ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H01H33/04 H01H9/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в основном имеет отношение к высоковольтному устройству и методу оснащения высоковольтного устройства средствами для гашения чрезвычайно быстрых переходных процессов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к высоковольтному переключателю или проводящему устройству, имеющему средства для гашения чрезвычайно быстрых переходных процессов.

Уровень техники

Операции коммутации с разъединителями в высоковольтном распределительном устройстве с элегазовой изоляцией порождают чрезвычайно быстрые переходные процессы, которые распространяются в распределительном устройстве с элегазовой изоляцией в виде бегущих волн. В зависимости от обстоятельств коммутации и за счет отражения и суперпозиции, пиковые значения чрезвычайно быстрых переходных процессов могут достигать величин до уровня главной изоляции распределительного устройства с элегазовой изоляцией. В особенности, высокий темп нарастания чрезвычайно быстрых переходных процессов (например, около 200 кВ за 10 нс) может привести к отказам в оборудовании, которое соединено напрямую с распределительным устройством с элегазовой изоляцией, например с высоковольтными трансформаторами.

Поэтому текущая задача в технике - избежать порождения чрезвычайно быстрых переходных процессов или применить решения, которые приводят к настолько малому порождению чрезвычайно быстрых переходных процессов, насколько возможно. Для этого разъединители на уровнях ультравысокого напряжения (например, выше около 550 кВ) обычно оборудуются резисторами демпфирования чрезвычайно быстрых переходных процессов от нескольких сотен Ом до 1 кОм. Параллельно с основным контактом разъединителя обеспечивается дополнительный контакт, на котором располагается резистор. Обычно контакт обеспечивается зазором таким образом, что ток течет через электрическую дугу. Компоновка такова, что когда разъединитель замкнут, задействуется первый контакт вдоль контура, содержащего резистор. Ток, протекающий через разъединитель, таким образом, уменьшен по сравнению с ситуацией, когда разъединитель полностью замкнут.

Однако путем обеспечения этих двух цепей, внезапное нарастание тока через разъединитель может быть смягчено. Это приводит к гашению чрезвычайно быстрых переходных процессов.

Однако эти резисторы обычно располагаются в контактной системе разъединителя. Поэтому они значительно увеличивают размер и сложность разъединителя. Кроме того, они не вносят вклад в уменьшение существующих чрезвычайно быстрых переходных процессов, а только стремятся к порождению меньших чрезвычайно быстрых переходных процессов во время коммутации.

Кроме того, в конструкциях распределительных устройств с элегазовой изоляцией контакты в активных частях, таких как, например, штепсельные контакты в шинных системах или контакты таких распределительных устройств, как разъединители, экранируются металлическими экранами. Эти экраны нацелены на обеспечение хорошей диэлектрической конструкции. Они расположены таким образом, что через них нет протекания тока и ни с каким проводящим элементом нет активного взаимодействия, такого как электрическая дуга.

Раскрытие изобретения

В свете вышесказанного, обеспечивается высоковольтное устройство, которое включает в себя проводящий элемент, для проведения высоковольтного тока и, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов для уменьшения пиков напряжения распространяющихся чрезвычайно быстрых переходных процессов, которые распространяются в направлении проводящего элемента порождением электрической дуги, в котором устройство уменьшения переходных процессов имеет, по меньшей мере, одну поверхность возникновения электрической дуги и, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта, который проводящим образом соединен с проводящим элементом. По меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена в непосредственной близости от проводящего элемента, так что когда разность потенциалов переходного процесса между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом выше порогового значения, возникает преднамеренная электрическая дуга при воздействии чрезвычайно быстрых переходных процессов между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом.

Указанное пороговое значение зависит от типа чрезвычайно быстрых переходных процессов, которые должны быть уменьшены, и от напряженности электрического поля, порожденного между устройством гашения переходного процесса и проводящим элементом, электрического поля, требуемого для процесса возникновения электрической дуги. Таким образом, вариант воплощения, обладающий признаками изобретения, содержит несколько устройств гашения переходных процессов, из которых, по меньшей мере, два устройства гашения переходных процессов отличаются друг от друга по их геометрии и/или размеру. Для того чтобы удовлетворять требованиям заказчика относительно желаемого различного «поведения» различных устройств гашения переходных процессов относительно чрезвычайно быстрых переходных процессов, подлежит выбору геометрия и/или выбор материала для устройств гашения переходных процессов и/или их частей/участков.

В зависимости от предусмотренных чрезвычайно быстрых переходных процессов и/или других деталей, пороговое значение находится в диапазоне от около 5 кВ до около 100 кВ, в частности в диапазоне от около 10 кВ до около 80 кВ.

Устройство гашения переходных процессов наделяет проводящий элемент геометрией, отличимой в определенном месте. Устройство гашения переходных процессов имеет такую форму и размеры, что под влиянием находится распространение волновода, по меньшей мере, одной волны чрезвычайно быстрого переходного процесса вдоль проводящего элемента, например, волна чрезвычайно быстрого переходного процесса под затуханием, т.е. погашена, или блокирована. Этот эффект затухания достигается за счет локального преднамеренного дугового разряда между указанной, по меньшей мере, одной поверхностью возникновения электрической дуги и наиболее приближенным участком проводящего элемента в его близости, поскольку возникновение электрической дуги потребляет часть энергии чрезвычайно быстрого переходного процесса, приводя к сглаженному среднему направлению напряжения.

В это время волна чрезвычайно быстрого переходного процесса, которую следует понимать как негармонический импульс, а не одиночную моночастотную волну, проходит участок постоянного электрического контакта устройства гашения переходных процессов, и локально отличимой геометрией, обеспеченной устройством гашения переходных процессов, вызывается изменение полного сопротивления волновода. Указанная локально отличимая геометрия изменяет распространение волны в том, что участок волны чрезвычайно быстрого переходного процесса ответвляется от проводящего элемента и ведется в проводящий корпус устройства гашения переходных процессов. В случае если волна чрезвычайно быстрого переходного процесса проходит сперва участок постоянного электрического контакта, а затем поверхность возникновения электрической дуги, волна чрезвычайно быстрого переходного процесса очень быстро распространяется далее вдоль проводящего элемента и покидает область устройства гашения переходных процессов перед тем, как ответвленный участок волны чрезвычайно быстрого переходного процесса достигает поверхности возникновения электрической дуги. На этот раз смещение/задержка приводит к ощутимо разным электрическим потенциалам проводящего элемента и проводящего корпуса устройства гашения переходных процессов вдоль области, где устройство гашения переходных процессов организовано для чрезвычайно короткого момента времени (обычно в пределах нескольких наносекунд). Для конкретного чрезвычайно быстрого переходного процесса вызывается по-разному выраженное возникновение электрической дуги за счет разности потенциалов переходного процесса в данный момент времени в зазоре, расположенном между проводящим элементом и поверхностью возникновения электрической дуги устройства гашения переходных процессов. Указанную разность потенциалов переходного процесса далее будем также обозначать Udiff. Эти разные электрические потенциалы, т.е. Udiff, вызывают электрическое поле между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом. Как обозначено выше, указанное электрическое поле значительно уменьшается за счет дугового разряда. Эффективность демпфирования чрезвычайно быстрого переходного процесса зависит в основном от крутизны импульса быстрого переходного процесса и его максимального значения. Чем выше Udiff, тем более интенсивно возникновение электрической дуги в зазоре, а следовательно, лучше демпфирование быстрого переходного процесса.

Электрическое поле создается также в случае, если волна чрезвычайно быстрого переходного процесса проходит сперва поверхность возникновения электрической дуги, а после этого участок постоянного электрического контакта, поскольку электрические потенциалы в проводящем элементе и проводящем корпусе устройства гашения переходных процессов отличаются друг от друга также в течение очень короткого момента времени. Поэтому возникновение электрической дуги также будет иметь место и если чрезвычайно быстрый переходный процесс распространяется в направлении в проводящем элементе, противоположном описанному выше.

Геометрия устройства гашения переходных процессов определяет напряженность электрического поля и зависит от таких параметров, как частота или частотный диапазон волн чрезвычайно быстрого переходного процесса, подлежащего гашению, и выбора газовых средств изоляции, присутствующих в зазоре между поверхностью возникновения электрической дуги и проводящим элементом, исходя из такой ее диэлектрической величины, при которой происходит возникновение электрической дуги.

По меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги и указанный, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта, где устройство гашения переходных процессов проводящим способом связано с проводящим элементом, смещены относительно друг друга на расстояние, которое короче, чем длина волны чрезвычайно быстрого переходного процесса для волны, подлежащей демпфированию. Указанное расстояние продолжается в направлении распространения волны чрезвычайно быстрого переходного процесса, т.е. в направлении продольной оси, определенной проводящим элементом. Это осевое смещение образует характеристику для электрического поля, которое должно быть создано.

Таким образом, указанное смещение оси, а также размер зазора между поверхностью возникновения электрической дуги и проводящим элементом образуют решающие характеристики указанной геометрии устройства гашения переходных процессов. Дополнительными решающими характеристиками являются форма зазора между поверхностью возникновения электрической дуги и проводящим элементом плюс размер внутреннего объема устройства гашения переходных процессов. Указанный объем в основном ограничен промежуточным участком устройства гашения переходных процессов, имеющим форму ракушки, и собственно проводящим элементом и открыт на зазоре между поверхностью возникновения электрической дуги и проводящим элементом. В пространстве, окружающем распределительное устройство с элегазовой изоляцией, внутренний объем содержит изоляционный газ, которому разрешено циркулировать внутрь и наружу через зазор.

Внутренний объем, а также геометрия зазора являются решающими характеристиками для определения резонансной частоты f_res устройства гашения переходных процессов, так что энергия быстрых переходных процессов может быть оптимально устранена. Следующий закон применим к резонансной частоте f_res резонатора, где L - эквивалентная сосредоточенная индуктивность, а C - эквивалентная сосредоточенная емкость:

$$f_{res}=\frac{1}{2\pi *\sqrt{L*C}}$$

В дальнейшем под термином «геометрия зазора» будем понимать размер и форму зазора, образованного между поверхностью возникновения электрической дуги и поверхностью проводящего элемента. Исходя из демпфирования чрезвычайно быстрых переходных процессов, предпочтительно иметь резонансную частоту в нижней части частотного диапазона чрезвычайно быстрого переходного процесса, где расположены наиболее господствующие компоненты чрезвычайно быстрого переходного процесса.

Эквивалентная сосредоточенная емкость устройства демпфирования переходных процессов определяется размером и формой зазора возникновения электрической дуги, поскольку электрическое поле устройства ограничено в объеме узкого зазора. Моделирование и тесты открыли, что эффективность демпфирования тем выше, чем длиннее и меньше зазор между поверхностью возникновения электрической дуги и поверхностью проводящего элемента. Это легко понять, поскольку более длинный и маленький зазор делает соответствующую емкость выше, а резонансную частоту ниже.

Достижимы хорошие результаты демпфирования, если зазор имеет туннельную геометрию с длиной зазора, продолжающегося в продольном направлении, определенном продольной осью проводящего элемента, где указанная длина зазора составляет, по меньшей мере, столько же, сколько составляет протяженность зазора между поверхностью возникновения электрической дуги и указанным проводящим элементом. Иными словами, поверхность возникновения электрической дуги устройства гашения переходных процессов имеет планарное продолжение по отношению к поверхности проводящего элемента таким образом, что образуется конденсатор.

Эквивалентная сосредоточенная емкость демпфирующего устройства определяется размером внутреннего объема. Это также легко понять, поскольку магнитное поле устройства распределяется по его объему (моделирование показало, что магнитное поле не так сильно ограничено в зазоре, как электрическое поле, а скорее равномерно распределено по внутреннему объему устройства гашения переходных процессов. Таким образом, чем больше получается внутренний объем, тем выше получаемая индуктивность и ниже получаемая резонансная частота. Как объяснялось ранее, более низкая резонансная частота приносит в результате более эффективное демпфирование.

Увеличение внутреннего объема может быть произведено либо за счет увеличения внешнего диаметра устройства гашения переходных процессов, например, на промежуточном участке, либо за счет уменьшения диаметра элемента проводника в месте устройства гашения переходных процессов, либо за счет обеих мер. Технический эффект увеличенного внешнего диаметра устройства гашения переходных процессов для данного чрезвычайно быстрого переходного процесса является двойным. Во-первых, он создает более длинный путь тока, вдоль которого предстоит перемещаться волне чрезвычайно быстрого переходного процесса внутри устройства гашения переходных процессов до достижения поверхности возникновения электрической дуги. Указанный более длинный путь тока отвечает за увеличенный сдвиг по времени амплитуды волны чрезвычайно быстрого переходного процесса на зазоре в проводящем элементе, например проводящей шине, и за поверхность возникновения электрической дуги устройства гашения переходных процессов в заданный момент времени. Чем больше указанный сдвиг по времени, тем больше напряжение сдвига по времени U_Δt, вносящее вклад в большую разность потенциалов переходного процесса Udiff, а следовательно, в более интенсивное возникновение электрической дуги на зазоре, что полезно для демпфирования чрезвычайно быстрых переходных процессов. Во-вторых, увеличение внешнего диаметра устройства гашения переходных процессов для данного чрезвычайно быстрого переходного процесса приводит к увеличенному внутреннему объему и, как следствие этого, к увеличенной индуктивности резонатора, более низкой резонансной частоте, а следовательно, более высокой разности потенциалов переходного процесса Udiff.

Поскольку ограничения для внешнего диаметра часто задаются диэлектрическим напряжением между проводником и корпусом, эффект демпфирования чрезвычайно быстрого переходного процесса дополнительно улучшаем за счет увеличения внутреннего диаметра без какого-либо дополнительного увеличения внешнего диаметра устройства гашения переходных процессов, но за счет локального уменьшения внутреннего размера проводящего элемента, ближайшего к внутреннему объему устройства гашения переходных процессов посредством углубления. В зависимости от варианта воплощения устройства гашения переходных процессов, последнее предпочтительно типа ракушки. Например, плоскость ракушки может быть расположена частично или полностью вокруг проводящего элемента на таком предварительно определенном расстоянии, что она окружает и покрывает продольный участок проводящего элемента. В качестве примера, продолжающимся по периферии уменьшением образуется углубление, например, в виде участка шейки с локально уменьшенным диаметром, или кармашек. Ограничения для уменьшенного диаметра, вызывающего указанное углубление, задаются минимальным сечением проводящего элемента, требуемым для способности переноса тока. Углубление приводит к локальному продолжению пути тока для чрезвычайно быстрых переходных процессов, которое продолжается вдоль поверхности проводящего элемента благодаря применению поверхностного эффекта, а следовательно, влияет на напряжение сдвига по времени U_Δt. Хотя углубление может приводить к уменьшенной доли напряжения сдвига по времени U_Δt на разности потенциалов переходного процесса Udiff, увеличенный внутренний объем вносит вклад в увеличенную долю порции резонансного напряжения U_RES на разности потенциалов переходного процесса Udiff. Тесты обнаружили, что доля порции резонансного напряжения U_RES составляет, по меньшей мере, столько же, сколько доля напряжения сдвига по времени U_Δt, если не больше, так что обычно с лихвой перевешивает недостаток на напряжение сдвига по времени U_Δt. Эффективность демпфирования возрастает по мере увеличения размера внутреннего объема.

В варианте воплощения устройства гашения переходных процессов кармашек может только частично вместить элемент проводника в периферическом направлении, приводя к асимметричной конструкции элемента проводника при рассмотрении в разрезе.

