Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения



Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения
Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения

 


Владельцы патента RU 2470404:

Закрытое акционерное общество "Завод электротехнического оборудования" (ЗАО "ЗЭТО") (RU)
Острейко Владимир Николаевич (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы и равномерности распределения переменного тока между электросоединительными телами и контактами. Полюс состоит из секций, содержащих закрепленные на изоляторах неподвижные контактные выводы, расположенные вдоль продольной оси симметрии секции и имеющие относительно этой оси левые и правые части, причем контактные выводы на обращенных друг к другу рабочих концах содержат контактные поверхности, ограничивающие разрядный промежуток, замкнутый подвижными электросоединительными телами (например, ножами), прижатыми к контактным поверхностям посредством пружин и установленными с возможностью размыкания и последующего замыкания указанного разрядного промежутка путем перемещения упомянутых тел с помощью приводного механизма, например, соответственно в фиксированные верхнее и нижнее положения, при этом согласно изобретению контактные выводы вместе с электросоединительными телами в замкнутом положении образуют две пересекающиеся в пространстве, но изолированные друг от друга транспонированные электрические цепи: «левая (правая) часть одного контактного вывода - электросоединительные тела - правая (левая) часть другого контактного вывода». 6 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к электроаппаратостроению, а именно к разъединителям внутренней установки переменного напряжения, преимущественно многоамперным.

Известны многоамперные полюсы разъединителей внутренней установки, чаще всего используемые в трехполюсном варианте в трехфазных генераторных цепях электростанций, как, например, полюс РВПЗ-20/12500 с номинальным током 12500 А (Каталог «Разъединители внутренней установки», ЗАО «ЗЭТО», г.Великие Луки, 2010, с.3). В таких полюсах многоамперность переменного тока может приводить к значительному усилению негативного проявления известного электромагнитного эффекта близости (Семчинов A.M. Токопроводы промышленных предприятий. Л.: Энергоиздат, 1982, с.26-32), т.е. приводить к сильной неравномерности распределения тока как между отдельными частями (секциями) полюса разъединителя (а значит, и между контактами), так и в сечениях самих секций, а следовательно, приводить, как в случае РВПЗ-20/12500, к возрастанию:

1) потерь электроэнергии на собственное тепловыделение;

2) материалоемкости и особенно в части меди;

3) габаритных размеров.

Вследствие неравномерности распределения тока между контактами могут уменьшаться также надежность и рабочий ресурс полюса.

Известен путь выравнивания распределения тока, а значит, и снижения параметров 1)-3) за счет значительного усложнения конструкции полюса разъединителя, в результате которого обеспечивается круговая многостержневая компоновка токоведущих стержней и их продольное возвратно-поступательное перемещение (патент РФ 2308780, H01H 31/24, 20.10.2007, Бюл. №29). Такая конструкция реализована, например, в полюсе РП-27/20000 с номинальным током 20000 А (Каталог «Разъединители внутренней установки», ЗАО «ЗЭТО», г.Великие Луки, 2010, с.2).

В указанной существенно усложненной конструкции подавляется эффект близости в случае однополюсного разъединителя. Однако в двух- и трехполюсных разъединителях этот эффект все же может проявляться в значительной неравномерности кругового распределения тока между стержнями (а значит, и между контактами) вследствие взаимного электромагнитного влияния соседних полюсов. Для его ослабления многоамперные полюсы обычно экранируют или размещают на достаточно больших расстояниях друг от друга.

Наиболее близким к заявляемому решению является полюс разъединителя РВРЗ-20/8000 с номинальным током 8000А (Каталог «Разъединители внутренней установки», ЗАО «ЗЭТО», г.Великие Луки, 2010, с.3), конструкция которого несоизмеримо проще обоих вышеупомянутых аналогов. В этой конструкции можно выделить секции (части), которые содержат закрепленные на изоляторах, предназначенные для соединения с токоподводами неподвижные контактные выводы, расположенные вдоль продольной оси симметрии секции и имеющие относительно этой оси левые и правые части, при этом контактные выводы на обращенных друг к другу рабочих концах содержат контактные поверхности, ограничивающие разрядный промежуток, замкнутый подвижными электросоединительными телами (ножами), прижатыми к контактным поверхностям посредством пружин и установленными с возможностью размыкания и последующего замыкания указанного разрядного промежутка путем перемещения упомянутых тел с помощью приводного механизма и электроизоляционных тяг соответственно в фиксированные верхнее и нижнее положения. Однако в такой конструкции сохраняются условия для значительного проявления эффекта близости как в пределах токоведущих секций, так и между ними, а также между самими многоамперными полюсами в двух- и трехфазных разъединителях. Как уже отмечалось выше, следствием этого является возможность значительной неравномерности распределения тока в секциях, между ними и между контактами, что приводит к нежелательному повышению параметров 1-3), а также может уменьшать надежность и рабочий ресурс полюсов.

Задачей изобретения является создание многоамперного полюса разъединителя внутренней установки сравнительно простой конструкции с повышенной равномерностью распределения переменного тока между электросоединительными телами (ножами или ламелями) и контактами, а значит, с уменьшенными параметрами 1)-3), повышенными надежностью и рабочим ресурсом.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном полюсе многоамперного разъединителя, состоящем из N секций, каждая из которых содержит закрепленные на изоляторах, предназначенные для соединения с токоподводами неподвижные контактные выводы, расположенные вдоль продольной оси симметрии секции и имеющие относительно этой оси левые и правые части, при этом контактные выводы на обращенных друг к другу рабочих концах содержат контактные поверхности, ограничивающие разрядный промежуток, замкнутый подвижными электросоединительными телами (например, ножами или ламелями), прижатыми к контактным поверхностям посредством пружин и установленными с возможностью размыкания и последующего замыкания указанного разрядного промежутка путем того или иного перемещения упомянутых тел с помощью приводного механизма (например, перемещения соответственно в фиксированные верхнее и нижнее положения посредством электроизоляционных тяг или же возвратно-поступательного перемещения в продольно-осевом направлении), согласно изобретению контактные выводы вместе с электросоединительными телами в замкнутом положении образуют две пересекающиеся в пространстве, но изолированные друг от друга электрические цепи: «левая (правая) часть одного контактного вывода - электросоединительные тела - правая (левая) часть другого контактного вывода».

Электросоединительные тела, контактирующие с левой, и тела, контактирующие с правой частями одного контактного вывода, могут быть электрически изолированы друг от друга и контактировать соответственно с правой и левой частями другого контактного вывода.

Левые и правые части контактных выводов могут быть электрически изолированы друг от друга.

Левая часть одного из контактных выводов может быть электрически изолирована от его правой части и замыкаться с правыми электросоединительными телами, а его правая часть замыкаться с левыми электросоединительными телами.

Секция может быть одна (N=1). При числе же секций больше одной (N>1) они могут быть электрически соединены параллельно.

Левые и правые части контактных выводов могут быть электрически соединены в узлы с соответствующими токоподводами, при этом расстояния l1 и l2 от упомянутых узлов до точек подсоединения токоподводов к контактным выводам определяются из соотношения

где a1C и a2C - расстояния от указанных точек подсоединения до средней точки пространственного пересечения транспонированных электрических цепей.

Благодаря указанному пересечению (транспозиции) электрических цепей в заявляемой сравнительно простой конструкции полюса разъединителя нивелируется вышеупомянутый эффект близости и тем самым выравнивается распределение тока как между этими цепями, так и между транспонированными секциями, а значит, и между контактами (Семчинов A.M. Токопроводы промышленных предприятий. Л.: Энергоиздат, 1982, с.59). Это уменьшает параметры 1)-3), повышая надежность и рабочий ресурс полюса.

На фиг.1, 2 и 3, 4 показаны для включенного положения виды сверху односекционных полюсов разъединителя (N=1), относящихся соответственно к пп.2, 3 и 4 формулы изобретения, при этом фиг.1-4 соответствуют и ее п.7; на фиг.5, в качестве примера, показан (также для включенного положения) вид сверху двухсекционного полюса (N=2), соответствующего пп.6, 3 и 7 формулы изобретения; на фиг.6 показан вид сверху двухъярусного (по числу уровней расположения электросоединительных ножей по высоте) односекционного полюса (N=1), соответствующего пп.3, 5 и 7 формулы изобретения, а на фиг.7 - его вид сбоку (полюса на фиг.1-5 показаны как одноярусные).

