Вакуумный коммутационный прибор

Изобретение относится к высоковольтной коммутационной аппаратуре, в частности к вакуумным управляемым разрядникам и вакуумным дугогасительным камерам, используемым в выключателях. Вакуумный коммутационный прибор содержит изоляционный корпус, дугогасительные электроды и экранную систему, по меньшей мере, из пяти экранов, часть из которых изолированы, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов. Центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, образующие которых имеют ступенчатую форму, при этом каждый из торцов экрана меньшего диаметра охвачен торцом большего диаметра смежного экрана, а кольцевые каналы между смежными экранами в зонах их взаимного перекрытия и кольцевые щели между корпусом и экранами удовлетворяют условиям

L≥M;

4≤P/S≤15,

где L - длина кольцевого канала; М - ширина кольцевого канала; Р - глубина кольцевой щели; S - ширина щели на середине глубины щели. Изобретение обеспечивает увеличение электрической прочности внутренней изоляции камеры и сохранение ее до полной выработки электрического ресурса. 2 ил.

 

Изобретение относится к области высоковольтной коммутационной аппаратуры, а более конкретно к вакуумным управляемым разрядникам и вакуумным дугогасительным камерам (камерам) на номинальное напряжение более 35 кВ, например для камер на 60 кВ, используемым в выключателях на 110 кВ при последовательном соединении двух камер в каждом полюсе.

Известна выпускаемая промышленностью России камера типа КДВ-35. («Электротехника», №9, 2001 г., с.22.) [1]. Электрическая прочность внутренней изоляции этой камеры обеспечивается экранной системой из пяти экранов, из которых три изолированы, а два прифланцевых имеют электрическое соединение с дугогасительными электродами. Центральный из изолированных экранов, охватывающий электроды, и два других изолированных экрана закреплены на изоляционном керамическом корпусе и вместе с прифланцевыми экранами защищают изоляционный корпус от металлизации продуктами эрозии электродов, возникающей под действием вакуумной дуги при коммутации тока. Примененная экранная система обеспечивает требуемую стандартом электрическую прочность внутренней изоляции 95 кВ при испытании одноминутным напряжением промышленной частоты и 190 кВ при воздействии напряжением стандартного грозового импульса. Экраны обеспечивают сохранение электрической прочности на требуемом уровне, не ниже 80% от начального. Вместе с тем наблюдается тенденция снижения электрической прочности внутренней изоляции камер по мере выработки электрического ресурса. Природа этого явления, как показало обследование камер после выработки ресурса, состоит в недостаточной защите изоляционного корпуса от металлизации. В максимальной степени металлизация наблюдается на участках изоляционного корпуса, не прикрытых экранами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является камера с экранной системой из пяти экранов, из которых три изолированы, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов. Центральный изолированный экран, охватывающий дугогасительные электроды, выполнен в виде двух усеченных конусов, соединяющихся между собою торцами больших диаметров. Каждый из торцов меньшего диаметра центрального экрана охватывается другим изолированным экраном, имеющим также форму полого усеченного конуса. В свою очередь, каждый из торцов меньшего диаметра изолированных экранов охватывается прифланцевым экраном. Таким образом достигается более плотная защита изоляционного корпуса от металлизации. Геометрия экранов выбрана таким образом, чтобы напряжение равномерно распределялось по корпусу (Патент США №3792214, класс 200-144В, опубл. 12.02.1974 г.) [2].

Однако и эта экранная система содержит существенные недостатки, препятствующие ее использованию в камерах на повышенное напряжение. Основным недостатком является проникновение продуктов эрозии электродов через экранную систему, несмотря на взаимное перекрытие экранов, к изоляционному корпусу, и металлизация его по мере выработки электрического ресурса камеры. Проникновение продуктов эрозии за экраны к корпусу обусловлено недостаточным взаимным перекрытием экранов и прямолинейностью зазоров между ними. Вторым недостатком является чрезмерная концентрация электрического поля в месте соединения конических экранов с изоляционным корпусом по причине большой ширины кольцевых щелей между корпусом и указанными экранами из-за их конусности. Чрезмерная концентрация электрического поля в месте соединения конического экрана с изоляционным корпусом создает условия для инициации пробоя вдоль поверхности изоляционного корпуса, что препятствует достижению более высоких значений внутренней изоляции камеры.

