ТРЕХСТАДИЙНЫЙ СПОСОБ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Российский патент 2014 года по МПК H01H33/66 

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, а именно к вакуумной коммутационной аппаратуре высокого напряжения.

Уровень техники

Основным элементом вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера (ВДК). При отключении цепи контакты ВДК размыкаются и между ними образуется дуговой промежуток, от длины которого зависит индукция магнитного поля, создаваемого контактной системой, и электрическая прочность промежутка после погасания дуги.

Известен способ коммутации сильноточной электрической цепи вакуумным выключателем, заключающийся в том, что перед размыканием контактов через них пропускают от дополнительного источника импульс тока, направление которого противоположно направлению коммутируемого тока [Патент № RU 2299487, публ. 20.05.2007]. Недостатком этого решения является сложность реализации, обусловленная необходимостью формирования мощного импульса тока противоположного направления.

Указанный недостаток устранен в решении по патенту [№1157334319 (В2), публ. 26.02.2008), который выбран в качестве прототипа.

Согласно прототипу размыкание вакуумных контактов происходит в две стадии, при этом устанавливают максимальную скорость размыкания контактов на первой стадии, уменьшают скорость размыкания на второй стадии и поддерживают ее до завершения хода контактов вакуумного выключателя.

Недостатком прототипа является появление большого количества повторных пробоев (особенно при отключении емкостных токов) под воздействием восстанавливающегося напряжения.

Цель предлагаемого решения - устранение указанного недостатка.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения - снижение вероятности повторных пробоев электрического промежутка вакуумного выключателя.

Предметом изобретения является способ коммутации электрической цепи вакуумным выключателем, заключающийся в том, что производят трехстадийное размыкание контактов вакуумного выключателя, при этом устанавливают максимальную скорость размыкания контактов на первой стадии, уменьшают скорость размыкания, как минимум, в пять раз на второй стадии и увеличивают скорость размыкания контактов, как минимум, вдвое на третьей стадии.

Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что длительность первой стадии устанавливают 5-6 мс, длительность второй стадии - 10-12 мс, а третьей стадии - до завершения хода контактов вакуумного выключателя.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена зависимость скорости V увеличения межконтактного промежутка ВДК от времени, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа.

На фиг.2 показана конструкция ВДК, а на фиг.3 приведены элементы привода выключателя для осуществления предлагаемого способа.

Осуществление изобретения с учетом его развития

ВДК на фиг.2 состоит из подвижного 1 и неподвижного 2 контактов, экранной системы 3, вакуумно-плотного корпуса 4 и отключающей пружины 5. На фиг.3 показаны следующие элементы: вал 6, кинематически связанный с подвижным контактом 1, рычаг 7, установленный на валу 6, рычаг 8, закрепленный на неподвижной оси и связанный с неподвижно закрепленным демпфером 9. Рычаги 7 и 8 сцеплены роликами 10 и 11.

Способ осуществляется следующим образом.

Во включенном положении ВДК, которое фиксируется приводом, контакт 1 примыкает к контакту 2, а пружина 5 растянута. Ролики 10 и 11 рычагов 7 и 8 в составе привода выведены из зацепления и демпфер 9 не имеет кинематической связи с подвижным контактом 1. Для отключения электрической цепи привод освобождает пружину 5 и под ее действием контакт 1 приходит в движение с максимальной скоростью V₁ (обычно она выбирается в диапазоне 3-3,5 м/с). С этой же скоростью увеличивается промежуток между контактами 1 и 2. Высокая скорость увеличения межконтактного промежутка на этой стадии необходима для того, чтобы сократить время горения короткой дуги, при которой дуга существует в сжатой форме, а также для того, чтобы как можно быстрее обеспечить длину межконтактного промежутка, при котором дуга становится диффузной и межконтактный промежуток выдерживает переходное восстанавливающееся напряжение.

Перемещающийся контакт 1 вращает вал 6 с рычагом 7 вправо (см. фиг.3). По истечении 5-6 мс от начала процесса размыкания, когда ролик 10 входит в зацепление с роликом 11, начинает поворачиваться рычаг 8, связанный с демпфером 8, и начинается вторая стадия.