Заявляемый полюс содержит закрепленные на изоляторах 1 контактные выводы, имеющие левые и правые части 2 и 3 относительно продольной оси симметрии 0-0, а также подвижные электросоединительные тела, например парные ножи 4, прижатые с помощью пружин 5 к левым - 2 и правым - 3 частям контактных выводов с противоположных сторон от токоподводов 6 и формирующие узлы электропроводных перемычек 7 (т.е. прижатых с обеих сторон разрядного промежутка) и имеющие возможность размыкания этого промежутка, например, путем поворота на некоторый угол α по часовой стрелке вокруг осей 8 неразъемных осевых контактов (фиг.7) с помощью электроизоляционных тяг 9 приводного механизма (на рисунках он не показан) и тем самым перевода соответствующих концов 10 ножей 4 с разъемными контактами в верхнее положение (на рисунках это положение не показано).

Полюс разъединителя работает следующим образом.

В отключенном положении полюса разрядный промежуток разомкнут, ток через полюс не протекает. В этом случае согласно фиг.7 ножи 4 будут повернуты на требуемый угол α по часовой стрелке вокруг осей 8 с помощью тяг 9, т.е. противоположные осям 8 концы ножей 10 будут находиться в верхнем положении.

Во включенном положении, например, односекционного (N=1) полюса (фиг.1-4) протекающий по нему ток i1 разветвляется, т.е.

где iT1 и iT2 - токи одной и другой транспонированных цепей секции.

В силу транспозиции и симметрии этих цепей относительно оси секции 0-0 их взаимные индуктивности с некоторыми другими проводниками (на рисунках они не показаны) будут близкими по величине. Поскольку и собственные индуктивности транспонированных цепей близки, а также близки и их активные сопротивления, то

Данное приближение будет иметь наивысшую точность при выполнении соотношения (1). В этом случае длины участков обеих транспонированных электрических цепей, расположенные по одну сторону от оси симметрии 0-0, будут примерно одинаковы. Следовательно, и максимально близкими будут вышеупомянутые их параметры (активные сопротивления, собственные и взаимные индуктивности), а значит, и токи (3).

Согласно (1), например, в конструкциях фиг.2 и 4 целесообразно выполнить соотношение

где длины a1 и a2 - фиксированные, так как они определяются соответствующими размерами полюса разъединителя, а длинами l1 и l2 можно варьировать с помощью перемычек 7.

Следовательно, из уравнения (4) при известных длинах a1 и a2 и выбранной длине l1 (или l2) легко определяется соответствующая фиг.2 и 4 длина l2 (или l1).

В случае фиг.3 одной из перемычек 7 служит сам коробчатый контактный вывод, поэтому l2=0 и из соотношения (4) следует

В случае же фиг.1 обеими перемычками 7 служат коробчатые контактные выводы, поэтому l1=l2=0. Следовательно, согласно (4) в этом случае для повышения точности приближения (3) целесообразно, чтобы сам полюс разъединителя удовлетворял условию

Уравнения (4)-(6) относятся к одноярусным секциям разъединителя (фиг.1-5). В случае двухъярусной (фиг.6 и 7) или, например, трехъярусной секции соотношение (1) принимает вид

или соответственно - вид

где размеры a01 и a02 относятся ко второму сверху, а размеры a001 и a002 - к третьему сверху ярусам ножей.

Если секция фиг.3, у которой l2=0, является двух- или трехъярусной, то согласно соотношениям (7) или (8) соответственно

или

При выполнении же секции фиг.1 как двух- или трехъярусной целесообразно, чтобы она сама удовлетворяла соотношениям (7) или (8), в которых l1=l2=0, т.е.

или соответственно

В случае, например, двухсекционного (N/=2) полюса (фиг.5) протекающий по нему ток i2 разветвляется между четырьмя транспонированными цепями, т.е.

При этом в силу симметрии транспонированных секций относительно оси 00-00 можно записать приближения

так что уравнение (13) с учетом (2) принимает вид

Аналогично, для N-секционного полюса с током iN можно обосновать соотношение

естественно, переходящее в (15) при N=2.

В силу вышеуказанной симметрии соотношение (14), а значит, и (15) становятся практически точными, если рассматриваемый полюс (фиг.5) не подвергается внешним электромагнитным воздействиям (например, он достаточно удален или экранирован от соседних фаз). При этом, однако, соотношение (16) для N≥3 всегда является приближенным, причем его точность уменьшается с увеличением числа секций N.

