Высоковольтный выключатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапистичесиик

Республик

Н 01 Н 33/91

РВуйаркт«кк«ык кен«твт

ССОР аю аелкм «зебрете««В

«вткрмпй

Опубликовано 15.05.82. Бюллетень М 18 (53) УДК 621 .316.54(088.8) Дата опубликования описания 18.05. 82

К.А. Поздняков и Е.Н. Тонконогов (72) Авторы изобретения

Р I

«».. (21) Заявитель

54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к газовым, в частности элегазовым, выключателям

i высокого напряжения.

Известен высоковольтный выключатель с двумя ступенями давления, соS держащий дугогасительную камеру жесткой конструкции, заполненную жидким. . элегазом, предназначенным для создания потока дугогасящей среды. Внутри. камеры расположены контакты, по край ней мере один из которых снабжен приводом, и устройство для увеличения объема жидкого элегаза в процессе размыкания контактов, выполненное в виде герметизированной емкости, заполненной газом. Один из контактов выполнен полым и снабжен подпружиненным клапаном для герметизации камеры во включенном и отключенном положениях контактов. 20

Для создания давления-в камере с жидким элегазом выключатель снабжен компрессором 111.

Недостатком такого выключателя является большая длительность горения дуги. Это связано с тем, что для открытия клапана и начала гашения . дуги парогазовой смесью через полый контакт с клапаном из объема с жидким элегазом требуется 2-3 полупериода горения дуги. Наличие герметизированной емкости для увеличения объема жидкого элегаза в процессе размыкания в данной конструкции приводит к снижению скорости нарастания давления в камере и дополнительно увеличивает время горения дуги.

В период открытия и в процессе отключения подпружиненный клапан имеет колебательный характер движения. Это определяется как законами динамики и течения газопаровой смеси, так и пуль. сирующим характером давления в камере, причем спаду тока к нулю соответствует спад давления в камере и уменьшение проходного сечения клапана, что ухудшает условия обдува дуги при пере.

928445 4 ходе тока через нуль и снижает отключающую способность выключателя.

Электрическая прочность жидкого элегаза не превосходит электрической прочности газообразного элегаза, а наличие высокотемпературной парогазовой.фазы в межконтактном промежутке сразу после погасания дуги.ограничивает электрическую прочность между контактами. Наличие компрессора также усложняет конструкцию выключателя.

Дополнительное усложнение конструкции вносится подпружиненным клапаном, а совокупность указанных элементов снижает надежность выключателя. Известен газовый выключатель автокомпрессионного типа, у которого в цепях повышения степени сжатия газа в начале отключения поршень компрессионного устройства выполнен ступенчатым, состоящим из двух относительно подвижных коаксиальных частей, между которыми имеются пружины сжатия. В начале отключения поперечное сечение цилиндра равно сумме площадей двух частей поршня, а после размыкания контактов - лишь площади внутреннего поршня. При этом происходит сжатие возвратных пружин поршня 2Д.

Недостатком такой конструкции является наличие мощных пружин (суммарное усилие несколько десятков килоньютон), а также большое число взаимоподвижных деталей и скользящих уплотнений, что усложняет и утяжеляет конструкцию, увеличивает ее габариты, снижает надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является газовый автокомпрессионный выключатель, содержащий корпус, подвижный и неподвижный контакты и автокомпрессионное дугогасительное устройство в виде цилиндра с соплом на его днище и поршня, перемещаемых друг относительно друга. Поршень дугогасительного устройства выполнен ограни ченно подвижным и снабжен направляю щим и пружинящим устройствами, причем расстояние между поршнем и днищем цилиндра с соплом меньше полного хода подвижной системы. В конце хода на отключение цилиндр захватывает поршень и перемещает его против сил, создаваемых пружинящим устройством (3) °

Недостатком этой конструкции является большая масса поршня и цилиндра (для эффективной работы уст5

io

25 зо

Э5 ю

56

55 ройства требуется усилие пружинящего элемента в несколько десятков килоньютон, что, в свою очередь, определяет прочность, и, соответственно, массу цилиндра и поршн ), а также ударное взаимодействие между цилиндром и массивным поршнем при отключении и между поршнем и упором на направляющей при включении, Это снижа- ет срок службы и надежность конструкции, ведет к ее усложнению и утяжелению.

Цель изобретения - снижение массы дугогасительного устройства и повышение надежности работы выключателя.

Указанная цель достигается тем, что внутри цилиндра между днищем с соплом и поршнем расположена гарметичная эластичная камера, наполненная газообразной средой под давлением.

Эластичная камера заполнена газом, молекулярный вес которого не больше молекулярного веса дугогасительной среды, например гелием или азотом.

Для уменьшения массы и габаритов дугогасительного устройства эластичная камера имеет дополнительный герметичный объем, соединенный с ней каналом и расположенный в пределах пространства, ограниченного габаритами цилиндра с соплом во вкюченном и отключенном положениях.

На фиг. 1 изображен выключатель во включенном положении; на фиг. 24 - варианты дугогасительного устройства.

Автокомпрессионный выключатель со держит герметизированный корпус 1 с ,вводами 2 и 3, через которые проходят неподвижный контакт 4 и токоподвод 5. Дугогасительное устройство автокомпрессионного выключателя (см. фиг. 1) содержит подвижный цилиндр б с подвижным контактом 7 и соплом 8.

С помощью тяги 9 подвижная система дугогасительного устройства соединена с приводом выключателя (не показан). Неподвижная часть дугогасительного устройства (см. фиг. 1) состоит из поршня 10, опоры 11 и изолятора 12. Эластичная камера 13 из газонепроницаемого материала с одной стороны крепится к поршню 10, а с другой несет на себе охранный диск 14 и ограничитель хода 15 (в отключенном положении выключателя 15а). Устройства 16 и 17 содержат скользящие

5 . 9284 контакты и уплотнительные элементы.

Внутренняя полость 18 эластичной камеры 13 через окна 19 в поршне 10 соединена с дополнительным герметичным объемом 20, образованным стенками опоры 11. Внутренняя полость 21 дугогасительного устройства и пространство 22, ограниченное герметичной оболочкой корпуса 1, заполнены газообразной дугогасительной средой с хоро- о шими изоляционными свойствами, например шестифтористой серой (элегазом) или смесью этого газа с другими газами. С днищем 23, несущим сопло 8, соединена крестовина 24 с окнами 24a,ts несущая контакт 7, имеющий центральный канал 25, соединенный отверстиями 26 с полостью разряжения 27, ограниченной поршнем 28 и внутренними стенками опоры 11. го

На фиг. 2 показан вариант дугогасительного устройства автокомпрессионного выключателя (справа в положении

"Включено", а слева в положении "Отключено"). Устройство содержит все 2s основные элементы, указанные выше.

Отличие заключается в том, что эластичная камера 13 в этом варианте выполнена в виде двух секций тороидаль ной формы, зо

Вариант дугогасительного устройства, показанный на фиг. 3, отличается тем, что эластичная камера 13 со стенками типа сильфонов крепится к днищу 23, а дополнительный объем 20 расположен за днищем 23 вокруг сопла. Ограничитель хода 15 в этом варианте выполнен в виде гибкого элемента типа нити, канатика и т.п. Поршень )0 снабжен упорами 29, образую40 щими канал перетока из области 30 в направлении сопла после того, как охранный диск 14 достигнет этих упоров.

Возможны и другие варианты размещения дополнительного объема, например в стенке цилиндра.

На фиг. 4 показан вариант дугога сительного устройства автокомпрессионного выключателя (слева в положении "Включено", справа - "Отключено"), отличающийся конструкцией оболочки камеры 13 и тем, что такая камера в отключенном положении занима= ет минимальный объем в пространстве между поршнем и соплом. Кроме элементов, упомянутых выше, дугогасительное устройство в данном примере

45 содержит элемент опорной конструкции

31 и охранный цилиндр 32.

Любой из вариантов автокомпрессионного выключателя может быть выполнен как с подвижным цилиндром 6 и неподвижным поршнем 10, так и наоборот, конструкции могут быть выполнены как с соплом, расположенным на днище цилиндра, так и с соплом на поршне. Возможны также другие варианты.

Выключатель работает следующим образом.

В отключенном положении выключатель, удерживается приводом.

B положении "Включено" или "Отключено" пространства 21 и 22 заполнены дугогасящей средой при одинаковых условиях. Полость 18 эластичной камеры 13 и дополнительный объем 20 (если он имеется) заполнены газом, сохраняющим газообразное состояние в широком интервале температур и давлений, а также имеющим высокую скорость распространения возмущений. Обычно это газы с относительно невысоким молекулярным весом, например азот или гелий. Высокая скорость течения этих газов в каналах обеспечивает однород-. ность параметров среды в эластичной камере и в дополнительном объеме.

