ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01H33/91 

Изобретение относится к высоковольтному электрическому выключателю с вращающейся дугой и самогасящим расширением.

Известный выключатель содержит герметичный кожух, заполненный газом с высокой электрической прочностью, дугогасительную камеру с вытянутым корпусом, размещенным в кожухе, и герметизированную с обеих ее концов соответственно первой и второй торцовыми крышками; пару контактов, находящихся в дугогасительной камере и имеющих возможность расходиться друг от друга для вытягивания дуги в зону дугогашения камеры; катушки магнитного дугогашения за счет вращения дуги, вытянутой между этими контактами, которая размещается рядом с первой торцовой крышкой камеры; по меньшей мере один канал, расположенный в указанных контактах, обеспечивающий сообщение друг с другом дугогасительной камеры и кожуха и истечение дугогасящих газов из камеры в кожух.

В данном выключателе гашение дуги осуществляется с помощью газа, протекающего из дугогасительной камеры во внешний расширительный кожух через контакты, которые обычно имеют трубчатую форму. Эффективность этого пневматического дугогашения зависит от объема дугогасительной камеры, который у высоковольтных выключателей может быть большим, а также от степени использования этого объема. С этой целью уже было предложено устанавливать внутри камеры отражательные заслонки или экраны либо для такого управления газовым потоком, чтобы направлять его в сторону газоотводящих каналов, имеющих внутри контактов, либо для замедления вращения газов и предотвращения образования зон повышенного давления и зон пониженного давления, вызывающих снижение электрической прочности в чувствительных зонах.

Газы, подвергаемые воздействию дуги в зоне дугогашения, сжимаются и начинают вращаться, что приводит к их расширению с образованием газовой пробки, простирающейся до самой стенки камеры, разделяющей последнюю на две части. Образование этой газовой пробки или перегородки препятствует истечению газа из одной части камеры в другую и является причиной неполного использования объема дугогасительной камеры.

Задача изобретения заключается в улучшении рабочих характеристик выключателя за счет повышения газообмена между двумя частями камеры несмотря на наличие пробки, расположенной на уровне зоны дугогашения.

Данный электрический выключатель отличается наличием отводящего экрана, расположенного в указанной камере поблизости от стенки корпуса на уровне зоны дугогашения с тем, чтобы ограничивать поток газов, сжимаемый под действием дуги, при этом между экраном и стенкой остается зазор, который обеспечивает сообщение первой части камеры, расположенной между первой торцовой крышкой и зоной дугогашения, со второй частью камеры, расположенной между второй торцовой крышкой и указанной зоной дугогашения, что создает условие для протекания газов между первой и второй частями камеры.

Отводящий экран ограничивает степень расширения газовой пробки и предохраняет каналы передачи между двумя частями камеры, расположенными по обе стороны этой газовой пробки. Поток газа из первой части камеры, расположенной на той стороне, где находится катушка, направляется во вторую часть камеры, расположенную на той стороне, где находится подвижный контакт.

В соответствии с данным изобретением этот газоообмен возрастает за счет газов, направляемых к зоне дугогашения, причем этот отвод газов создается с помощью неподвижных ребер, поддерживаемых торцовой крышкой камеры на той ее стороне, где находится подвижный контакт, который замедляют или предотвращают вращение газов. При этом газы не испытывают уже действия центробежных сил и поэтому могут возвращаться в центральную часть, где они проходят через трубчатые контакты к расширительному кожуху. Таким образом, эффективное дугогашение достигается в результате использования всего объема дугогасительной камеры и предотвращения любого понижения давления в зоне контактов, могущего вызывать искрения или новые пробои.

Пара контактов располагается по оси дугогасительной камеры вытянутой формы, и один из этих трубчатых контактов выполняется скользящим вдоль этой оси. Отводящий экран в форме стакана, например цилиндрического, подходит близко к стенке камеры и коаксиально окружает зону дугогашения, определяемую промежутком, разделяющим контакты в разомкнутом положении. Цилиндрический стакан или поверхность могут иметь немного меньший диаметр, чем корпус камеры, также имеющий цилиндрическую форму для обеспечения кольцеобразного промежутка связи между двумя частями камеры, находящимися по обе стороны этого цилиндрического стакана. Этот стакан может также иметь усеченную параллельными плоскостями форму, при этом уменьшается площадь сечения ориентированного в направлении подвижного контакта выключателя.