Согласно приближениям (3), (14) и (15), (16) ток в заявляемом полюсе достаточно простой конструкции (по сравнению с аналогами) имеет близкое к равномерному распределение между ножами и контактами, причем степень этой равномерности повышается при выполнении условий (4)-(12). Следовательно, предлагаемое изобретение решает поставленную выше задачу. При этом согласно соотношениям (15), (16) обеспечивается возможность радикального (близкого к N-кратному) увеличению токоведущей способности разъединителей при параллельном включении N одинаковых многоамперных полюсов как модулей.

Заявляемый полюс реализован на ЗАО «ЗЭТО» (г.Великие Луки) как односекционный (N=1) двухъярусный разъединитель (фиг.6 и 7) на ток 8000 А (он назван РРТЗ-20/8000). Этот разъединитель успешно прошел все необходимые испытания, которые подтвердили близость действующих значений токов во всех четырех парах транспонированных ножей (и без перемычек 7, и тем более с ними), несмотря на значительное электромагнитное влияние соседних фаз (экраны отсутствовали, а межфазное расстояние равнялось 800 мм). При этом разъединитель РРТЗ-20/8000 по сравнению с прототипом РВРЗ-20/8000 имеет значительно меньшие массогабаритные характеристики и поэтому готовится к серийному выпуску вместо прототипа (см. табл.1).

Таблица 1
Сравнительные характеристики полюсов разъединителей на ток 8000 А
Характеристики полюса без ножей заземления - (З) Сравниваемые полюса
Новый (модуль) - РРТ(З)-20/8000 Выпускается ЗАО «ЗЭТО» - РВР(3)-20/8000
Масса меди, кг 39,5 47,8
Общая масса, кг 110 192
Длина, мм 740 910
Ширина, мм 400 520
Высота, мм.
- вкл. 600 680
- откл. 960 1040

Кроме того, два полюса - РРТЗ-20/8000 были размещены на общей раме, в результате чего получился соответствующий фиг.5 двухмодульный, т.е. двухсекционный (N=2) двухъярусный разъединитель с пропускной способностью 14000 А (установлено экспериментально), что согласуется с приближением (15). Пропускная способность оказалась меньше 2×8000=16000 А из-за наличия сильного межфазного электромагнитного воздействия (экраны отсутствовали, а расстояния между соседними фазными осями, т.е. между осью 00-00 и другой такой же осью, равнялось 1600 мм). При этом наблюдалось близкое к равномерному распределение тока между восемью парами ножей. Поскольку такой (двухмодульный) разъединитель обеспечивает надежный запас по току по сравнению с аналогом РВПЗ-20/12500 и имеет значительно меньшие массогабаритные характеристики, то он планируется к серийному производству как РРТЗ-20/12500 вместо указанного разъединителя-аналога (см. табл.2).

Таблица 2
Сравнительные характеристики полюсов разъединителей на ток 12500 А
Сравниваемые полюса
Характеристики полюса без ножей заземления - (З) Новый (двухмодульный) - РРТ(З)-20/12500 (состоит из двух РРТ(З)-20/8000) Выпускается ЗАО «ЗЭТО» - РВП(З)-20/12500
Масса меди, кг 79 133
Общая масса, кг 237 500
Длина, мм 740 1200
Ширина, мм 780 1000
Высота, мм
- вкл. 700 960
- откл. 1060 960

Следует отметить, что аналогичный двухмодульный разъединитель как РРТЗ-20/18000 на ток 18000 А запланирован ЗАО «ЗЭТО» к реализации для Курской АЭС (модулем будет служить полюс РРТЗ-20/10000, получаемый из РРТЗ-20/8000 путем утолщения контактных выводов и ножей).

Если же три полюса РРТЗ-20/8000 разместить на общей раме, то получится трехмодульный, т.е. трехсекционный (N=3) двухъярусный разъединитель, который согласно приближению (16) при N=3 вместо тока 3×8000=24000 А предположительно сможет пропустить ток порядка 20000 А. Сравнение этого разъединителя как РРТЗ-20/20000 с разъединителем-аналогом РП-27/20000 еще раз демонстрирует высокую эффективность заявляемого решения (см. табл.3).