Давление газа в полостях 18 и 20 таково, что объем 21 цилиндра 6, не занятый во включенном положении эластичной камерой 13, равен 0,3-0,7 произ ведения, поперечного сечения поршня на полный ход цилиндра 6, причем в отключенном положении эластичная камера должна занимать возможно большую часть объема между поршнем 10 и днищем 23.

При отключении объем полости 21 уменьшается и давление в этом объеме нарастает, причем тем быстрее, чем меньше начальный объем полости 21

При соответствующем выборе величины объема эластичной камеры 13 критическое давление в цилиндре достига" ется приблизительно к моменту размыка ния контактов. В момент, когда давление в полости 21 достигает начального давления в полостй 18, начинается одновременное сжатие объемов 21 и 18. Рост давления в полости 21 и истечение газа из нее при этом несколько замедляются. При этом близкий к оптимальному перепад давления между областями полости 21 и пространства 22 сохраняется практически лом; повышенную способность к пропусканию номинального тока, что достигается за счет уменьшения числа переходных скользящих контактов.

° Такими же преимуществами обладают и другие эквивалентные варианты конструкции, такие, например, как с подвижными контактом и соплом, связанными с поршнем, с контактами, расположенными на фиксированном расстоянии, и другие.

Предложенный высоковольтный выключатель предназначен для установки в сетях электропередач напряжением

110 кВ и выше., как в составе герметизированных элегазовых подстанций, так и в виде отдельных выключателей наружной и внутренней установки с номинальными токами 2000 А и более м номинальными токами отключения 40 кА и выше.

Формула изобретения

1. Высоковольтный выключатель, на-. пример элегазовый, содержащий корпус, подвижный и неподвижный контакты и автокомпрессионное дугогасительное устройство в виде цилиндра с соплом на его днище и поршня, имеющих возможность перемещаться относительно друг друга, о т л и ч а-ю шийся тем, что, с целью повышения надежности ра" боты выключателя, внутри цилиндра между днищем с соплом и поршнем расположена дополнительно введенная герметичная эластичная камера, наполненная газообразной средой под давлением.

3, Выключатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и массы дугогасительного устройства, эластичная камера снабжена дополнительным repI метичным объемом, соединенным с ней каналом и расположенным в пределах пространства, ограниченного габаритами цилиндра с соплом во включенном и отключенном положениях. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

It 641526, кл. Н 01 H 33/00, 1977.

2. Патент СНА 11 3829641, кл. 200-148 А, 1972.

3. Патент ФРГ М 1765153, 21 с 35/10, 1967, / . 928445 на всем промежутке движения контактов в области наиболее вероятного гашения дуги.

Гашение дуги, возникающей при отключении между контактами 4 и 7, осуществляется потоком сжатого газа из полости 21 в область пространства 22 через отверстия в упомянутых контак- тах, а в тяжелых случаях также за счет обдува дуги потоком газа через >0 сопло 8. Для тяжелых условий отключение (или для сплошных контактов 4 и, 7 гашение дуги) происходит обычно после выхода контакта 4 из сопла 8.

Исключительно небольшая инерцион- 1S ность эластичной камеры 13 позволяет сч тать, что, как только давление в полости 21 (Ру ) достигает величины начального давления в полости 18 (Pö ) давления В этих пОлОстях рс» таются равными практически на всей оставшейся части хода до соприкосновения эластичной камеры с крестовиной 24 или упорами 29. После этого момента продолжается сжатие и опо- 2s рожнение полости 21 и сжатие полости

18, нарастающее давление в которой используется для торможения подвижной системы выключателя.

При соответствующем выборе парамет-зв ров надкритический перепад давления (Р /Р ) сохраняется более, чем на половине хода на отключение.

Предложенный автокомпрессионный выключатель имеет следующие преимущества по сравнению с известным: уменьшенную массу дугогасительного . устройства, что, в основном, достигается снижением нагрузок на поршень, снижением наибольшего давления в цилиндре, снижением ударных и других динамических нагрузок, а также благодаря использованию в качестве упругого элемента сжатого газа; повышенную надежность в работе, что обес- 4> печивается снижением .вероятности заклинивания или расцепления между цилиндром и поршнем благодаря жесткой конструкции последнего; снижением вероятности отказа в гашении дуги при о нарушении работы устройства, контролирующего уровень давления в рабочем объеме цилиндра; возможност ью постоян- ного контроля целостности- упомянутого устройства без вывода выключателя из работы; снижением динамических Hàгрузок на привод и выключатель в це928445

Составитель В. Попова

РеДактоР Л. ВеселовскаЯ ТехРед N. Tenep

Корректор А. ференц

Заказ 3253/66

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

18

Тираж 758 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5