Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя

 

Изобретение относится к технике высоких напряжений. Дугогасительное устройство газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главный неподвижный и подвижный контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло и Г-образную циклическую изоляционную втулку, ограничивающую полость автогенерации, соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической втулки. Технический результат - повышение надежности функционирования за счет оптимизации параметров изоляционного сопла, Г-образной цилиндрической втулки и канала между ними. 1 ил.

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

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

Недостатком данной конструкции является значительная мощность привода для функционирования выключателя при коммутации номинальных токов отключения, малое номинальное напряжение на один разрыв, что снижает надежность выключателя в эксплуатации.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [2], содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.

Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации, что позволяет повысить давление вверх по потоку, а следовательно, увеличить массовый расход дугогасящей среды при отключении (в области нуля тока) и уменьшить нагрузку на привод.

При увеличении номинального напряжения на разрыв для элегазовых выключателей сверхвысокого напряжения необходимо увеличить межконтактное расстояние, что сопровождается увеличением времени горения дуги, а следовательно, энергии дуги отключения, остаточный плазменный след которой после нуля тока находится в основном в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью изоляционного сопла, и становится недостаточным массовый расход среды к моменту гашения дуги в сторону горловины изоляционного сопла, при этом геометрия этого пространства и зазор h между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта определяет скорость восстановления электрической прочности в межконтактном промежутке и его предельную величину.

При увеличении номинального напряжения на разрыв параметры газового потока и эффективность взаимодействия его с остаточным следом дуги отключения в пространстве от зоны вверх по потоку вдоль внутренней полости изоляционного сопла к неподвижному дугогасительному контакту играют решающую роль при восстановлении межконтактной электрической прочности для коммутационного режима 100% при высоком уровне переходного восстанавливающегося напряжения.

Оптимальное сочетание автокомпрессии с более объемной системой автогенерации, а также оптимизация зазора h между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта, направление потока в сторону горловины изоляционного сопла и оптимизация диффузорной ее части позволит при увеличении номинального напряжения на разрыв повысить отключающую способность выключателя без существенного увеличения времени отключения и номинального давления в объеме выключателя.

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

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительном устройстве газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической втулки, канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа ϕ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L_i длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полу углами δ, γ, β для калибров диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i - 2, 3, 4 соответственно, при этом выполняются соотношения 0<ϕ<30, 6<δ<20, 0<γ<10, 0<β<20, где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.

Нам не известны дугогаснтельные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпресснонных выключателей, в которых надежность функционирования дугогасительного устройства при повышенных напряжении на разрыв и номинальном токе отключения осуществляется за счет конструкции где канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки выполнен с углом потока газа ϕ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром , где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L_i длина горловины изоляционного сопла с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров диффузорной части изоляционного сопла, где L_i длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4 соответственно, при этом выполняются соотношения 0<ϕ<30, 6<δ<20, 0<γ<10, 0<β<20, где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической и изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в момент отключения, А - изоляционное сопло с внутренними полууглами δ, γ, β; Б - канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки с углом потока газа ϕ. Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, подвижный дугогасительный контакт 3, неподвижный поршень 4, неподвижный дугогасительный контакт 5, изоляционное сопло 6, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку 7, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта 3 камеру автодутья, при этом втулка 7 ограничивает внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью - камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия 8 каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.

Камера сжатия находится между подвижной системой выключателя, включающей в себя изоляционное сопло 6, главный подвижный контакт 2, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 и штоком привода (не показано) и неподвижным поршнем 4.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом.

Отключение. При подаче команды на отключение перемещается подвижная система выключателя с главным подвижным контактом 2, подвижным дугогасительным контактом 3 и изоляционным соплом 6 сверху вниз. Сначала размыкаются главные контакты 1,2, затем ток перебрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов неподвижного 5 и подвижного 3. По мере движения подвижной системы выключателя относительно неподвижного поршня 4 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия. После размыкания дугогасительных контактов 3 и 5 электрическая дуга горит в полости автогенерации между дугогасительными контактами 3 и 5 во внутренней поверхности изоляционного сопла 6. В полости автогенерации за счет энергии излучение, воздействующее на внутреннюю поверхность изоляционного сопла 6 и внутреннюю поверхность как оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7, так и внутренней изоляционной поверхности камеры автодутья, а также на внутреннюю поверхность камеры автогенерации, возникает значительный эффект автогенерации, связанный с абляцией изоляционных стенок и возникновением массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в межконтактном промежутке и расходному эффекту, ограничивающему доступ дугогасящей среды в межконтактный промежуток в максимуме отключаемого тока. В момент перехода тока через нуль обеспечивается восстановление потока газа из камеры сжатия 8 через канал, и далее через сопло подвижного дугогасительного контакта 3 и изоляционное сопло 6 в общий объем выключателя с повышенным массовым расходом дугогасящей среды, что повышает эффективность дугогашения.

Включение. При включении выключателя вначале имеется контактирование подвижного дугогасительного контакта 3 с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1, 2. Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при повышенном напряжении на разрыв (при ограничении мощности привода) и оптимизации достигается за счет конструкции, в которой канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа ϕ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла L₁ - длина горловины изоляционного сопла (см. чертеж, Б), с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4 (см. чертеж, А) соответственно, при этом выполняются соотношения 0<ϕ<30, 6<δ<20, 0<<10, 0<β<20, где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта, выполненного в виде сопла.

Литература 1. Патент Швейцарии, ВВС 519238, H 01 H 33/91, 1972.

2. Патент РФ 2168789 C1, H O1 H 33/91, 2000.

Формула изобретения

Дугогасительное устройство газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической втулки, отличающееся тем, что в устройстве канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа ϕ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L₁ - длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i = 2, 3, 4, соответственно, при этом выполняются соотношения: 0<ϕ<30;<20;
<10;
<20,



где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.

РИСУНКИ

Рисунок 1