Таблица 3
Сравнительные характеристики полюсов разъединителей на ток 20000 А
Характеристики полюса без ножей заземления - (З) Сравниваемые полюса
Новый (трехмодульный) - РРТ(З)-20/20000 (состоит из трех РРТ(З)-20/8000) Выпущен ЗАО «ЗЭТО» для Бушерской АЭС - РП-27/20000
Масса меди, кг 118,5 229
Общая масса, кг 356 750
Длина, мм 740 1735
Ширина, мм 1160 1040
Высота, мм
- вкл. 700 915
- откл. 1060 915

Таким образом, заявляемый полюс, имея сравнительно простую конструкцию, обеспечивает реальные возможности для создания уникальных, действительно многоамперных энергосберегающих разъединителей со сравнительно малыми и собственными потерями электроэнергии и массогабаритными характеристиками, что обусловлено высокой равномерностью распределения тока между транспонированными цепями, составляющими электрическую основу полюса. Важно, что эти разъединители могут иметь различные конструктивные формы (а значит, и несколько разные технико-экономические характеристики), определяемые различиями в электрически почти равноправных (по отношению к равномерности распределения тока) вариантах исполнения контактных выводов и ножей, соответствующих фиг.1-7.

1. Полюс многоамперного разъединителя переменного напряжения, состоящий из N секций, содержащих закрепленные на изоляторах предназначенные для соединения с токоподводами неподвижные контактные выводы, расположенные вдоль продольной оси симметрии секции и имеющие относительно этой оси левые и правые части, при этом контактные выводы на обращенных друг к другу рабочих концах содержат контактные поверхности, ограничивающие разрядный промежуток, замкнутый подвижными электросоединительными телами (например, ножами), прижатыми к контактным поверхностям посредством пружин и установленными с возможностью размыкания и последующего замыкания указанного разрядного промежутка путем перемещения упомянутых тел с помощью приводного механизма (например, перемещения посредством электроизоляционных тяг соответственно в фиксированные верхнее и нижнее положения), отличающийся тем, что контактные выводы вместе с электросоединительными телами в замкнутом положении образуют две пересекающиеся в пространстве изолированные друг от друга транспонированные электрические цепи: «левая (правая) часть одного контактного вывода - электросоединительные тела - правая (левая) часть другого контактного вывода».

2. Полюс разъединителя по п.1, отличающийся тем, что электросоединительные тела, контактирующие с левой, и тела, контактирующие с правой частями одного контактного вывода, электрически изолированы друг от друга и контактируют соответственно с правой и левой частями другого контактного вывода.

3. Полюс разъединителя по п.2, отличающийся тем, что левые и правые части контактных выводов электрически изолированы друг от друга.

4. Полюс разъединителя по п.1, отличающийся тем, что левая часть одного из контактных выводов электрически изолирована от его правой части и замыкается с правыми электросоединительными телами, а его правая часть замыкается с левыми электросоединительными телами.

5. Полюс разъединителя по пп.2, или 3, или 4, отличающийся тем, что число секций N=1.

6. Полюс разъединителя по пп.2, или 3, или 4, отличающийся тем, что при числе секций N>1 они электрически соединены параллельно.

7. Полюс разъединителя по п.1, отличающийся тем, что левые и правые части контактных выводов электрически соединены в узлы с соответствующими токоподводами, при этом расстояния l1 и l2 от упомянутых узлов до точек подсоединения токоподводов к контактным выводам определяются из соотношения
l1+a≈l2+a,
где a и a - расстояния от указанных точек подсоединения до средней точки пространственного пересечения транспонированных электрических цепей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к разъединителям внутренней установки. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно высоковольтным электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации электрических цепей без тока и для создания видимого разрыва через воздушный промежуток.

Устройство прерывания силовой цепи содержит: первый корпус, включающий в себя пару неподвижных электродов и предохранитель, имеющий контакты на обоих своих концах; и второй корпус, включающий в себя подвижный электрод, который прерывает электрическое соединение между неподвижными электродами, когда второй корпус отсоединен от первого корпуса, и устанавливает электрическое соединение между неподвижными электродами, когда второй корпус соединен с первым корпусом. Первый корпус имеет отверстие, предусмотренное для выполнения проверки целостности цепи для предохранителя. Отверстие покрыто вторым корпусом в состоянии, когда обеспечивается целостность цепи. Технический результат - возможность проведения безопасной проверки целостности цепи для предохранителя после прерывания целостности силовой цепи без необходимости раскрытия всего участка предохранителя и предотвращение проникновения в устройство инородного материала, в обычном состоянии устройства, в котором обеспечена целостность силовой цепи. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх