при условии, что a = 2cos У5 = 1,618..., рад, где а — классическое золотое сечение (угол между соседними прерывателями)— иррациональное число, равное пределу отношения соседних чисел ряда Фибоначчи.

Такое расположение прерывателей позволяет осуществить квазипериодический (почти периодический) режим колебаний в пульсирующе л потоке. 2 с. и 9 э.п. ф-лы, 3 ил, выключателях высокого напряжения переменного и постоянного тока.

1707641

Известен способ гашения дуги в высоковольтном коммутационном аппарате (выключателе). заключающийся в том, что гашение образующейся при размыкании контактов дуги осуществляют посредством дутья сжатого газа на дугу с последующей эвакуацией плазменных образований из межконтактного промежутка.

Известен также способ гашения дуги в высоковольтном выключателе с продольным газовым дутьем, заключающийся в подаче сжатого газа с непрерывными гаэодинамическими характеристиками в зону дуги, образующейся при размыкании контактов, с одновременным выхлопом газа, отработанного в межконтактном промежутке в зону низкого давления.

Известная конструкция дугогасительного устройства содержит полость высокого давления со сжатым газом. пневматически связанную кольцевым каналом с соплом, в котором размещены подвижный и неподвижный контакты, и полость низкого давления.

Недо таток известных способов заключаю бийся в том, что они не обеспечивают

I высокой эффективности используемого для дугогашения сжатого газа и ограничивают воэможности повышения дугогасительной способности выключателей. Это объясняется тем, что эффективность дугогашения зависит от структуры потока дугогасащей среды и его давления. В условиях непрерывного потока дуго асящего rasa, создаваемого известными способами и устройством. повышение эффективности дугогашения достигается эа счет повышения давления дугогасящего газа, что усложняет конструкцию выключателя и увеличивэе; его металлоемкость.

Цель изобретения состоит в повышении дугогасительной способности аппарата за счет псвышения эффективности езаимодействиs; дуги отключения с потоком дугогасящего газа.

Поставленная цель достигается тем, что по способу гашения дуги отключения в высоковольтном аппарате. заключающемуся в том, что в полости высокого давления ругогасящий газ сжимают, затем формируют его е непрерывный поток. после чего направляют поток дугогасящего газа в эЬну горения дуги. перед подачей потока дугогасящего газа в зону горения дуги в непрерывном по;оке дугогасящего газа генерируют колебания, преобразуя его в пульсирующий поток за счет собственной кинетической энергии непрерывного потока. Ввод пульсирующего потока в область горения дуги способствует более эффективному раэру5

55 шению дуги, увеличению поверхности теплоотдачи и ускорению распада.

Спектр колебаний пульсирующего потока, направляемого в зону горения дуги, генерирует таким образом, чтобы он содержал по крайней мере одну частоту, характерную для спектра колебаний параметров дуги отключения. Наилучшее использование пульсирующего потока для гашения дуги достигается при согласовании частоты ее колебаний с частотой колебаний пульсирующего потока, т,е. при резонансе.

Пульсирующий поток дугогасящего rasa можно формировать путем разделения его на две части, одна иэ которых генерирует колебания во второй части.

Способ реализуется дугогасительным уст ойством, содержащим полость высокого давления со сжатым газом, пневматически связанную кольцевым каналом с соплом, е котором размещены подвижный и неподвижный контакты, причем по крайней мере в один из указанных элементов введен по крайней мере один прерыватель потока дугогасящего газа, обеспечивающий генерирование у ьсаций в потоке дугогасящего газа.

Для генерирования пульсирующего поока ду.а-асяще о аэа по крайней мере в одном из,казанных элементов дугогасительного устройства может быть установлено пять прерывателей, расположенных равномерно по окружности. лежащей в плоскости, перг ендикулярной потоку дугогасящего газа. и симметричной относительно оси сопла При этом угол между соседними прерыва-елями равен а-2cos 5=1,618..Д

/ где а — к1ассическое золотое сечение — иррациональное число, равное пределу отношения соседних чисел ряда Фибоначчи 1 1, 2, 3. 5, 8... Такое расположение поэво1яет осуществить кваэипериодическии (почти периодичес>ий) режим колебаний ь пульсирующем г =ток, характеризующийся спектром несоизмеримых и несмешивающихся частот и. следовательно. возможностью довести без потерь колебания пульсирующего потока заданной частоты до зоны горения дуги, т.е. тот же самый квээипериодиче" кий режим колебаний с колебаниями распадающейся, т.е. теряющей устойчивость. например, при потере устойчивости ламинарного движения. дуги, Генерирование пульсирующего потока газа может быть достигнуто также и тем. что в одном из указанных элементов дугогасительного устройства по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной потоку дугогасящего газа, и симметричной относи1707641

Ui = A, иг=ВА, Оз = ABA, U4 = ВААВА

S.К " +1 Кп +, +n;

S

В1+! К ni+1+ п "

15 тогда

fi+> ni+> fA ni fB

lim = lim — a, 20

;,„о т ni тд — ni — 1 fB учитывая, что и;+1

lim - =a. ,.+ ni

m,=п-1

Такое асимметр.;чное расположение прерывателей обеспечивает спектр колебаний пульсирующего потока со слабо отличающимися несмешиваемыми иррациональными частотами. При этом интервалы

В(А) r åæäó прерь вателями могут повторят ся не более чегл два раза подряд Не а 35 оолее чем в два раза, точнее в а = 1,613. разнятся между собой комбинационные частоты f;-i u f порождае,лье частотами

1д, + ) и f@+; прерblâàòenÿ и интервала соответственно

40 а

+ 1 1

Ilii -1 а(Кп;+;+и ) S К

50 а

fBI+1 =

IB; +1

55 тельно оси сопла, прерыватели установлены с шагом, определяемым одной из последовательностей:

Ф = Ui-ã Ь-1, где Ui — I-я последовательность расположения прерывателей;

А(В) — идентификатор наличия (отсутствия) прерывателя;

В(А) — идентификатор отсутствия (наличия) прерывателя, а количество ni прерывателей и количество

iTl интервалов между ними в последователь-! ности Ui являются соседними числами ряда

Фибоначчи, так что общее количество Х прерывателей и интервалов в последовательности Ц равно

f i) пн1 fq -. m,-1 fy,+ь

Частоты 1д и fg определяются как

= — (Kni+i +ni) L, а

S где К = д + Pie,, + 1 — коэффициент, выбираемый по конструкционным соображениям и равный отношению линейных размеров !д +1 прерывателя и IBi +1 интервала, взятых вдоль направления их расположеHèÿ;

S — полная длина, занимаемая прерывателями и интервалами;

L — размерный множитель, определяемый типом и конструкцией прерывателя; а — скорость звука в дугогасящем газе;

Введением в кольцевой канал дугогасительного устройства радиальных ребер, разделяющих его на сектора с размещением в каждом секторе по крайней мере одного прерывателя. достигается конструктивное удобство расположения прерывателей, использования ребер в качестве элементов резонатора, возможность автономного возбуждения кî/leáàtiий разных частот в отдельных секторах.

Одним из конкретных конструктивных исполнений прерывэтеля является консольно закрепленная пластинчатая пружина, размеры которой вь браны из условия наличия зазора между ее свободным концом и окружающими ее стенка ли. а расположение — с возможностью пересечения потока дугогасящего газа. Это позволяет реализовать генерацию одночастотных колебаний в потоке дугогасящего газа.

В качестве прерывателя может быть выбран шарик из упругого материала. закрепленный посредством гибкой связи на стенках кольцевого канала или ребра. Этим достигается генерация многочастотного спектра колебаний в потоке дугогасящего газа за счет того, что времена между соударениями шарика о стенки не сохраняются и о стоя н н ьцл и.

В дугогасительном устройстве, содержащем кольцевой канал с радиальными ребрами, прерыватель может быть выполнен в виде шариков, свободно размещенных между ребрами кольцевого канала, ширина ко1707641 торого между ребрами как со стороны полости высокого давления, так и со стороны сопла, должна быть меньше диаметра помещенного между ребрами ширика. Этим обеспечивается генерация многочастотного спектра колебаний в пульсирующем потоке, а также согласование этого спектра с собственным спектром частот колебаний дуги.

Прерыватель может быть также выполнен в виде продольных углублений (глухих отверстий) в стенках, ограничивающих тракт потока дугогасящего газа и расположенных вдоль него одного из указанных элементов (полости высокого давления, стенках кольцевого канала. ребрах, сопле, подвижного и неподвижного контактов).

Продольный размер углублений li выбирается из условия

2li = а/fi, -де f — требуемая частота пульсаций в потоле дугогасящего газа; а — скорость звука в дугогасящем газе, Этим обеспечивается генерация колебаний акустического диапазона частот в потоке дугогасящего газа. так как каждое углубление забирает часть потока дугогасящего газа и генерирует в основном потоке колебания частоты 6..Соотношение 2li - а/f< вытекает иэ следующих соображений. Частота генерируемых в углублениях колебаний обратна их периоду ti, т.е. на длину 21ь

Поскольку скорость распространения этих ког ":зний определяется скоростью звука в потоке дугогасящей среды а, та пеоиод ti равен tr2ll/a, а так как ti -1/fi, то 2li - а/fi

На фиг, 1 показаны распределение (а) во времени давления в потоке дугогасящего газа и схема (б) разделения потока на две составляющие; на фиг. 2 — дугогасительное устройство с прерывателями; на фиг. 3— схемы симметричного (а) и асимметричного (bI размещения прерывателей в кольцевом канале.

Кривая 1(фиг. 1а) показывает качественный характер распределения во времени давления непрерывного потока дугогасящего газа, т,е. беэ пульсаций; кривая 2 — собственные колебания дуги; кривая 3 колебания давления в пульсирующем потоке дугогасящего газа, создаваемые по предлагаемому изобретению.

Поток 4 дугогасящего газа (фиг, 16) разделяется на две части, одна иэ которых 5 попадает в углубление 6, являющееся резонатором, а в другой части 7 воспринимаются колебания, возбуждаемые резонатором.

Дугогасительное устройство высоковольтного коммутационного аппарата состоит иэ полости 8 высокого давления с клапаном 9, кольцевого канала 10, сопла 11 с размещенными в нем подвижным 12 и неподвижным 13 контактами и прерывателей

14.

Устройство работает следующим образом.

При открывании клапана 9 сжатый в полости 8 дугогасящий гаэ через прерыватели

10 14, кольцевые каналы 10 и сопло 11 направляется в область горения дуги отключения между контактами 12 и 13. Колебания прерывателя 14 преобразуют непрерывный поток дугогасящего газа в пульсирующий.

15 Пять прерывателей, равномерно установленные по окружности кольцевого кана-, ла 10 и разделенные радиальными ребрами

15, имеют между собой центральный угол а - 2cos /5 - 1,618... рад (фиг. За).

20 При пересечении прерывателей 14 (фиг.

3а и б) потоки дугогасящего газа в них воз-. буждают xo".å6aíèÿ с близкими иррациональными (несоизмеримыми) частотами пульсаций, что обусловлено заданным уг25 лом а . Эти колебания возбуждают в газовом потоке соответствующие пульсации, которые передаются в оСласть горения дуги отключения и способствуют ее гашению.

Асимметричное расположение преры30 вателей (фиг, 36) и интервалов между ними по окружности кольцевого канала, разделенны,х радиальными ребрами 15 в соответствии с выражением (1), например при I -5, Ug - ABABAABA; X5 = 8; пь - 5; m5 3; K 1;

35 !д - Ia - S/8, также способствует генерации близкого к иррациональному пульсирующего потока.

Работа прерывателей при таком их расположении аналогична работе прерывате40 лей при их расположении по фиг. За.

Выполнение прерывателей 14 в виде шарика из упругого материала на гибкой сваэи или свободно размещенного в кольцевом канале между ребрами шарика иэ упру45 гого материала, или пластинчатых пружин приведено на фиг. 2. За и б.

Их работа аналогична описанной. Так, при использовании в качестве прерывателя шарика, с по ощью гибкой связи прикреп50 ленного к стенке кольцевого канала, при воздействии на него потока газа шарик начинает колебаться с частотой, определяемой длиной гибкой связи и стенками кольцевого канала, ударяясь о стенки коль55 цевого канала, генерируя пульсации в потоке газа.

При использовании в качестве прерывателя свободно размещенного при пересечении его потоком газа он начинает

1707641

5

Ul А, Ог = ВА.

03 = АЕА, u4 = ВААВА, 35

55 колебаться между стенками кольцевого канала и ребрами, генерируя пульсации в потоке газа. При этом размер кольцевого канала между ребрами как со стороны полости высокого давления, так и сс стороны сопла, меньше диаметра шарика. Это сделано с целью сохранения местоположения шарика между радиальными ребрами.

На фиг, 3 показаны H — ширина кольцевого канала между ребрами в зоне перемещения шарика; h — ширина кольцевого канала между ребрами со стороны полости низкого (аналогично и высокого) давления, причем МН.

При использовании в качестве прерывателя пластинча ой пружины под воздействием потска газа в ней возникают автоколебания, которые передаются в виде пульсаций потоку дугогасительного газа.

На фиг, 2 показано выполнение грерывателя в виде углубления, выпол-. енного в стенке дугогасительногс устройств, 5 месте входа в углубление дугогасяший поток раздваивается: одна часть г рэходит в углубление, отражается от задней стенки и приходит обратно к»лесту разьетвлен я; Ару-эя часть свободно проходит вниз по по оку в область горения дуги.

Предлагаемые способ и ycrpo ство позволяют повысить дугогасительную способность беэ увеличения габаритов и металлоемкости аппарата, Кроме того, повышается надежность работы выключателя в энергосистеме.

Использование перечисленных прерывателей и расположение их в непосредственной близости от дуги отключе»-,» я позволяет повысить эффективность вза»" модействия дуги отключения с потоком дугогасящего газа.

Формула изобретения

1. Способ гашгния дуги отключе»» я в высоковольтном коммутационном аппарате, заключающийся е том, что сжимает дугогасящий газ в полости высокого давления, формируют его в непрерывный поток. после чего направляют поток газа в зону горения дуги, отличающийся тем,что,с целью повышения дугогасительной способности аппарата эа счет повышения эффективности взаимодействия дуги отключения с потоком, перед подачей потока дугогасящего газа в зону горения дуги в непрерывном потоке дугогасящего газа генерируют колебания, преобразуя его в пульсирующий поток.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в спектре колебаний пульсирующего потока дугогаслщего газа генерируют по крайней мере одну частоту, характерную для спектра колебаний пасаметроз дуги отключения.

3, Способ по пп. 1 и 2, о тл ич а ю щий с я тем, что чоток дугогасящего газа разделяют на две части, одна из которых генерирует колебания в другой части.

4. Дугогасительное устройство высоковольтного коммутационного аппарата, содержащее полость высокого давления, пневматически связанную кольцевым каналом с соплом. в котором расположены подвижный и неподвижный контакты, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения дугогасительной способности, по крайней мере один из указанных элементов снабжен по крайней мере одним прерывателем потока дугогасящего газа, 5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щеес я тем, что по крайней мере в одном из указанных элементов установлены пять прерывателей, расположенных равномерно по окружности, лежащей в плоскости, перпенди» улярчой к потоку дугогася щего газа, и симметричной относительно оси сопла, 6. Устройство по и. 4, от л и ч а ю ще ес я тем, что по крайней мере в одном иэ указанных элементов по о» ружности, лежащей в плоскости, перпендикуляр» ой к потоку дугогасящгго газа, и симметричной относительно оси сопла, прерыватели установлены с и а ом. определя„-мым одной иэ! послед эTå »ьностей; где Ui — l-я последовательность рагчоложения прерывателей;

А(В) — идентификатор наличия (о сутствия) преры ва-.еля;

В(А) — идентификатор- отсутствия (наличия) прерывателя, 7. Устройство по пп. 4-6, о т л и ч а ющ е е с я тем, что кольцевой канал снабжен радиальными ребрами, разделяющими его на сектора, причем в каждом секторе размещен по крайней мере один прерыватель.

8, Устройство по пп. 4-7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в качестве прерывателя выбрана консольно закрепленная пластинчатая пружина.

9, Устройство по пп. 4-7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в качестве прерывателя выбран шарик из упругого материала, закрепленный посредством гибкой связи на стенках кольцевого канала или ребра.

10. Устройство по пп. 4-7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в качестве прерывателя

1707641 выбран свободно размещенный в кольцевом канале шарик из упругого материала, причем ширина кольцевого канала между ребрами как со стороны полости высокого давления, так и со стороны сопла. меньше диаметра шарика, 11, Устройство по пп. 4-6, о т л и ч а ющ е е с я тем, что прерыватель выполнен в виде углублений, расположенных, по направлению движения потока дугогасящего газа по крайней мере в одном иэ указанных элементов, причем размер углублений выбран из условия

5 2li ай, где li — продольный размер углубления;

fi — требуемая I-я частота колебаний дугогасящего газа;

10 а — скорость звука в дугогасящем газе.

1707641

Составитель Г.Махтин

Редактор Л.Гратилло Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 269 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производств..нно-из,брательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101