Цель изобретения - увеличение электрической прочности внутренней изоляции камеры и сохранение ее до полной выработки электрического ресурса путем устранения сквозного пролета между смежными экранами продуктов эрозии электродов по направлению к поверхности изоляционного корпуса и направлении этих продуктов в основном на поверхности экранов, а также за счет уменьшения напряженности электрического поля в местах соединения экранов с изоляционным корпусом, оптимизацией ширины и глубины кольцевой щели между экраном и корпусом.

Указанная цель достигается тем, что в вакуумном коммутационном приборе, содержащем изоляционный корпус, дугогасительные электроды и экранную систему, по меньшей мере, из пяти экранов, часть из которых изолированы, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов, при этом центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, и каждый из торцов экрана, меньшего диаметра, охвачен торцом большего диаметра смежного экрана. Новым является то, что центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, образующие которых имеют ступенчатую форму, при этом кольцевые каналы между смежными экранами в зонах их взаимного перекрытия и кольцевые щели между корпусом и экранами должны удовлетворять условиям

L≥M

4≤P/S≤15,

где L - длина кольцевого канала;

М - ширина кольцевого канала;

Р - глубина кольцевой щели;

S - ширина щели на середине глубины щели.

На фиг.1 изображена предлагаемая камера, осевой разрез; на фиг.2 - зоны кольцевых каналов между смежными экранами и кольцевых щелей между экранами и корпусом. Камера содержит два вывода 1 и 2, на внутренних концах которых укреплены электроды 3 и 4. Вывод 1 жестко закреплен на фланце 5, вывод 2 вакуум-плотно соединен с фланцем 6 через сильфон 7. Изоляционный корпус 8 образован минимум двумя (левая половина фиг.1) или, например, четырьмя (правая половина) керамическими кольцами, спаянными герметично между собою. На этих кольцах жестко закреплены три изолированных экрана 9, 10, 11; два прифланцевых экрана 12 и 13 закреплены на фланцах 5 и 6 и соединены электрически с электродами 3 и 4. Каждый из торцов меньшего диаметра экранов 9-11 охватывается торцом большего диаметра смежного экрана. Участки взаимного перекрытия смежных экранов образуют кольцевые каналы, длина которых L не менее их ширины М (L≥М), фиг.2. Торцы экранов оканчиваются скруглениями. Между экранами 9-11 и стенками изоляционного корпуса 8 в местах крепления экранов к корпусу, а также между экранами 12, 13 и корпусом образуются узкие и глубокие кольцевые щели 14-21 (фиг.1) с отношением глубины Р к ширине S в пределах 4≤P/S≤15 (фиг.2). Поскольку ширина щели, как правило, изменяется с глубиной, то ее значение S определяется на середине глубины щели, как это показано на фиг.2.

Работа камеры происходит следующим образом. При отключении камерой тока электроды 3 и 4 размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, в процессе горения которой образуются ионы и пары металлов. Давление паров между электродами при отключении тока в десятки килоампер может достигать многих сотен миллиметров ртутного столба (многих паскалей). Пар нагревается до тысяч градусов, поэтому происходит процесс энергичного его выхода из межэлектродного промежутка в объем камеры и его взаимодействия с экранной системой, фланцами и поверхностями других деталей. При взаимодействии потоков паров с окружающими поверхностями происходит их конденсация. После многократных столкновений с поверхностями, окружающими межэлектродный промежуток, несконденсировавшийся пар выходит за пределы экранов. Для исключения конденсации паров на корпусе в предлагаемой экранной системе служат кольцевые каналы, направляющие потоки пара на участки Q внешней поверхности изолированных экранов (на фиг.2 один из них отмечен пунктиром). На участках Q коэффициент конденсации близок к 100%, поскольку температура пара после 2-3 предварительных «контактов» с поверхностями других электродов снижается с тысяч в дуговом разряде до сотен градусов к моменту прохождения сквозь кольцевые каналы. Кроме того, участки Q не подвержены воздействию факторов дугового разряда. Таким образом, при условии попадания всего молекулярного потока, вытекающего из данного кольцевого канала на участок Q, можно ожидать практически полное исключение металлизации корпуса камеры. Эта возможность реализуется, если отношение L/M≥1. При этом траектории периферийных молекул потока не выходят за обозначенную штрих-пунктиром прямую Z, фиг.2. При L/M<1 прямая Z пройдет мимо экрана и окончится на корпусе, что будет свидетельствовать о металлизации корпуса, приводя к недопустимому уменьшению внутренней изоляции камеры.

Было показано («Электротехника», №03/01, с.10) [3], что при превышении в местах крепления экранов к изоляционному корпусу камеры, например, места 22-25, фиг.2, напряженности электрического поля сверх 2,7 кВ/мм, или напряженности поля на экранах в местах на выходе из кольцевых щелей, например, места 26, 27, более 9 кВ/мм, возникает существенная вероятность инициации перекрытия. Перекрытие наступает по внутренней поверхности изоляционного корпуса между смежными экранами. Это перекрытие может привести к пробою всей камеры. Оно также приводит к металлизации корпуса и необратимому снижению внутренней изоляции камеры. Разумеется, что исключить возможность перекрытия возможно лишь путем ограничения напряженности электрического поля указанными выше значениями. Моделированием камеры на 60 кВ установлено, что при равномерном делении напряжения между экранами и при относительной глубине щели, т.е. при отношении ее глубины Р к ширине S более 4 и менее 15, т.е. при условии 4≤P/S≤15 ограничения напряженностей указанными значениями выполняется. Напротив, при относительной глубине P/S меньше 4 происходит инициация пробоя из точек 22-25, фиг.2. При P/S>15 пробои инициируются из точек 26, 27.

Источники информации

1. Журнал «Электротехника», №9, стр.22, опубл. 2001 г.

2. Патент США №3792214, класс 200-144 В, опубл. 12.02.1974 г. (прототип).

3. Журнал «Электротехника», №3, стр.10, опубл. 2001 г.

Вакуумный коммутационный прибор, содержащий изоляционный корпус, дугогасительные электроды и экранную систему по крайней мере из пяти экранов, часть которых изолирована, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов, при этом центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, и каждый из торцов экранов меньшего диаметра охвачен торцом большего диаметра смежного экрана, отличающийся тем, что центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, образующие которых имеют ступенчатую форму, при этом кольцевые каналы между смежными экранами в зонах их взаимного перекрытия и кольцевые щели между корпусом и экранами должны удовлетворять условиям:
L≥M;
4≤P/S≤15,
где L - длина кольцевого канала;
М - ширина кольцевого канала;
Р - глубина кольцевой щели;
S - ширина щели на середине глубины щели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вакуумной дугогасительной камере с литой полюсной деталью для применения в областях низких, средних и высоких напряжений, а также к способу ее изготовления.

Изобретение относится к конструкции вакуумных выключателей, преимущественно наружной установки. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным электрическим аппаратам переменного тока, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей.

Изобретение относится к силовому выключателю, предназначенному для киловольтного диапазона и содержащему вакуумную дугогасительную камеру, охватываемую без зазора манжетой из эластомерного материала большой диэлектрической прочности.

Изобретение относится к области электротехники , в частности к вакуумным выключателям высокого напряжения с несколько соединенными последовательно вакуумными дугогасительными камерами.

Изобретение относится к быстродействующим , коммутаторам для высокочастотных электрических цепей. .

Изобретение относится к вакуумной камере выключателя с изолирующей керамической стенкой, внутри которой в вакууме расположены движущиеся контактные элементы, которые окружены экраном, расположенным между контактным элементом и стенкой вакуумной камеры

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции вакуумных выключателей

Изобретение относится к способу для закрепления элемента (экрана) к части (корпусу) электрического устройства, такого как вакуумный выключатель

Изобретение относится к способу изготовления контактной части средневольтного переключающего устройства с вакуумной камерой прерывания и к самой контактной части

Изобретение касается вакуумной переключающей лампы (1) с корпусом, который имеет два размещенных и выполненных симметрично относительно средней плоскости (S) участка (16, 17) корпуса из изолирующего материала. Каждый из обоих участков (16, 17) корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей (9, 10, 11, 12, 13, 14) корпуса из изолирующего материала. Часть (9, 12) корпуса из изолирующего материала каждого участка корпуса из изолирующего материала, размещенная наиболее удаленно от средней плоскости (S), имеет длину (L1), которая больше, чем длина (L2, L3) других частей (10, 11, 13, 14) корпуса из изолирующего материала. Технический результат - обеспечение высокой диэлектрической прочности переключающей лампы, имеющей компактную конструкцию. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вакуумный выключатель содержит вакуумную камеру (2) с коммутирующим контактом, имеющим неподвижную контактную деталь, которая находится в электрическом контакте с контактным зажимом (11) неподвижного контакта, а также подвижную контактную деталь и приводной блок (7). С приводным блоком (7) и подвижной контактной деталью соединена переключательная механика (4). Соединительные средства в положении контакта электрически соединяют контактный зажим (13) подвижного контакта с подвижной контактной деталью. Соединительные средства имеют зажимной контакт (16, 17), который имеет соединенный с электропроводящим участком переключательной механики (4) вводную зажимную контактную деталь (16) и соединенную неподвижно с вакуумной камерой (2) и электрически с контактным зажимом (13) ответную зажимную контактную деталь (17), расположенные так, что вводная зажимная контактная деталь (16) вследствие приводного движения зажимается с электрической проводимостью с ответной зажимной контактной деталью (17). Технический результат - создание компактного выключателя, который при высоких скоростях включения обеспечивает надежный путь прохождения тока с высокой нагрузочной способностью по току между контактными зажимами вакуумного выключателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для прерывания в системах распределения питания. Электрический разъединитель включает в себя тело, ограничивающее проем, проделанный сквозь него, первый электрический контакт, расположенный у первого конца проема, второй электрический контакт, расположенный с возможностью перемещения у второго конца проема, причем конфигурация упомянутого второго контакта обеспечивает оперативное перемещение через проем для электрического соединения с первым контактом или отсоединения от него, и, по меньшей мере, два вогнутых управляющих электрическим полем экрана, прикрепленных к телу у соответствующих концов проема и вокруг него так, что экраны пролегают поперек проема, а открытые концы каждого экрана направлены друг к другу. 5 н. и 22 з.п. ф-лы, 25 ил.

Автоматический выключатель для использования в цепях среднего и высокого напряжения содержит по меньшей мере один корпус (1) полюсной части, в котором размещена вакуумная вставка (2), внутри которой расположена пара соответствующих соосных электрических контактов (3, 4). Неподвижный электрический контакт (3) электрически соединен с верхней клеммой (5) корпуса (1) полюсной части, а подвижный по оси электрический контакт (4) электрически соединен с нижней клеммой (6) корпуса (1) полюсной части и приводится в действие изолированной тягой (7), которая проходит сквозь защитную пластину (8), расположенную на нижнем отверстии корпуса (1) полюсной части. Защитная пластина (8) выполнена из жесткого литого пластикового изоляционного материала, причем по периметру защитной пластины (8) отлито по меньшей мере одно уплотнительное кольцо (9, 9а, 9b), выполненное из эластичного материала. Технический результат - создание выключателя с простым и эффективным средством защиты от электрических пробоев между нижней электрической клеммой и краями корпуса полюсной части. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх