Высоковольтный переключатель нагрузки с улучшенным дугогашением
Изобретение относится к области электротехники. Высоковольтный переключатель нагрузки работает при погружении в диэлектрическую жидкость и может переключать одну или несколько фаз электропитания с использованием одного или нескольких фазных переключателей. Техническим результатом является улучшение эксплутационных возможностей. Каждый фазный переключатель содержит первый и второй неподвижные контакты и подвижный контакт. Первый неподвижный контакт соединен с фазой высоковольтного источника электропитания. Область перемещения первого подвижного контакта между первым положением и вторым положением включает область дугообразования. В переключателе использован механизм для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости через область дугообразования. Для подавления дугообразования между различными фазами применяется непроводящий экран, который разделяет различные фазные переключатели в случае использования более чем одного фазного переключателя. Непроводящий экран может также отделять фазу от земли, предотвращая дугообразование между фазой и землей. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Настоящее описание относится к высоковольтным электрическим переключателям.
Уровень техники
Переключатели нагрузки, иногда также называемые селекторными или секционными переключателями, используются в высоковольтных устройствах для соединения одного или нескольких источников электропитания с нагрузкой. Высоковольтные устройства в общем случае включают устройства, в которых используются напряжения свыше 1000 вольт. Переключатели нагрузки могут использоваться для коммутации дополнительных источников электропитания, например для переконфигурации системы распределения электроэнергии или для использования временного источника электропитания во время технического обслуживания основного источника электропитания.
Часто переключатель нагрузки должен быть компактным ввиду предполагаемой области его использования (например, при установке в подземных распределительных сетях и/или на многофазных промышленных установках, внутренних по отношению к распределительным или силовым трансформаторам или распределительным устройствам). Компактность переключателя нагрузки приводит к уменьшению физического расстояния между электрическими контактами механизма переключения. Поскольку речь идет о высоковольтных переключателях, уменьшение физического расстояния между электрическими контактами, в свою очередь, способствует возникновению в переключателе устойчивого дугообразования. Проблема дугообразования может быть особенно острой, когда контакты размыкаются, например, когда размыкаются неподвижный контакт и подвижный контакт. Дугообразование может иметь место между силовым контактом и землей или между несколькими силовыми контактами. Например, в трехфазном переключателе дугообразование может иметь место между одной фазой и землей и/или между несколькими из этих трех фаз.
Для уменьшения вероятности дугообразования без увеличения размера переключателя переключатели нагрузки часто погружают в ванну с диэлектрической жидкостью. Диэлектрическая жидкость имеет более высокую дугоустойчивость, чем воздух. Диэлектрическая жидкость уменьшает расстояние, которое необходимо обеспечить для подавления дугообразования, но не сводит это расстояние к нулю. Следовательно, обычно будет иметь место временное горение дуги до тех пор, пока контакты переключателя не разойдутся достаточно далеко, чтобы обеспечить заданное расстояние для подавления дугообразования. Несмотря на временный характер такого дугообразования, оно ухудшает изолирующие качества диэлектрической жидкости, создавая из элементов карбонизации и пузырьков газа путь, который обладает большей проводимостью, чем диэлектрическая жидкость. Повторное дугообразование может поддерживать этот проводящий путь, который в конечном счете может стать каналом для опасного устойчивого дугообразования.
Устойчивое дугообразование может вызвать катастрофический выход переключателя из строя. А именно, температура плазмы, сформированной в установившемся дуговом разряде, может достигать десятков тысяч градусов. При устойчивом дугообразовании диэлектрическая жидкость может испаряться, а металлические контакты переключателя нагрузки могут плавиться и/или испаряться, создавая расширяющееся проводящее облако высокотемпературного ионизированного газа. По мере расширения проводящего облака дугообразование может распространиться на другие контакты переключателя, что может создать другие пути короткого замыкания между фазами и между фазами и землей. Кроме того, вследствие перегрева газов при устойчивом дугообразовании проводящая плазма и газы могут расширяться со взрывом в области электрической дуги. В результате может произойти разгерметизация оборудования. При этом взрыв в области дуги сам по себе может привести к катастрофическим последствиям для всего, что находится вокруг переключателя. В дополнение к перегретым газам взрыв в области дуги может сопровождаться разлетом расплавленного металла и фрагментов устройства.
Сущность изобретения
Согласно главному аспекту настоящего изобретения высоковольтный переключатель работает, будучи погруженным в диэлектрическую жидкость, и выполнен так, чтобы коммутировать одну или несколько фаз электропитания и/или одну или несколько нагрузок с использованием одного или нескольких фазных переключателей. Для подавления дугообразования между различными фазами, или между фазой и землей, между различными фазными переключателями почти полностью введен диэлектрический экран, или он может использоваться для отделения фазного переключателя от земли. Каждый механизм переключения фазы содержит первый и второй неподвижные контакты. Первый неподвижный контакт связан с фазой высоковольтного источника электропитания. Кроме того, каждый механизм переключения фазы содержит подвижный контакт. Подвижный контакт может быть помещен в первое положение, в котором он электрически соединяет первый неподвижный контакт со вторым неподвижным контактом, и во второе положение, чтобы разъединить первый неподвижный контакт и второй неподвижный контакт. Подвижный контакт может быть соединен некоммутируемым соединением (постоянно) со вторым неподвижным контактом. Область перемещения первого подвижного контакта между первым положением и вторым положением включает область дугообразования. Для обеспечения циркуляции жидкости через область дугообразования в высоковольтном переключателе нагрузки используется механизм для обеспечения циркуляции жидкости.
Варианты выполнения предлагаемого устройства могут включать один или несколько из следующих признаков. Например, механизм для обеспечения циркуляции жидкости может удалять проводящие посторонние включения (например, элементы карбонизации и/или пузырьки), скопившиеся в области дугообразования в результате прошлого дугообразования. Циркуляция диэлектрической жидкости с достаточно высокой скоростью также может снизить дугообразование благодаря увеличению примерно на десять процентов или более длины пути в диэлектрической жидкости, по которому дуга должна пройти через область дугообразования. Кроме того, путем циркуляции можно обеспечить увеличение притока диэлектрической жидкости, которая не подвергалась дугообразованию, для быстрого повышения электрической прочности в области дугообразования.
Механизм для обеспечения циркуляции жидкости может включать лопасть или лопасти, выполненные так, чтобы увеличить поток диэлектрической жидкости через область дугообразования. Лопасть может быть выполнена из непроводящего материала, например пластмассы или стекловолокна. Лопасть может являться частью подвижного контакта или может быть физически отделена от контакта. Лопасть и подвижный контакт могут быть частями ротора, соединенного с поворотным валом. Альтернативно или дополнительно, лопасть может быть установлена непосредственно на поворотном валу. В любом случае поворот вала может обеспечивать поворот подвижного контакта между первым положением и вторым положением, заставляя при этом лопасти прогонять диэлектрическую жидкость через область дугообразования.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения в высоковольтном переключателе нагрузки с помощью нагревательного элемента создается конвекционный поток для усиления циркуляции диэлектрической жидкости через область дугообразования.
Другие особенности изобретения будут понятны из описания, чертежей и формулы изобретения.
Описание чертежей
На фиг.1 показана схема высоковольтного переключателя нагрузки с улучшенным дугогашением,
на фиг.2 и 3 показаны виды спереди механизма переключения, который может использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, изображенного на фиг.1,
на фиг.4А - 4Е показаны виды спереди для дополнительных примеров конфигураций переключателя, которые могут использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, изображенного на фиг.1,
на фиг.5 показан в перспективе вид трехфазного переключателя, который может использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, изображенного на фиг.1, и обеспечивает улучшенное подавление дугообразования между фазами и/или между фазами и землей,
на фиг.6 показан вид спереди переключателя и механизма для обеспечения конвекционной циркуляции, который может использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, изображенного на фиг.1.
На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
Подробное описание
Для иллюстративных целей описан высоковольтный переключатель нагрузки, иногда называемый селекторным или секционным переключателем, в котором для уменьшения дугообразования во время размыкания (разрыва) цепи электропитания используется механизм для обеспечения циркуляции жидкости. Для ясности изложения вначале будут описаны механизмы переключения высоковольтного переключателя нагрузки и механизмы, используемые для подавления дугообразования. Изложение идет от общих элементов таких механизмов и их взаимодействия на высоком уровне к детальному описанию функций, конфигураций и составных частей соответствующих элементов.
Показанный на фиг.1 высоковольтный переключатель 100 нагрузки формирует электрический путь 105 между высоковольтным источником 110 электропитания и нагрузкой 115. Электрический путь 105 включает механизм 120 переключения, предназначенный для открытия или блокировки электрического пути 105. Высоковольтный переключатель 100 нагрузки также содержит кожух 125, в котором расположены элементы высоковольтного переключателя 100, погруженные в диэлектрическую жидкость 130 (например, в минеральное масло). Диэлектрическая жидкость 130 подавляет дугообразование 135 в области 140 дугообразования, когда механизм 120 переключения размыкается для отключения нагрузки 115 от высоковольтного источника 110 электропитания.
Способность высоковольтного переключателя 100 подавлять дугообразование зависит от полного электрического сопротивления и напряжения между разомкнутыми контактами механизма 120 переключения. В свою очередь, полное сопротивление может быть определено из полного сопротивления диэлектрической жидкости 130 на единицу длины и длины участка диэлектрической жидкости 130, вдоль которого должен пройти ток для образования дуги между контактами механизма 120 переключения. Поэтому дугообразование можно подавить путем увеличения электрической прочности диэлектрической жидкости 130 и путем увеличения длины пути через диэлектрическую жидкость 130, по которому должна пройти дуга.
В связи с этим высоковольтный переключатель 100 содержит механизм 145 для обеспечения циркуляции жидкости. Механизм 145 способствует циркуляции диэлектрической жидкости 130 через область 140 дугообразования. Циркуляция диэлектрической жидкости 130 через область 140 дугообразования улучшает электрическую прочность диэлектрической жидкости 130 в области 140 дугообразования благодаря удалению проводящих включений, обусловленных дугообразованием (например, элементов карбонизации и пузырьков). Если эти проводящие включения не удалять, они могут способствовать продолжению дугообразования или будущему дугообразованию, создавая между контактами механизма 120 переключения путь с меньшим электрическим сопротивлением. Кроме того, циркуляция диэлектрической жидкости 130 через область 140 дугообразования может увеличить длину пути через диэлектрическую жидкость 130 (например, приблизительно на десять процентов или больше). Удлинение пути, по которому должна пройти дуга между контактами механизма 120 переключения, улучшает дугогашение при работе переключателя.
На фиг.2 и 3 иллюстрируется поворотный механизм 200 переключения с лопастями, который может использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, показанного на фиг.1. На фиг.2 и 3 поясняются различные аспекты конструкции поворотного механизма 200 переключения. Для краткости при описании фиг.3 опущен материал, совпадающий с описанием фиг.2.
Изображенный на фиг.2 поворотный механизм 200 переключения содержит опору 205 переключателя, которая поддерживает элементы поворотного механизма 200 переключения в желаемом пространстве. В общем случае опора 205 переключателя может иметь любую подходящую форму, например треугольную, квадратную или пятиугольную. В иллюстрируемом примере показана опора 205 переключателя треугольной формы. В двух углах опоры 205 переключателя имеются неподвижные контакты 210 и 212 соответственно (в других вариантах выполнения переключателя в третьем углу может находиться неподвижный контакт). Первый неподвижный контакт 210 соединен с высоковольтным источником 215 электропитания, в то время как второй неподвижный контакт 212 соединен с нагрузкой 220. Поворотный механизм 200 переключения может быть погружен в диэлектрическую жидкость 130 внутри кожуха (бака) трансформатора или распределительного устройства. Диэлектрическая жидкость может включать, например, такие базовые компоненты, как минеральные или растительные масла, синтетические жидкости, например сложные эфиры на основе полиола, элегаз (SF6), силиконовые жидкости и смеси перечисленных компонентов.
Поворотный переключатель 200 включает центральный поворотный вал 225. С центральным поворотным валом 225 соединен ротор 230, который поворачивается вместе с центральным поворотным валом 225. Центральная втулка 232 может постоянно (вне зависимости от переключения) соединять ротор 230 с неподвижным контактом 210 или 212. Ротор 230 содержит удерживающие плечи 235а - 235с, которые установлены под углом 90° друг относительно друга в Т-образной конфигурации, эти плечи расходятся от радиальной оси ротора 230. Каждое из удерживающих плеч 235а - 235с выполнено с возможностью удерживания контактного ножа 240. В варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.2, в удерживающем плече 235b имеется контактный нож 240, в то время как удерживающие плечи 235а и 235с контактных ножей не содержат. Такая конструкция ротора обеспечивает одноножевой механизм переключения. Могут использоваться и другие конструкции ротора, примеры которых подробно описаны ниже в связи с фиг.4А - 4Е.
Ротор 230 может поворачиваться для приведения неподвижного контакта 210 и контактного ножа 240 в электрический контакт друг с другом или для отведения контактного ножа 240 от неподвижного контакта 210 для разрыва этого электрического контакта. Кроме того, ротор 230 содержит одну или несколько лопастей 245, которые идут от той же самой радиальной оси ротора 230, что и удерживающие плечи 235а - 235с. Лопасти 245 могут быть расположены под углом, например 45°, относительно удерживающих плеч 235а - 235с. Каждая лопасть 245 выполнена так, что она представляет значительную поверхность в направлении вращения ротора 230 в диэлектрической жидкости 130. Кроме того, или альтернативно, удерживающие плечи 235а - 235с сами могут иметь элементы, подобные лопастям (например, ребра 247).
Ротор 230 может поворачиваться, например, по часовой стрелке для размыкания контакта с высоковольтным источником 215 электропитания на неподвижном контакте 210. Когда ротор 230 поворачивается, лопасти 245 заставляют диэлектрическую жидкость 130 циркулировать в направлении наружу от ротора 230 через область 250 дугообразования. Циркуляция диэлектрической жидкости 130 в направлении наружу приводит к удалению из области 250 дугообразования посторонних включений, которые могут снижать способность диэлектрической жидкости 130 подавлять дугообразование в области 250 дугообразования. Например, циркуляция диэлектрической жидкости 130 наружу может рассеивать пузырьки и/или элементы карбонизации, которые образовались при формировании дуги в области 250 дугообразования и которые в случае их присутствия увеличили бы электрическую проводимость в области 250 дугообразования.
Циркуляция диэлектрической жидкости 130 в наружном направлении через область 250 дугообразования может также привести к эффективному увеличению (например, приблизительно на десять процентов или больше) кратчайшего пути для дуги 255, тем самым увеличивая барьер для дугообразования. Например, при отсутствии циркуляции диэлектрической жидкости 130 кратчайший путь для дуги между неподвижным контактом 210 и поворотным контактом 240 представляет собой линию 255. Однако перемещение диэлектрической жидкости 130 в направлении наружу, вызванное поворотом лопастей 245, приводит к эффективному увеличению кратчайшего пути для дуги 255, например, до более протяженного эффективного пути, схематично представленного электрической дугой 260. Чтобы визуально подчеркнуть различие в эффективной длине пути, путь, соответствующий дуге 260, показан геометрически более длинным, чем путь 255. Однако геометрическое расстояние, фактически соответствующее дуге 260, в общем случае может быть таким же как путь 255 дуги, но при этом эффективный путь оказывается больше, как более подробно объясняется ниже.
А именно, даже если геометрический путь дуги 260, проходящий через перемещающуюся диэлектрическую жидкость, совпадает с путем дуги через по существу неподвижную диэлектрическую жидкость, протяженности пересекаемой диэлектрической жидкости (эффективное расстояние) в этих двух случаях могут различаться. Более конкретно, эффективное расстояние можно определить, исходя из векторной суммы скорости распространения дуги 260 через диэлектрическую жидкость 130 и скорости диэлектрической жидкости 130.
Этот эффект аналогичен случаю, когда лодка пересекает быстро текущую реку от одного берега до точки, расположенной точно напротив на противоположном берегу. Даже если лодка движется к другому берегу по кратчайшему пути, ей приходится создавать силу, направленную вверх по течению, чтобы компенсировать течение самой реки. В итоге, лодка вынуждена переместиться на большее эффективное расстояние, чем в том случае, если бы она перемещалась по кратчайшему расстоянию в стоячей воде.
На фиг.3 с целью иллюстрации ротор 230 показан повернутым под несколько большим углом, чем на фиг.2. Больший поворот ротора 230 приводит к тому, что лопасть 245 входит в область кратчайшего пути 305 дугообразования между неподвижным контактом 210 и основанием удерживающего плеча 235b и поворотным контактом 240 (для простоты изложения действием удерживающего плеча 235а на путь 305 пренебрегаем, хотя это действие может быть аналогично действию лопасти 245). Поскольку лопасть 245 изготовлена из непроводящего материала (например, полимера, стекловолокна и/или целлюлозного материала), кратчайший путь для дугообразования теперь проходит вокруг лопасти 245, как иллюстрируется удлиненным путем 310. Благодаря увеличению физического расстояния, которое дуга должна пройти между неподвижным контактом 210 и поворотным контактом 240, увеличивается барьер для дугообразования.
Кроме того, по мере того как поворотный контакт 240 поворачивается, удаляясь от неподвижного контакта 210, лопасть 245 может препятствовать установившейся дуге поддерживать себя путем "нисхождения" по поворотному контакту 240, которое могло бы сократить путь для дуги, который в противном случае должен увеличиваться. Более конкретно, когда начинается размыкание контакта, кратчайший путь для дуги лежит между ее начальной точкой на неподвижном контакте 210 и конечной точкой на наружном крае 315 контактного ножа 240. Однако по мере того, как контактный нож 240, поворачиваясь, удаляется, первоначально кратчайший путь дуги почти сразу же становится наиболее длинным. По мере продолжения поворота появляется новый кратчайший путь для дуги (например, путь 305), задаваемый конечной точкой, которая постепенно перемещается вниз от наружного края 315 контактного ножа 240 к основанию контактного ножа 240. Установившаяся дуга может пытаться следовать этому изменяющемуся кратчайшему пути, "нисходя" по контактному ножу 240. Как показано на фиг.3, непроводящая лопасть 245 подавляет "нисхождение" дуги благодаря дополнительному увеличению кратчайшего пути для дуги по мере удаления контактного ножа 240 при его повороте (например, сравните пути 305 и 310). Дополнительную защиту против "нисхождения" дуги можно обеспечить путем покрытия непроводящим материалом нижней части контактного ножа 240 и/или изготовления удерживающего плеча 235 ротора 230 из непроводящего материала и/или покрытия удерживающего плеча 235 ротора 230 непроводящим материалом.
На фиг.4А - 4Е иллюстрируются другие пути формирования ротора 230 для поворотного механизма переключения.
На фиг.4А показан механизм 410 переключения с прямым расположением контактных ножей. Для формирования такого механизма 410 переключения удерживающие плечи 235а и 235с снабжены контактными ножами 240, в то время как удерживающее плечо 235b не имеет контактного ножа. Механизм 410 переключения с прямым расположением контактных ножей используется, например, для подключения высоковольтного источника электропитания к нагрузке В.
На фиг.4В показан механизм 430 переключения с V-образным расположением контактных ножей. Механизм 430 переключения с V-образным расположением контактных ножей имеет удерживающие плечи 235а и 235b с контактными ножами 240, что обеспечивает наличие двух поворотных контактов одинаковой длины, расположенных под углом 90° друг к другу. Кроме того, имеются три неподвижных контакта 210. Два из трех неподвижных контактов связаны с первым высоковольтным источником А электропитания и вторым высоковольтным источником В электропитания соответственно. Третий неподвижный контакт связан с нагрузкой С (например, с обмотками сердечника трансформатора), а также соединен с втулкой 230 переключателя. Механизм 430 переключения с V-образным расположением контактных ножей может подать напряжение на нагрузку С от источника А и/или от источника В, а может перейти в полностью разомкнутое положение, в котором нагрузка С не подключена ни к источнику А, ни к источнику В. Более конкретно, механизм 430 переключения с V-образным расположением контактных ножей может осуществить выбор между разомкнутым состоянием; соединением источника А с нагрузкой С; соединением источника В с нагрузкой С или соединением источников А и В с нагрузкой С. Возможны и другие конфигурации переключателя с V-образным расположением контактных ножей. Например, в другом варианте выполнения механизм 430 переключения с V-образным расположением контактных ножей может подключать две нагрузки к одному источнику электропитания.
На фиг.4С показан механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей, где каждое из удерживающих плеч 235а - 235с снабжено контактным ножом 240. Следовательно, механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей имеет три поворотных контакта одинаковой длины, расположенных под углом 90° друг относительно друга. Кроме того, имеются три неподвижных контакта 210. Каждый неподвижный контакт 210 соединен с источником электропитания (например, источником А или источником В) или нагрузкой (например, нагрузкой С) соответственно. Механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей может соединить нагрузку С с источником А и/или с источником В. Альтернативно, механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей может соединить источники А и В, оставляя нагрузку С не связанной ни с каким источником. То есть, механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей может формировать соединения между источниками А и В; источником А и нагрузкой С; источником В и нагрузкой С или источниками А и В и нагрузкой С. Возможны и другие конфигурации переключателя с Т-образным расположением контактных ножей. Например, в альтернативном варианте механизм 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей может быть выполнен так, чтобы подключать две нагрузки к одному источнику электропитания.
На фиг.4D - 4Е поясняются конфигурации механизмов 470 и 490 переключения с V-образным и Т-образным расположением контактных ножей и с перекрывающим контактом. В механизме переключения с перекрывающим контактом поворотный электрический контакт имеет такие размеры, что при переключении нагрузки между первым и вторым источниками электропитания соединение между первым источником электропитания и нагрузкой не разрывается до тех пор, пока второй источник электропитания не будет соединен с нагрузкой. То есть механизм переключения с перекрывающим контактом гарантирует, что первое соединение не разомкнется, пока второе соединение не окажется замкнутым. Источники электропитания могут быть синхронизированы так, чтобы не вывести их из строя в течение того времени, когда при переключении поддерживается как первое, так и второе соединение. Кроме того, для механизмов 470 и 490 переключения с V-образным и Т-образным расположением контактных ножей можно использовать и другие конфигурации переключения. Например, механизмы 470 и 490 переключения могут быть выполнены так, чтобы подключать две нагрузки к одному источнику электропитания.
На фиг.4D показан механизм 470 переключения с V-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом, который содержит дугообразный поворотный контакт 475, установленный на удерживающих плечах 235а и 235b. Механизм 470 переключения с V-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом может использоваться, например, в высоковольтных устройствах, когда желательно переключать нагрузку С от исходного источника электропитания (например, источника А) на дополнительный источник электропитания (например, источник В) без прерывания электропитания. Для такого переключения нагрузка С может быть соединена с неподвижным контактом, который также соединен с втулкой.
На фиг.4Е показан механизм 490 переключения с Т-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом, который включает дугообразный поворотный контакт 495, аналогичный поворотному контакту 475 механизма 470 переключения с V-образным расположением контактных ножей, но описывающий большую дугу. Возможности коммутации механизма 490 переключения с Т-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом аналогичны стандартному механизму переключения с Т-образным расположением контактных ножей (например, механизму 450 переключения с Т-образным расположением контактных ножей) с добавлением функциональных возможностей перекрывающего контакта. Поворотный контакт 495 описывает дугу в форме полуокружности и имеет такие размеры, что может электрически соединить три неподвижных контакта 210 до разрыва предыдущего соединения. Например, механизм 490 переключения с Т-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом может быть использован для осуществления соединения между источниками А и В и нагрузкой С. Альтернативно механизм 490 переключения с Т-образным расположением контактных ножей и перекрывающим контактом позволяет осуществить соединение между любыми двумя элементами из следующей группы: источник А, источник В и нагрузка С.
На фиг.5 показан трехфазный переключатель 500 электропитания, который содержит три поворотных переключателя 510а - 510с с лопастями 245 (это только пример, поскольку в поворотном переключателе 510 можно использовать любой из механизмов переключения, описанных выше). Каждый из поворотных переключателей 510а - 510с содержит ротор 230 с удерживающими плечами 235 и по меньшей мере один контактный нож 240. Каждый поворотный переключатель 510а - 510с предназначен для коммутации одной фазы (например, первой фазы) одного или нескольких источников электропитания и/или одной или нескольких нагрузок.
Например, первый высоковольтный источник 512 электропитания может быть соединен своей первой фазой с неподвижным контактом 515а, второй фазой - с неподвижным контактом 515b, а третьей фазой - с неподвижным контактом 515с. Второй высоковольтный источник 517 электропитания может быть соединен своей первой, второй и третьей фазой с неподвижными контактами 520а - 520с соответственно. Таким образом, первый компонент 510а переключателя может осуществлять выбор между первой фазой первого и второго источников электропитания (например, между неподвижными контактами 515а и 520а), второй компонент 510b переключателя может осуществлять выбор между второй фазой первого и второго источников электропитания (например, между неподвижными контактами 515b и 520b), а третий компонент 510с переключателя может осуществлять выбор между последней фазой первого или второго источников электропитания (например, между неподвижными контактами 515с и 520с).
Трехфазный переключатель 500 электропитания может быть выполнен с возможностью одновременного переключения всех поворотных переключателей 510а - 510с. Более конкретно, ручку 525 управления можно поворачивать, нагружая пружины 530, которые соединены с валом 535. Вал 535 может быть соединен с каждым поворотным переключателем 510а - 510с. Например, вал 535 может проходить через ось вращения каждого поворотного переключателя 510а - 510с. Когда пружины 530 высвобождаются, они заставляют вал 535 одновременно поворачивать поворотные механизмы 510а - 510с переключения со скоростью, которая не зависит от скорости оператора. Альтернативно, каждый поворотный механизм 510а - 510с переключения может содержать отдельный приводной механизм для приведения в действие каждого поворотного переключателя 510а - 510с на основе поворота вала 535. В любом случае трехфазный переключатель 500 электропитания может использоваться для одновременного переключения от трех фаз первого источника 512 электропитания (например, неподвижных клемм 515а - 515с) на три фазы второго источника 517 электропитания (например, неподвижные клеммы 520а-с). Альтернативно, трехфазный переключатель 500 электропитания может быть выполнен с возможностью подключения двух нагрузок к одному трехфазному источнику электропитания.
Кроме того, трехфазный переключатель 500 электропитания содержит экраны 540а и 540b, которые почти полностью вставлены между различными фазами. Более конкретно, первый экран 540а отделяет поворотный переключатель 510а (первая фаза) от поворотного переключателя 510b (вторая фаза). Второй экран 540b отделяет поворотный переключатель 510b (вторая фаза) от поворотного переключателя 510с (третья фаза). Экраны 540а и 540b изготовлены от непроводящего материала, например из гофрированной бумаги или картона, стекловолокна или пластмассы. Экраны 540а и 540b могут быть отдельными элементами. Альтернативно экраны 540а и 540b могут быть объединены, например, с опорой 545 переключателя, валом 535 и/или ротором 230. В любом случае экраны 540а и 540b формируют электрический барьер, который предназначен для подавления дугообразования между отдельными фазами или между фазой и землей и отсутствие которого могло бы привести к выходу из строя трехфазного переключателя 500 электропитания. Предотвращая начальное возникновение дуги между фазами или между фазой и землей, экраны 540а и 540b повышают безопасность и надежность трехфазного переключателя 500 электропитания.
На фиг.6 иллюстрируется еще один поворотный механизм 600 переключения, который может использоваться для создания высоковольтного переключателя нагрузки, показанного на фиг.1. Поворотный механизм 600 переключения содержит контактный ротор (например, ротор 605 с прямым расположением контактных ножей). Ротор 605 с прямым расположением контактных ножей способен соединять или разъединять первый неподвижный контакт А и второй неподвижный контакт В, аналогично тому, как было описано выше. В кожухе 610 находятся компоненты поворотного механизма 600 переключения, погруженные в диэлектрическую жидкость 130. Поворотный механизм 600 переключения обеспечивает циркуляцию диэлектрической жидкости 130 с использованием механизма конвекции. Более конкретно, поворотный механизм 600 переключения содержит нагревательный элемент 615, предназначенный для создания конвекционного потока 620 в диэлектрической жидкости 130 путем ее нагревания в нижней части кожуха. Нагретая диэлектрическая жидкость 130 поднимается из нижней части кожуха 610 и заставляет более холодную диэлектрическую жидкость 130 из верхней части кожуха 610 опускаться вниз (то есть создается конвекционный поток 620). При этом конвекционный поток 620 обеспечивает циркуляцию диэлектрической жидкости 130 и удаление появившихся посторонних включений из областей 625 дугообразования. В поворотном механизме 600 переключения конвекционная циркуляция используется сама по себе или в сочетании с другими способами или системами дугогашения, такими как лопасть и/или экран.
Другие варианты выполнения настоящего изобретения ограничены рамками формулы изобретения.
1. Переключатель нагрузки для высоковольтного источника электропитания, работающий при погружении в диэлектрическую жидкость и содержащий первый неподвижный контакт для соединения с высоковольтным источником электропитания, второй неподвижный контакт, подвижный контакт, выполненный с возможностью приведения в первое положение для электрического соединения первого неподвижного контакта со вторым неподвижным контактом и во второе положение для электрического разъединения первого неподвижного контакта и второго неподвижного контакта, при этом область перемещения подвижного контакта между первым положением и вторым положением включает область дугообразования, и механизм для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости через область дугообразования.
2. Переключатель по п.1, дополнительно содержащий некоммутируемое электрическое соединение между подвижным контактом и вторым неподвижным контактом.
3. Переключатель по п.1, в котором механизм для обеспечения циркуляции жидкости содержит лопасть для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости через область дугообразования.
4. Переключатель по п.3, в котором лопасть является элементом подвижного контакта.
5. Переключатель по п.3, который содержит поворотный вал, который соединен с подвижным контактом и лопастью и обеспечивает поворот подвижного контакта между первым положением и вторым положением, в то же время заставляя лопасть обеспечивать циркуляцию диэлектрической жидкости через область дугообразования.
6. Переключатель по п.5, в котором подвижный контакт и лопасть образуют первый ротор.
7. Переключатель по п.6, в котором подвижный контакт и лопасть являются пространственно разнесенными элементами первого ротора.
8. Переключатель по п.5, в котором лопасть непосредственно соединена с поворотным валом.
9. Переключатель по п.1, в котором механизм для обеспечения циркуляции жидкости выполнен с возможностью обеспечения ее циркуляции со скоростью, достаточной для увеличения длины пути, по которому дуга должна пройти в диэлектрической жидкости через область дугообразования, приблизительно на десять процентов или более.
10. Переключатель по п.1, в котором механизм для обеспечения циркуляции жидкости выполнен с возможностью обеспечения ее циркуляции со скоростью, достаточной для удаления посторонних включений из диэлектрической жидкости в области дугообразования за заданное время.
11. Переключатель по п.10, в котором посторонние включения включают пузырьки, созданные электрической дугой.
12. Переключатель по п.10, в котором посторонние включения включают элементы карбонизации, созданные электрической дугой.
13. Переключатель по п.3, в котором лопасть содержит непроводящий материал.
14. Переключатель по п.13, в котором лопасть выполнена так, чтобы подавить "нисхождение" дуги по подвижному контакту при его повороте из первого положения во второе положение.
15. Переключатель по п.1, в котором механизм для обеспечения циркуляции жидкости содержит нагревательный элемент для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости через область дугообразования путем создания конвекционного потока в диэлектрической жидкости.
16. Переключатель по п.1, в котором высоковольтный источник электропитания является многофазным источником электропитания и для каждой фазы переключатель содержит первый неподвижный контакт, второй неподвижный контакт и подвижный контакт.
17. Переключатель по п.1, в котором диэлектрическая жидкость содержит минеральное масло.
18. Переключатель по п.1, в котором диэлектрическая жидкость содержит растительное масло.
19. Переключатель по п.1, в котором диэлектрическая жидкость содержит сложный эфир на основе полиола.
20. Переключатель по п.1, в котором диэлектрическая жидкость содержит элегаз (SF6).
21. Переключатель по п.1, в котором диэлектрическая жидкость содержит силиконовую жидкость.
22. Многофазный переключатель нагрузки для высоковольтного многофазного источника электропитания, содержащий первый переключатель для переключения первой фазы высоковольтного многофазного источника электропитания, второй переключатель для переключения второй фазы высоковольтного многофазного источника электропитания и первый экран для отделения по существу всей области дугообразования первого переключателя по существу от всей области дугообразования второго переключателя для подавления дугообразования между первым переключателем и вторым переключателем, при этом указанный первый экран выполнен из непроводящего материала, причем указанный многофазный переключатель выполнен с возможностью работы в диэлектрической жидкости и содержит механизм для обеспечения циркуляции этой диэлектрической жидкости.
23. Многофазный переключатель по п.22, который дополнительно содержит третий переключатель для переключения третьей фазы высоковольтного многофазного источника электропитания и второй экран для отделения по существу всей области дугообразования второго переключателя по существу от всей области дугообразования третьего переключателя для подавления дугообразования между вторым переключателем и третьим переключателем, при этом указанный второй экран содержит непроводящий материал.
24. Многофазный переключатель по п.22, в котором механизм для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости содержит лопасть.
25. Трехфазный переключатель нагрузки для высоковольтного трехфазного источника электропитания, работающий при погружении в диэлектрическую жидкость и содержащий первый поворотный переключатель для переключения первой фазы высоковольтного трехфазного источника электропитания, второй поворотный переключатель для переключения второй фазы высоковольтного трехфазного источника электропитания, третий поворотный переключатель для переключения третьей фазы высоковольтного трехфазного источника электропитания, первый экран, вставляемый почти полностью между первым поворотным переключателем и вторым поворотным переключателем для подавления дугообразования между первой фазой и второй фазой высоковольтного трехфазного источника электропитания, и второй экран, вставляемый почти полностью между вторым поворотным переключателем и третьим поворотным переключателем для подавления дугообразования между второй фазой и третьей фазой высоковольтного трехфазного источника электропитания, при этом каждый из первого, второго и третьего поворотных переключателей содержит лопасть для обеспечения циркуляции диэлектрической жидкости.