Кроме того, согласно изобретению стакан является цилиндрическим и вводится в многогранный корпус, например, квадратной формы, который охватывает очертания цилиндрического стакана снаружи без какого-либо просвета между ними. В этом варианте каналы передачи между двумя частями камеры располагаются в углах корпуса, которые отделены от цилиндрического стакана. Могут применяться и другие варианты предлагаемого устройства, особенно со стаканом, имеющим в поперечном сечении форму многогранника, вводимого в корпус, который может быть цилиндрической или иной формы, причем важным моментом здесь является наличие зазоров между стаканом и корпусом, проходящих вдоль внутренней окружности корпуса, обеспечивающих сообщение друг с другом двух частей камеры, расположенных по обе стороны зоны дугогашения.

Высота этого стакана, которая соответствует осевому направлению последнего, предпочтительно должна быть больше, чем расстояние, разделяющее контакты в их разомкнутом положении так, чтобы выходить за пределы зоны дугогашения в обе стороны. Эта высота может быть весьма близка к удвоенной величине этого разделительного промежутка так, чтобы эффективно ограничивать поток газов, который расширяется благодаря воздействию дуги в направлении стенки корпуса.

В стакане целесообразно иметь апертуры или отверстия, обращенные к зоне дугогашения, обеспечивающие прохождение потоков паров металлов через стенку корпуса, где происходит их откачка в зону, удаленную от зоны дугогашения. Число или размеры ребер, поддерживаемых торцовой крышкой, являются достаточными для того, чтобы затруднить вращение газов, и эти ребра предпочтительно в форме пластин, лежащих в радиальных плоскостях, примыкают близко к внутренней поверхности корпуса.

Катушка дугогашения, цилиндрическая по форме, посажена на неподвижный контакт, который предпочтительно является трубчатый, причем эти два контакта герметично вводятся в две соответствующие торцовые крышки камеры, чтобы обеспечить сообщение последней с расширительным кожухом, который может быть индивидуален для каждого полюса или общим для трех полюсов выключателя. В последнем случае для наиболее полного использования имеющихся объемов необходимо использовать камеру с квадратным поперечным сечением.

В предпочтительной конструкции устройства неподвижный контакт является трубчатым, а канал внутри контакта, сообщается через отверстие с дугогасительной камерой. Торцовая крышка камеры может находиться вблизи или даже примыкать к торцовой крышке кожуха, в результате чего высота кожуха уменьшается. Газ, сжимаемый под действием дуги, протекает внутри неподвижного контакта и препятствует понижению давления, вызывающему втягивание дуги внутрь контакта. Отверстие находится поблизости от торцовой крышки камеры, на стороне катушки, противоположной зоне дугогашения.

На фиг. 1 дано изображение аксиального сечения электродов предлагаемого выключателя, находящихся в замкнутом положении в правой половине рисунка и в разомкнутом положении в левой половине рисунка; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 частный случай изображения на фиг.1; иллюстрирующий альтернативную конструкцию отклоняющего экрана в изобретении; на фиг.4 устройство, вариант.

Полюс устройства или высоковольтного выключателя состоит из герметичного кожуха 10 цилиндрической формы, внутри которого соосно располагается продолговатый корпус 12, ограничивающий объем дугогасительной камеры 13. Пара контактов, один из которых 14 является подвижным трубчатым контактом, а другой 15 неподвижным трубчатым контактом, входят внутрь дугогасительной камеры 13 в направлении оси этой камеры.

Неподвижный контакт 15 проходит через первую торцовую крышку 17 корпуса 12, а подвижный контакт 14 через вторую торцовую крышку 18 камеры 13, причем каждый из контактов 14, 15 наставлен втулками кожуха 10, которые заканчиваются соединительными концевыми подушками 19, 20 полюса.

На участках трубчатых контактов 14, 15, заключенных внутри кожуха 10, имеются отверстия 21 для выпуска газа, посредством которых дугогасительная камера 13 сообщается с кожухом 10. Катушка магнитного дугогашения 22 коаксиально закреплена снаружи неподвижного контакта 15, имеющего в отличие от подвижного контакта 14 кольцевой электрод 23 для вращения основания дуги. Катушка 22 расположена поблизости от первой торцовой крышки 17 камеры 1 3.

Когда контакты 14, 15 разомкнуты, то дуга, вытянутая между ними, подвергается воздействию магнитного поля, генерируемого катушкой 22 при протекании через нее тока, поступающего в нее через концевую подушку 19 и выходящего через противоположную концевую подушку 20 и протекающего через контакты 14, 15.

Газы, содержащиеся в дугогасительной камере 13, сжимаются под действием дуги и улетучиваются в расширительный кожух 10 через внутреннюю часть трубчатых контактов 14, 15 и через отверстия 21.

Полюсный баллон (фиг.1) содержит главные контакты, образуемые подвижным контактом 24, прочно соединенным с подвижным контактом 14, переходящим в нижнюю часть корпуса 12, изготовленного из металла. Металлический корпус 12 электрически соединен с входной концевой подушкой 19, а главные контакты 24, 25 с помощью подходящих средств устроены таким образом, чтобы разделяться раньше, чем происходит разделение трубчатых контактов 14, 15, выполняющих роль дугогасительных контактов. В замкнутом положении выключателя почти весь ток протекает через главные контакты 24, 25. Ток коммутируется через катушку 22 и трубчатые контакты 14, 15, вытягивающие дугу между ними как только они разделяются вслед за разделением главных контактов 24, 25.

В устройстве, изображенном на фиг.1, 2, поперечное сечение корпуса 12 является квадратным, а внутрь этого корпуса вводится отклоняющий экран 26, образуемый цилиндрическим стаканом, расположенным на уровне зоны разделения контактов 14, 15. Цилиндрический стакан 26 располагается в корпусе 12, оставляя в четырех углах проходы 27, сообщающие между собой первую часть 28 дугогасительной камеры, находящуюся с той же самой стороны, что и первая торцовая крышка 17, и вторую часть 29, находящуюся с той же самой стороны, что и вторая торцовая крышка 18 дугогасительной камеры 13.

Аксиальная высота цилиндрического стакана 26 больше, чем расстояние, разделяющее контакты 14 и 15, и, например, может почти равняться удвоенной величине этого расстояния так, чтобы выступать за пределы зоны дугогашения с обеих сторон, чтобы ограничивать поток сжимаемых газов.

Выключатель работает следующим образом.

Когда контакты 14, 15 разделяются, что происходит после размыкания главных контактов 24, 25, то дуга, вытягиваемая между разделенными контактами 14, 15, испытывает вращение, создаваемое катушкой 22 магнитного дугогашения, что вызывает как нагревание газов, имеющихся в зоне дугогашения, так и вращение этих газов.

Сочетание этих эффектов приводит к расширению газов в направлении периферии дугогасительной камеры 13, создавая газовую пробку в виде поперечной перегородки, ограниченной цилиндрическим стаканом 26. Эта газовая пробка или перегородка препятствует протеканию газов между первой частью 28 дугогасительной камеры и второй частью 29, но это протекание может происходить в проходах 27, заключенных между стаканом 26 и корпусом 12.

Давление в первой части 28 дугогасительной камеры 13 обычно выше, чем давление в другой части камеры. Эта разница является существенной благодаря различию объема, и проходы 27 дают возможность переноса газов, и, следовательно, будет использоваться весь объем дугогасительной камеры.

В соответствии с изобретением на второй торцовой крышке 18 закреплены ребра в форме пластин 30, расположенные во второй части 29 камеры 13 вблизи корпуса 12. Эти ребра замедляют или предотвращают вращение газов и, следовательно, отклоняют поток газа, поступающего из проходов 27 в зону дугогашения, что благоприятствует выравниванию давлений внутри камеры 13 и предотвращает образование больших понижений давления благодаря эффекту завихрения газа, который за счет снижения плотности газа в зоне вблизи контактов 14, 15 может вызывать появление новых пробоев.

Очевидно, что форма ребер 30 и их расположение внутри камеры 13 могут быть различными, причем единственным их назначением является ограничение вращения газов внутри этой камеры. В общем кожухе могут быть размещены несколько дугогасительных камер 13, предпочтительно три дугогасительные камеры для образования поперечного сечения этих камер позволяет полностью использовать имеющееся пространство. Поперечное сечение дугогасительных камер 13 может быть круглым, причем диаметр корпуса 12 этой камеры 13 будет немногим больше, чем диаметр коаксиального стакана 26 так, чтобы образовался кольцевой зазор сообщения между первой частью 28 и второй частью 29 камеры 13.

На фиг.3 изображена другая разновидность устройства, в котором дугогасительная камера 13 содержит цилиндрический корпус 12, внутри которого расположен усеченный стакан 31, меньшее основание которого находится со стороны второй торцовой крышки 18 камеры 13. Зазор 32 между стенкой корпуса 12 и коаксиально расположенного с ним стакана 31 скошен книзу и способствует протеканию газов в направлении центра второй части 29 камеры 13. Это устройство благоприятствует возврату газов в зону дугогашения, однако возможны и другие варианты устройства.

Усеченный стакан 31 имеет апертуры или отверстия 33, выходящие в зону разделения контактов 14, 15, которые позволяют пропускать пары металлов, создаваемые под действием образуемой на контактах дуги, через откачиваемый зазор 32 в зоны, удаленные от контактов 14, 15. Этот ограниченный выпуск газов не вызывает нарушения потока газов между первой частью 28 дугогасительной камеры 13 и второй частью 29. Очевидно, что апертуры 33 этого вида могут быть также устроены и в стакане 26 типа изображенного на фиг.1 или любом ином аналогичном стакане.

Стаканы 26, 31 являются преимущественно металлическими, как и корпуса 12 квадратного или круглого сечения, однако применение стаканов и/или корпусов 12, изготовленных из изоляционного материала, не являются отступлением от изобретения, причем в этом случае необязательно изготавливать торцовые крышки 17, 18 из изоляционного материала.

Неподвижный трубчатый контакт 15 герметизирован на конце и боковое отверстие 34, расположенное вблизи от герметизированного конца, обеспечивает внутри контакта 15 сообщение с дугогасительной камерой 13 (фиг.4). Газ, сжимаемый на периферии камеры 13, под действием дуги может таким образом протекать через трубчатый контакт 15, как показано стрелками, в зону дугогашения. Следовательно, предотвращается проникновение дуги в трубчатый контакт. Это позволяет сделать торцовую крышку 17 камеры 13 примыкающей к торцовой крышке кожуха 10.

Использование: в области коммутационной технике. Сущность: дугогасительная камера 13 полюса электрического выключателя с вращающейся дугой и самогасящим расширением имеет вытянутый корпус 12, герметизированный с обоих концов торцовыми крышками 17,18. Внутри корпуса 12, соосно с ним расположены трубчатые контакты 14,15 и катушка магнитного дугогашения 22. На высоте зоны дугогашения, определяемой зоной разделения контактов 14,15, поблизости от стенки корпуса 12 располагается стакан, образующий с ним кольцевой зазор, который обеспечивает сообщение друг с другом верхней 28 и нижней 29 части, камеры 13, расположенных по обе стороны зоны дугогашения. Зазор обеспечивает протекание газов между этими двумя частями 28,29, а ребра 30, установленные в этой нижней части 29, замедляют вращение газов, направляя их в зону дугогашения. 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ с вращающей дугой и самогасящим расширением, содержащий герметичный кожух, заполненный газом с высокой электрической прочностью, дугогасительную камеру с вытянутым корпусом, размещенным в кожухе, и герметизированную двумя торцевыми крышками, два контакта, по крайней мере одним концом для истечения дугогасящих газов из камеры в кожух расположенные в дугогасительной камере, катушку магнитного дугогашения, расположенную рядом с торцевой крышкой камеры, отличающийся тем, что он снабжен экраном, расположенным в дугогасительной камере вблизи стенки корпуса в области дугогашения таким образом, что образован зазор между экраном и стенкой корпуса для сообщения газов между двумя частями камеры. 2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что на торцевой крышке, расположенной вдали от катушки, расположены средства для замедления вращения газов, протекающих в зону дугогашения. 3. Выключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанные контакты расположены по оси дугогасительной камеры, подвижный контакт выполнен трубчатым скользящим вдоль оси, а экран выполнен в виде стакана, центрированного на этой оси и примыкающего к стенке корпуса с зазором. 4. Выключатель по п. 3, отличающийся тем, что корпус камеры и стакан выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, причем диаметр стакана меньше диаметра корпуса для обеспечения зазора для сообщения двух частей камеры. 5. Выключатель по п.3, отличающийся тем, что корпус выполнен с поперечным сечением в виде многогранника, а стакан цилиндрическим, расположенным внутри корпуса с зазором в углах. 6. Выключатель по п. 3, отличающийся тем, что поверхность стакана выполнена усеченной формы, вершина которой расположена со стороны второй торцевой крышки. 7. Выключатель по пп. 1 6, отличающийся тем, что в экране выполнены апертуры для отвода паров металла из зоны дугогашения в зазор. 8. Выключатель по пп. 1 7, отличающийся тем, что на второй торцевой крышке выполнены ребра в виде пластин, ориентированных радиально к внутренней периферии камеры. 9. Выключатель по пп.1 8, отличающийся тем, что один из торцов катушки закреплен на первой торцевой крышке корпуса, а на противоположном торце катушки выполнен кольцевой электрод, образующий неподвижный контакт, взаимодействующий с подвижным контактом с возможностью осевого скольжения. 10. Выключатель по пп.1 9, отличающийся тем, что в трубчатом подвижном контакте выполнены боковые отверстия для сообщения с кожухом и в неподвижном трубчатом контакте выполнены боковые отверстия для протекания газов внутри неподвижного контакта.