Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных автокомпрессионных выключателей. Изобретение позволяет выбрать оптимальные параметры конструкции дугогасительного устройства, обеспечивающие надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации. Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные контакты (1) и (2), дугогасительные контакты (5-6, 9), один из которых имеет сопло (9), изоляционное сопло (10) с изоляционной цилиндрической насадкой (11), цилиндрическую втулку (8) на контактодержателе (7) дугогасительного контакта, при этом внутренняя поверхность изоляционной цилиндрической насадки сопла образует с внешней поверхностью цилиндрической втулки фиксированный зазор с сечением S_щ. Цилиндрическая втулка на контактодержателе дугогасительного контакта выполнена со сквозными аксиальными отверстиями S_c, суммарное сечение которых S_к, и при отключении емкостного тока обеспечивается соотношение 0,2 S_иc < S_к + S_щ< 0,5 S_иc, где S_иc - сечение горловины изоляционного сопла выключателя в эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных автокомпрессионных выключателей.

Известно дугогасительное устройство газонаполненного автокомпрессионного выключателя [1], в котором имеются главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, снабженное изоляционной цилиндрической насадкой.

Недостатком такой конструкции является значительная мощность привода для обеспечения высокой скорости подвижной системы выключателя при коммутации номинальных емкостных токов и токов к.з., что снижает надежность выключателя в эксплуатации. При повышении номинального напряжения на разрыв проблема отключения ненагруженных линий (отключение емкостных токов) возрастает. Характерной особенностью выполнения данной коммутации является то, что при первом прохождении малого емкостного тока через нуль межконтактный промежуток еще мал и, следовательно, в процессе восстановления напряжения на контактах возможен повторный пробой, который согласно ГОСТ 12450-82 [2] недопустим. При выполнении данной коммутации необходимо обеспечить кратковременное повышение электрической прочности межконтактного промежутка путем повышения давления за счет понижения скорости потока дугогасящего газа в межконтактном промежутке для выполнения данного номинального режима, при этом не должна ухудшаться работа выключателя при выполнении других номинальных режимов (в частности, НКЗ и отключение 100% номинального тока отключения), когда требуется высокая скорость дугогасящего газа в межконтактном промежутке.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [3], содержащее дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло с изоляционной цилиндрической насадкой, цилиндрическую втулку на контактодержателе дугогасительного контакта. В период времени отключения емкостного тока в пространстве вниз по потоку образуется временная проточная камера с входным сечением S_ис, равным сечению горловины изоляционного сопла, и с выходным сечением S_ш, равным сечению фиксированного зазора, образованного внутренней поверхностью изоляционной цилиндрической насадки изоляционного сопла с внешней поверхностью цилиндрической втулки. Давление в проточной камере растет пропорционально давлению в камере сжатия выключателя, что позволяет увеличить электрическую прочность межконтактного промежутка и выдержать переходное восстанавливающее напряжение на контактах выключателя при отключении емкостного тока. При дальнейшем увеличении межконтактного промежутка (при выполнении операции отключения) сечение S_ш >> S_ис и проточная камера B перестает функционировать; давление в проточной камере падает практически до давления, близкого к номинальному давлению в выключателе, и на другие номинальные режимы отключения (в частности, НКЗ и 100% номинального тока отключения) не влияет, так как обычно данные режимы успешно происходят при втором (и далее) переходе тока отключения через нуль.

Эффективность данной конструкции дугогасительного устройства при отключении ненагруженной линии определяется выбором соотношения сечений S_ш, S_ис.

Оптимальное соотношение сечений S_ш, S_ис для проточной камеры B позволит увеличить эффективность дугогасительного устройства выключателя при выполнении номинальных режимов отключения при повышенном номинальном напряжении на один разрыв.

Задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных параметров конструкции дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло с цилиндрической насадкой, изоляционную втулку на контактодержателе дугогасительного контакта, при этом внутренняя поверхность изоляционной цилиндрической насадки сопла образует с внешней поверхностью цилиндрической втулки фиксированный зазор с сечением S_ш, введена цилиндрическая втулка на контактодержателе дугогасительного контакта со сквозными аксиальными отверстиями, суммарное сечение которых S_к, и при отключении емкостного тока обеспечивается соотношение 0,2 S_ис < S_к + S_ш < 0,5 S_ис, где S_ис - сечение горловины изоляционного сопла.

Нам неизвестны дугогасительные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей, в которых надежность функционирования дугогасительного устройства при отключении емкостного тока осуществляется за счет цилиндрической втулки на контактодержателе дугогасительного контакта со сквозными аксиальными отверстиями, суммарное сечение которых S_к, и при отключении емкостного тока обеспечивается соотношение 0,2 S_ис < S_к + S_ш < 0,5 S_ис, где S_ис - сечение горловины изоляционного сопла.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, нижняя часть рисунка соответствует включенному положению выключателя; верхняя - отключенному.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, неподвижный поршень 3, шток привода 4, неподвижный дугогасительный контакт 5 с наконечником 6, и с контактодержателем 7, на котором жестко закреплена цилиндрическая втулка 8 с аксиальными сквозными отверстиями, суммарное сечение которых S_к. Подвижный дугогасительный контакт 9 закреплен на штоке привода 4. Изоляционное сопло 10 с сечением горловины S_ис имеет цилиндрическую насадку 11. В положении "Включено" в дугогасительном устройстве имеется камера A и камера B. Внутренняя поверхность изоляционной цилиндрической насадки 11 изоляционного сопла 10 образует с внешней поверхностью цилиндрической втулки 8 фиксированный зазор сечением S_ш. Аксиальные сквозные отверстия в цилиндрической втулке 8 выполнены для снижения уровня теплового удара на цилиндрическую втулку 8 и внутреннюю поверхность цилиндрической изоляционной насадки 11 от потока плазмы в первый полупериод горения электрической дуги при отключении номинального тока отключения.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом.

Отключение. При подаче команды на отключение срабатывает привод (на чертеже не показан) и шток 4 перемещает подвижную систему выключателя, состоящую из главного подвижного контакта 2, подвижного дугогасительного контакта 9, изоляционного сопла 10 с цилиндрической изоляционной насадкой 11 относительно неподвижного поршня 3. Сначала размыкаются главные контакты 1, 2, затем ток перебрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов неподвижного 5 с наконечником 6 и подвижного 9. По мере движения подвижной системы выключателя относительно неподвижного поршня 3 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия A, подвижной дугогасительный контакт 9 скользит по дугогасительному контакту 5. При размыкании этих контактов зоной контактирования становится наконечник 6 и подвижный дугогасительный контакт 9. В момент их размыкания возникает электрическая дуга, которая горит в зоне эффективного дугогашения. Цилиндрическая насадка 11 предохраняет газовый промежуток между главными контактами 1, 2 от воздействия электрической дуги отключения. При отключении малых номинальных емкостных токов гашение происходит практически при первом переходе тока через нуль, однако успех коммутации зависит от последуговой электрической прочности малого промежутка между дугогасительным контактом 9 и наконечником 6. При выполнении на контактодержателе 7 цилиндрической втулки 8 в этот период отключения образуется проточная камера B с входным каналом, равным сечению S_ис горловины изоляционного сопла 10, и выходным сечением S_к + S_ш. Давление в этой проточной камере растет пропорционально давлению в камере сжатия A, и электрическая прочность межконтактного промежутка возрастает, что способствует успешной коммутации при выполнении данного режима. По мере увеличения межконтактного промежутка проточная камера B перестает функционировать, так как сечение S_ш >> S_ис и давление в межконтактном промежутке незначительно отличается от номинального давления в камере выключателя. Поэтому на отключение номинального тока отключения, которое обычно происходит во второй полупериод тока отключения (или далее), проточная камера B не влияет.

Включение. При включении выключателя сначала происходит контактирование подвижного дугогасительного контакта 9 с наконечником 6 (или дугогасительным контактом 5), а затем главных контактов 1, 2.

Проведенные исследования показывают, что введение в конструкцию дугогасительного устройства цилиндрической втулки 8 со сквозными аксиальными отверстиями позволяет ограничить тепловой удар на данный элемент в процессе первого полупериода горения электрической дуги отключения номинального тока отключения и повысить надежность работы дугогасительного устройства в эксплуатации. Оптимальный выбор соотношения между S_ш, S_к, S_ис необходим, так как данное соотношение определяет переменное давление в межконтактном промежутке. Установлено, что если S_к + S_ш > S_ис, то при отключении малого емкостного тока давление в межконтактном промежутке ниже, чем номинальное давление в камере выключателя, согласно закономерностям напорного течения газа через сопла (профилированные каналы). На основании экспериментальных исследований установлено, что в конструкции дугогасительного устройства следует выполнить следующее соотношение 0,2 S_ис < S_к + S_ш < 0,5 S_ис, где S_ис сечение горловины изоляционного сопла.

Литература 1. Патент РФ 2006976, з. 5022972 от 27.12.91.

2. ГОСТ 12450-82. Выключатели переменного тока на номинальное напряжение от 110 кВ до 750 кВ. Отключение неагруженных воздушных линий и методы испытаний.

3. Endo F. , et al, Analytikal Prediction of Transient Breakdown Characteristics of SF 6 Gas CBs. IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 4, N 3, 1989, pp. 1731 - 1737.

Формула изобретения

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло с изоляционной цилиндрической насадкой, цилиндрическую втулку на контактодержателе дугогасительного контакта, при этом внутренняя поверхность изоляционной цилиндрической насадки сопла образует с внешней поверхностью цилиндрической втулки фиксированный зазор с сечением S_щ, отличающееся тем, что цилиндрическая втулка на контактодержателе дугогасительного контакта выполнена со сквозными аксиальными отверстиями, суммарное сечение которых S_k, и при отключении емкостного тока обеспечивается соотношение 0,2 S_ис < S_k + S_щ < 0,5 S_ис, где S_ис - сечение горловины изоляционного сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1