Кинематическая связь подвижного контакта 1 с демпфером на этой (второй) стадии снижает скорость перемещения контакта 1, как минимум, в пять раз (до скорости V₂). При этом создаются наиболее благоприятные условия для гашения вакуумной дуги. Здесь индукция магнитного поля, создаваемого контактной системой, близка к оптимальной, а межконтактный промежуток способен выдержать переходное восстанавливающееся напряжение. Пониженная скорость V₃ контакта 1 на второй стадии позволяет сохранить благоприятные условия гашения дуги в течение 10-12 мс (на время горения дуги), за которые длина межконтактного промежутка мало изменяется, а дуга гаснет.

По истечении 10-12 мс от начала второй стадии процесса размыкания ролик 10 выходит из зацепления с роликом 11 и демпфер 8 теряет кинематическую связь с подвижным контактом 1, после чего скорость движения контакта 1 возрастает, как минимум, вдвое до скорости V₃ (скорость V₃ не достигает скорости V₁ из-за ослабления усиления пружины 5, стягивающейся до свободного состояния).

Соотношения скоростей движения контакта 1 на трех стадиях размыкания иллюстрирует фиг.1.

Ниже приводятся экспериментальные примеры, подтверждающие достижение вышеуказанного результата.

Пример 1. Была собрана ВДК на напряжение 110 кВ и изготовлен выключатель на напряжение 110 кВ.

Размыкание контактов осуществлялось в две стадии. На первой стадии скорость подвижного контакта составляла 3 м/с в течение 5 мс. Затем на второй стадии скорость уменьшалась до 0,5 м/с до полного размыкания контактов. Полный ход контактов составлял 60 мм. На первой стадии контакт перемещался на расстояние 15 мм. Остальные 45 мм хода контакт преодолевал с малой скоростью за время 90 мс. Такое длительное воздействие напряжения на промежуток привело к возникновению 4-х повторных пробоев в серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий.

Примеры 2 и 3. Был изготовлен вакуумный выключатель на напряжение 110 кВ, размыкание контактов в котором осуществлялось в три стадии в соответствии с предлагаемым способом. При этом на первой стадии скорость движения контакта 1 совпадала с указанной в примере 1.

В примере 2 на второй стадии скорость движения подвижного контакта составляла 0,6 м/с, а на третьей стадии - вдвое больше (1,2 м/с). Продолжительность третьей стадии - 30 мс. В серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий наблюдался один повторный пробой.

В примере 3 на второй стадии скорость движения контакта 1 составляла 0,5 м/с, а на третьей стадии - 2 м/с. Продолжительность третьей стадии - 22,5 мс. В серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий повторных пробоев не наблюдалось.

Изобретение относится к вакуумной коммутационной аппаратуре высокого напряжения. Коммутацию электрической цепи вакуумным выключателем производят трехстадийным размыканием контактов вакуумного выключателя. Устанавливают максимальную скорость размыкания контактов на первой стадии, на второй стадии уменьшают скорость размыкания, как минимум, в пять раз и увеличивают скорость размыкания контактов, как минимум, вдвое на третьей стадии. Длительность первой стадии устанавливают 5-6 мс, длительность второй стадии - 10-12 мс, а третьей стадии - до завершения хода контактов вакуумного выключателя. Технический результат - снижение вероятности повторных пробоев электрического промежутка вакуумного выключателя под воздействием восстанавливающегося напряжения. 3 ил.

Способ коммутации электрической цепи вакуумным выключателем, заключающийся в том, что производят трехстадийное размыкание контактов вакуумного выключателя, при этом устанавливают скорость размыкания контактов в диапазоне 3-3,5 м/с на первой стадии длительностью 5-6 мс, уменьшают скорость размыкания контактов, как минимум, в пять раз на второй стадии длительностью 10-12 мс и увеличивают скорость размыкания контактов, как минимум, вдвое на третьей стадии - до завершения хода контактов вакуумного выключателя.