Поскольку эффективные сосредоточенные как емкость, так и индуктивность демпфирующего устройства являются параметрами, независимыми друг от друга в значительной степени, они подлежат оптимизации в соответствии со спецификой и требованиями к ним. Однако особо удовлетворяемая эффективность демпфирования для конкретных переходных процессов достижима там, где внутренний объем и геометрия зазора оптимизированы, приводя к большой доли резонансного напряжения разности потенциалов переходного процесса.

В варианте воплощения устройства гашения переходных процессов промежуточный участок устройства гашения переходных процессов и поверхность возникновения электрической дуги продолжается вокруг проводящего элемента или продольной оси не полностью, а только частично. В зависимости от имеющегося пространства и дополнительных требований, устройство гашения переходных процессов в форме ракушки может продолжаться, например, вокруг одной четверти или одной трети периферии проводящего элемента. В зависимости от конкретных деталей, могут быть применены другие параметры. Однако важно то, что внутренний объем между проводящим элементом и промежуточным участком устройства гашения переходных процессов остается выше порогового значения для минимального размера объема, так что влияние на его назначение, по существу, не оказывается. В этом случае там, где устройство гашения переходных процессов охватывает проводящий элемент только частично, геометрия зазора содержит также воображаемые поверхности, которые продолжаются в сторону устройства гашения переходных процессов в радиальном направлении относительно продольной оси между поверхностью проводящего элемента и промежуточным участком устройства гашения переходных процессов. Опять же, внутренний объем, а также геометрия зазора образуют решающие параметры для определения резонансной частоты.

Не обращая внимания на то, охватывает/окружает ли устройство гашения переходных процессов первый проводящий элемент в периферическом направлении полностью или только частично, поверхность возникновения электрической дуги может быть образована, или может содержать, по меньшей мере, один выступ для ограничения точного пятна, где инициируется электрическая дуга. Указанный, по меньшей мере, один мысообразный выдающийся внутрь выступ значительно вносит вклад в геометрию зазора в том, что он уменьшает протяженность зазора между поверхностью возникновения электрической дуги и поверхностью проводящего элемента таким образом, что возникновение дуги будет иметь место точно на указанном пятне.

Если подлежит гашению не единичная длина волны, т.е. частота одного конкретного переходного процесса, а целый диапазон частот, расстояние между поверхностью возникновения электрической дуги и указанным, по меньшей мере, одним участком постоянного электрического контакта подлежит подбору соответственно. В зависимости от варианта воплощения высоковольтного устройства, для адресации различных диапазонов частот чрезвычайно быстрых переходных процессов могут быть предназначены различные устройства гашения переходных процессов.

По сравнению с устройствами предыдущей техники, высоковольтное устройство, обладающее признаками изобретения, для того, чтобы погасить чрезвычайно быстрые переходные процессы, не обязательно нуждается в резисторном элементе, т.е. в компоненте-резисторе и может быть, следовательно, обеспечено без значительного потребления пространства. Поэтому устройства гашения переходных процессов являются в основном безрезисторными. Местоположение устройства гашения переходных процессов в непосредственной близости от проводящего элемента понимается как достаточно близкое для порождения электрической дуги по возникновении чрезвычайно быстрого переходного процесса. Термин «достаточно близко» подразумевает расстояние меньше или равное 3 мм между проводящим элементом и поверхностью возникновения электрической дуги в случае применения газа 8Рб в качестве изолирующей среды. Кроме того, термин «непосредственная близость» не охватывает непосредственный контакт между проводящим элементом и устройством гашения переходных процессов, поскольку это не позволит возникать электрической дуге.

Кроме того, термин «разность потенциалов переходного процесса» следует понимать как разность электрических потенциалов за счет существования, по меньшей мере, одного чрезвычайно быстрого переходного процесса.

По дополнительному варианту воплощения, высоковольтное устройство по настоящему изобретению обладает отличительным признаком наличия, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов, содержащего, по меньшей мере, две поверхности возникновения электрической дуги.

В соответствии с дополнительным аспектом, обеспечивается метод оснащения высоковольтного устройства средствами для гашения чрезвычайно быстрых переходных процессов. Высоковольтное устройство включает в себя проводящий элемент и предназначено для проведения и/или коммутации высоких токов. Метод содержит установку в определенном положении, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов для уменьшения пиков напряжения существующего распространения чрезвычайно быстрых переходных процессов в непосредственной близости от проводящего элемента, так что между проводящим элементом и, по меньшей мере, одной поверхностью возникновения электрической дуги, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов порождается электрическая дуга, когда разность потенциалов между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом превышает пороговое значение. Указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги расположена на противоположном конце, по меньшей мере, одного участка постоянного электрического контакта, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов проводящего элемента.

В основном, устройство гашения переходных процессов по настоящему изобретению располагаемо в любом положении вдоль проводящей шины в направлении продольной оси на такой длине, пока функциональные возможности остаются практически незатронутыми. Оно также может быть встроено в распределительное устройство с элегазовой изоляцией, такое как разъединители или прерыватели цепи.

Преимущества, адресованные приведенному выше описанию, относящемуся к высоковольтному устройству, подобным образом и/или аналогично применимы также и к методу. Поэтому длинное повторение этого для метода языком формулы изобретения опущено.

Дополнительные примерные аспекты, подробности, варианты воплощения и преимущества очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Далее приведено в подробностях полное и санкционирующее раскрытие, включающее в себя лучший по методике вариант воплощения в оставшейся части подробного изложения, включая ссылки на сопровождающие чертежи, где:

фиг.1 показывает вид в разрезе высоковольтного устройства в соответствии с описанными вариантами воплощения;

фиг.2 показывает подробную иллюстрацию области возникновения электрической дуги, отмеченную на фиг.1;

фиг.3 показывает иллюстрацию дополнительного устройства гашения переходных процессов, в разрезе, в подробностях, как показано на фиг.2;

фиг.4 показывает иллюстрацию дополнительного устройства гашения переходных процессов в разрезе, в подробностях, как показано на фиг.2;

фиг.5 представляет трехмерную иллюстрацию проводника, окруженного листообразным устройством гашения переходных процессов по дополнительному варианту воплощения;

фиг.6 представляет иллюстрацию проводника в корпусе, снабженного устройствами гашения переходных процессов, в разрезе, в соответствии с описанными вариантами воплощения;

фиг.7 представляет схематичную трехмерную иллюстрацию открытого проводника, снабженного устройствами гашения переходных процессов в соответствии с описанными вариантами воплощения;

фиг.8 представляет еще одну схематическую трехмерную иллюстрацию устройства гашения переходных процессов, соединенного на проводник, в котором поверхность возникновения электрической дуги обладает характерным маленьким выступом для ограничения точного пятна, где инициируется возникновение электрической дуги;

фиг.9 представляет схематическую иллюстрацию устройства гашения переходных процессов, соединенного на проводник, в котором устройство гашения переходных процессов вращательно асимметрично относительно продольной оси;

фиг.10 представляет схематическую двумерную иллюстрацию устройства гашения переходных процессов, подобного показанному на фиг.2;

фиг.11 представляет схематическую двумерную иллюстрацию дополнительного устройства гашения переходных процессов, внутренний объем которого увеличен за счет углубления, которое охватывает проводник, и

фиг.12 показывает результаты измерений чрезвычайно быстрых переходных процессов в устройствах высокого тока, содержащих устройство гашения переходных процессов в соответствии с описанными здесь вариантами воплощения по сравнению с устройствами высокого тока, не имеющими устройство гашения переходных процессов.

Осуществление изобретения

Теперь обратимся к подробностям различных примерных вариантов воплощения, один или более из которых иллюстрированы на чертежах. Каждый пример приведен посредством объяснения и не подразумевается в качестве ограничения. Например, характерные признаки, иллюстрированные или описанные как часть одного варианта воплощения, могут быть использованы в другом варианте или в сочетании с другими вариантами для получения в результате дополнительного варианта воплощения. Подразумевается, что настоящее раскрытие включает в себя такие модификации и вариации.

Ряд вариантов воплощения будет объяснен ниже. В этом случае одинаковые структурные признаки обозначены одинаковыми позиционными символами на чертежах. Структуры, показанные на чертежах, изображены не в истинном масштабе, а служат, скорее, только для лучшего понимания вариантов воплощения.

В целях этого применения, высоковольтные устройства включают в себя высоковольтные и высокомощные коммутирующие и/или проводящие устройства, переключатели с или без гашения электрической дуги, разъединители, заземляющие устройства, а также дополнительные коммутирующие устройства из области высоковольтной технологии. Кроме того, проводник, проводящее устройство или проводящий элемент, как описано здесь, относится обычно к высоковольтному проводнику, который обычно помещен в корпус. Проводящим устройством может быть, например, шина, в частности, в коммутирующем устройстве или, например, штепсельный контакт в шине и т.п. Проводящий элемент служит для постоянного транспортирования тока через него.

Чертежи на примерах описывают настоящее раскрытие в связи с примерными вариантами воплощения коммутирующих устройств и проводящих устройств. Более конкретно, опытный специалист поймет, что описанные здесь варианты воплощения могут быть, в общем, применены ко всем аппаратам, приспособленным к высоковольтным применениям. Термин «высоковольтное устройство» применяется для вмещения в себя как высоковольтных коммутирующих устройств, так и высоковольтных проводящих устройств.

В соответствии с описанными здесь вариантами воплощения, обеспечивается, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов. В соответствии с настоящим раскрытием, желательно уменьшить уже существующие распространяющиеся чрезвычайно быстрые переходные процессы, т.е. уменьшить их после того, как они уже были порождены. Чтобы сделать это, устройство гашения переходных процессов располагается на конкретном расстоянии рядом с проводящим элементом. Зазоры между концом устройства гашения переходных процессов и проводящим элементом составляют такую величину, что искрение происходит преднамеренно под действием чрезвычайно быстрого переходного процесса.

Обычно устройство гашения переходных процессов наделяется размерами и располагается, по настоящему изобретению, таким образом, что оно приспосабливается для возникновения электрической дуги, которое произойдет только благодаря присутствию чрезвычайно быстрого переходного процесса. Иными словами, не предполагается, что устройство гашения переходных процессов не проводит высокий ток во время коммутации. Высокий ток проводился бы, например, если бы устройство гашения переходных процессов располагалось параллельно основному контакту цепи разъединителя для обеспечения параллельного соединения во время коммутации (См. раздел «Сущность изобретения»).

В соответствии с основными вариантами воплощения настоящего изобретения, это искрение размещается в таких местоположениях, где искры не причинят вреда действию электрического прибора, такого как распределительное устройство. Поскольку возможно обеспечить много устройств гашения переходных процессов вдоль коммутирующего или проводящего устройства, и чрезвычайно быстрые переходные процессы отражаются много раз на каждой операции коммутации, будет присутствовать много искр. Каждая искра потребляет малую часть энергии от чрезвычайно быстрого переходного процесса, уменьшая, таким образом, пик и/или скорость возрастания чрезвычайно быстрого переходного процесса.

Термины «возникновение электрической дуги» и «искрение» далее используются синонимически. Они обычно охватывают все виды порождения искр между двумя элементами. Возникновение электрической дуги может происходить в воздухе, изолирующем газе или изолирующем твердом теле.

В соответствии с вариантами воплощения, во избежание порождения частиц, части устройства гашения переходных процессов в местах, где имеет место преднамеренное искрение под действием чрезвычайно быстрого переходного процесса, могут быть свободны от покрытия и/или краски. Во многих вариантах воплощения энергия искры достаточно мала, настолько, что эрозия материала металлических деталей не происходит.

Устройство гашения переходных процессов может иметь различную геометрию типа тороидальной формы, различное сечение, различные диаметры, спирально навитые экраны и т.п., в зависимости от преднамеренного искрения под действием чрезвычайно быстрых переходных процессов.

Когда чрезвычайно быстрые переходные процессы распространяются вдоль проводящего элемента в направлении продольной оси 180, определенной проводящим элементом, они порождают разность потенциалов переходного процесса между концом устройства гашения переходных процессов и проводящим элементом. Если расстояние между устройством гашения переходных процессов и проводником мало, то эта разность потенциалов может приводить к малым искрам в этом малом зазоре.

При применении газа 8Рб в качестве изолирующей среды, подходящее расстояние между проводящим элементом и устройством гашения переходных процессов составляет более чем около 0,2 мм, более подробно, более чем около 0,3 мм и более подробно, более чем 0,5 мм.

Подходящее максимальное расстояние для зазора 303, образованного между проводящим элементом и устройством гашения переходных процессов составляет около 3 мм, более подробно, около 2 мм, или даже более подробно около 1 мм; эти размеры обычно относятся к изолированным устройствам, таким как с изоляцией газом 8Рб. В устройствах с воздушной изоляцией максимальные расстояния будут составлять около 10 мм, более подробно, около 5 мм, или даже более подробно, 1 мм. Как должно было бы быть видно с фиг. с 1 по 7, расстояния, на которые ссылались, измерены практически перпендикулярно направлению продольной оси 180, определенной корпусом и/или проводящим устройством соответственно.

Расстояние между проводящим элементом и устройством гашения переходных процессов определяется как расстояние между теми двумя частями на проводящем элементе и устройстве гашения переходных процессов, которые находятся ближе всего друг к другу. Обычно возникновение электрической дуги происходит между этими двумя частями. Эту часть устройства гашения переходных процессов следует называть здесь «поверхность возникновения электрической дуги».

Фиг.1 показывает обычный штепсельный контакт в шине распределительного устройства с элегазовой изоляцией по описанным здесь вариантам воплощения. Следует понимать, что вместо прямого соединения это мог бы также быть крестообразный или Т-образный элемент. Обычно такая шина, как показана, служит для соединения индивидуальных компонентов распределительного устройства с элегазовой изоляцией.

Коммутирующее устройство, иллюстрированное на фиг.1, имеет форму модуля газоизолированного заключенного сборочного узла и имеет корпус 110, который может быть изготовлен из металла, заполнен изолирующим газом, таким как 8Рб. Обычно имеются два основных отверстия 160. Каждое из этих отверстий загерметизировано газонепроницаемым способом посредством барьерного изолятора таким способом, что электрически изолировано от корпуса 110.

В варианте воплощения с фиг.1 первый проводящий элемент 121 соединен со вторым проводящим элементом 122 через третий проводящий элемент 123 (в варианте воплощения с фиг.1 - внутренний проводник). Обеспечены штепсельные контакты 125. Обычно третий проводящий элемент неподвижно крепится внутри корпуса через изолятор 105. Первый проводящий элемент 121 и второй проводящий элемент 122 подвижны относительно друг друга, чтобы допускать компенсацию теплового расширения, вибрации во время работы и допуски в длинах отдельных компонентов.

Как можно видеть с фиг.1, коммутирующее устройство содержит, кроме этого, устройство гашения переходных процессов 130. В соответствии с описанными здесь типовыми вариантами воплощения, устройство гашения переходных процессов может быть образовано в виде изогнутых экранов. Устройство гашения переходных процессов служит для гашения чрезвычайно быстрых переходных процессов, когда они происходят. Чтобы сделать это, устройства гашения переходных процессов располагаются в непосредственной близости от проводящих элементов. Они должны быть расположены достаточно близко для возникновения электрической дуги, которое происходит при чрезвычайно быстрых переходных процессах. Они должны обычно находиться в электрическом контакте с проводящим элементом на одной стороне, посредством участка 150 постоянного электрического контакта, чтобы избежать частичных разрядов при нормальной работе.

Кроме того, поскольку устройства гашения переходных процессов находятся обычно на высоком потенциале, а корпус на потенциале земли, возникновения электрической дуги между устройством гашения переходных процессов и корпусом следует избегать. В соответствии с описанными здесь обычными вариантами воплощения, устройство гашения переходных процессов имеет, таким образом, форму, выгнутую от ближайшей стенки корпуса, как показано в качестве примера на фиг.1.

Поскольку устройства гашения переходных процессов обычно всегда соединяются с проводящим элементом на одной стороне, т.е. на конечном его участке, таком как третий проводящий элемент 123 на фиг.1, во время нормальной работы или во время тестирования импульсом напряжения, искрения в зазоре не произойдет, а только под действием чрезвычайно быстрого переходного процесса.

В общем, устройство гашения переходных процессов находится на таком же потенциале, что проводящий элемент, который расположен рядом. То есть в соответствии с обычными вариантами воплощения, устройство гашения переходных процессов находится в электрическом контакте с проводящим элементом, расположенным рядом. Однако раз чрезвычайно быстрый переходный процесс происходит, благодаря огромному изменению напряжению во времени (dV/dt может составлять до нескольких сотен кВ за 10 нс), разность потенциалов между соответствующим проводящим элементом и поверхностью возникновения электрической дуги устройства гашения переходных процессов существует временно (и локально). Проводящий элемент и устройство гашения переходных процессов пытаются скомпенсировать эту разницу, что приводит к временному возрастанию распределения электрического поля и последующему преднамеренному возникновению электрической дуги между ними. Следовательно, несмотря на то, что устройство гашения переходных процессов и проводящий элемент находятся обычно на том же самом потенциале, в течение чрезвычайно короткого периода времени (обычно до максимально 100 нс) между ними может существовать разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется здесь разностью потенциалов переходного процесса.

Механически устройство гашения переходных процессов может быть установлено с идентичным проводящим элементом, который расположен рядом, или с другим проводящим элементом.

Наиболее подходящим расстоянием между проводящим элементом и поверхностью возникновения электрической дуги устройства гашения переходных процессов, иными словами, размер зазора, зависит от конкретного применения высоковольтного устройства, плотности изолирующего газа, вида изолирующего газа (например, воздух или SF₆) и т.п. Однако, в общем, для определения подходящей геометрии могут быть использованы подробная высокочастотная модель соответствующих частей распределительного устройства и расчеты между ними. Таким образом, могут быть определены подходящий размер зазора и/или подходящая геометрия устройства гашения переходных процессов, такая как тороидальная форма, большего или меньшего сечения, различных диаметров, геометрия в форме спирали и т.д. В частности, как уже упоминалось, размер зазора может находиться в пределах от около 0.2 мм до около 1.5 мм.

Для настоящего изобретения типично, что зазор между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом заполнен изолятором любого типа. Например, если коммутирующее/проводящее устройство помещено в изолирующий газ, такой как SF₆, зазор может состоять из этого газа. В других вариантах воплощения между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом расположено изолирующее твердое тело. Твердое тело действует и как изолятор, и как разделитель.

Настоящее раскрытие предполагает преднамеренное разрешение происходить возникновению электрической дуге для уменьшения пиков высокого напряжения. При каждом возникновении электрической дуги между проводящим элементом и устройством гашения переходных процессов, энергия потребляется и поглощается. Следовательно, в зависимости от количества устройств гашения переходных процессов, возможно демпфировать чрезвычайно быстрые переходные процессы более эффективно.

Фиг.2 показывает в увеличенном размере область между устройством 130 гашения переходных процессов и проводящим элементом 121, которая обведена пунктиром в виде эллипса II на фиг.1. Как обозначено двумя зубчатыми стрелками, возникновение электрической дуги происходит между тонким концом 131 устройства 130 гашения переходных процессов и проводящим элементом 121. Зазор 303 ограничен сбоку поверхностью 131 возникновения электрической дуги, т.е. ее тонким концом 132 и проводящим элементом 121. Устройство 130 гашения переходных процессов в форме ракушки продолжается в периферическом направлении вокруг проводящего элемента.

Устройство гашения переходных процессов может быть изготовлено из любого проводящего материала. Хорошие результаты достигаются, если это немагнитный материал или он обладает, по меньшей мере, невысокой магнитной проницаемостью (например, он может быть диамагнитным и/или парамагнитным материалом). Обычными применяемыми материалами являются, например, алюминий, чистый или в сочетании, или другие проводники, такие как медь и ее сочетания, т.е. медные сплавы.

В случае если устройства гашения переходных процессов расположены по периферии самого разъединителя, предназначается, что гашение чрезвычайно быстрых переходных процессов происходит как на закрытом распределительном устройстве, так и на открытом распределительном устройстве. В разомкнутой ситуации это верно, конечно, только для той стороны разъединителя, которая не находится на потенциале земли.

Устройство 130 гашения переходных процессов имеет форму ракушки и продолжается в периферическом направлении вокруг проводящего элемента 121. Внутренний объем 126, который ограничен сбоку устройством 130 гашения переходных процессов и проводящим элементом 121, образуется во время прикрепления устройства 130 гашения переходных процессов к проводящему элементу в области 150 постоянного электрического контакта.

Вариант воплощения, показанный на фиг.3 отличается от варианта воплощения, показанного на фиг.2, тем, что конец устройства 130 гашения переходных процессов с тонким концом, т.е. тонкий конец, противоположный участку 150 постоянного электрического контакта, обладает характерной когтеобразной формой, если посмотреть в продольном разрезе вдоль продольной оси 180, как он расщепляется на три наконечника, каждый из которых содержит поверхность возникновения электрической дуги 131a, 131b и 131c. Таким образом, данный вариант воплощения отличается увеличенной, по сравнению с вариантом, представленным на фиг.2, поверхностью возникновения электрической дуги.

Хорошие результаты демпфирования чрезвычайно быстрых переходных процессов достижимы, если указанный проводящий элемент 121, 122, 123 определяет продольную ось 180 и где указанное, по меньшей мере, одно устройство 130 гашения переходных процессов образовано такой формой, что промежуточный участок 170 устройства 130 гашения переходных процессов расположен поперечно, т.е. радиально к указанной продольной оси 180 более отдаленно, чем, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги 131, 131a, 131b, 131c. Это действительно также для других вариантов воплощения, адресованных в описании.

Фиг.4 показывает устройство гашения переходных процессов, образованное в виде спирали. На фиг.4 устройство гашения переходных процессов содержит три поверхности возникновения электрической дуги 131a, 131b, 131c. В общем, возможно, что устройство гашения переходных процессов по настоящему раскрытию содержит, например, по меньшей мере, две, три, пять или даже десять поверхностей возникновения электрической дуги. Более того, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения, возможны устройства гашения переходных процессов с количеством поверхностей возникновения электрической дуги даже большим, чем десять, сто и даже тысяча.

В типовых вариантах воплощения по настоящему изобретению, желательно иметь, по меньшей мере, два, более типично, по меньшей мере, пять или даже десять устройств гашения переходных процессов, обеспеченных в коммутирующем и/или проводящем устройстве. Таким образом, устройство гашения переходных процессов определяется как устройство, которое позволяет электрической дуге возникать на поверхности возникновения электрической дуги под действием чрезвычайно быстрого переходного процесса.

Фиг.5 показывает вариант воплощения устройства гашения переходных процессов с большой поверхностью возникновения электрической дуги. Проводящее устройство 121 окружено изогнутой пластиной проводника, которая действует в качестве устройства 130 гашения переходных процессов. Устройство гашения переходных процессов отделено от проводящего устройства 121 на, по меньшей мере, 0.2 мм и/или более предпочтительно, не более чем 3 мм. Может быть обеспечена полосообразная прокладка 132, которая может быть изготовлена из любого изолирующего материала. Соединение устройства гашения переходных процессов с проводящим элементом на фиг.5 не показано. В общем, она может быть расположена на любом конце проводящего элемента или, в качестве альтернативы, где-либо посередине по отношению к продольной оси 180 проводящего устройства 121.

В общем, спирально навитое устройство гашения переходных процессов может заключать проводящий элемент в своем центре таким образом, как на фиг.5, или быть расположенным вне оси проводящего элемента, имеющего несколько поверхностей возникновения электрической дуги вблизи проводящего элемента (как в варианте воплощения с фиг.4).

Сечение устройства гашения переходных процессов может иметь округлую форму или форму пластинчатой ракушки. Например, пластина ракушки может располагаться частично или полностью вокруг проводящего элемента на предварительно определенном расстоянии.

Во время работы, раз чрезвычайно быстрый переходный процесс происходит, между устройством гашения переходных процессов в форме изогнутой плоскости во многих местах образуется электрическая дуга, как иллюстративно показано на фиг.5, значительно уменьшая, таким образом, пики напряжения. Обычно устройство гашения переходных процессов подсоединяется к тому же самому проводящему устройству, вокруг которого оно расположено.

В соответствии с другими вариантами воплощения, устройство гашения переходных процессов соединено с другим проводящим устройством. Это может даже увеличить временную разность потенциалов под действием чрезвычайно быстрого переходного процесса.

Диаметры чрезвычайно быстрого переходного процесса в форме спирали ориентируются на диаметры соответствующих проводящих элементов.

В соответствии с различными вариантами воплощения, описанными здесь, общая поверхность устройства гашения переходных процессов, в соответствии с различными вариантами воплощения, описанными здесь, составляет, например, более чем около 10 см² на метр проводящего элемента. В общем, все высоковольтное устройство может иметь общую площадь указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов по меньшей мере, 0,1 м², в частности, по меньшей мере, около 0,5 м².

Возможное гашение чрезвычайно быстрых переходных процессов очень сильно зависит от поверхности, имеющейся для возникновения электрической дуги. Таким образом, приемлемо обеспечить устройство гашения переходных процессов с большой имеющейся общей поверхностью. Имеющаяся общая поверхность может состоять из поверхности устройства гашения переходных процессов (как в примерах с фиг.1, 2 и 5), продолжающейся взаимно над промежуточным участком 170 устройства 130 гашения переходных процессов, если смотреть в направлении продольной оси, или может быть составлена из поверхности возникновения электрической дуги нескольких устройств (как в примерах с фиг.3 и 4).

Более подробно в отношении проводящих устройств, приемлемо обеспечить, по меньшей мере, около 100 см² на метр проводящего устройства, более конкретно, по меньшей мере, около 10 дм² на метр на метр проводящего устройства, и даже более конкретно, по меньшей мере, около 1 м² на метр проводящего устройства в продольном направлении проводящего устройства 121.

В соответствии с вариантами воплощения, по меньшей мере, 10%, более конкретно, по меньшей мере, 25%, и даже более конкретно, по меньшей мере, 50% проводящего элемента окружено или, по меньшей мере, частично окружено/покрыто, по меньшей мере, одним устройством гашения переходных процессов. Достижению этого благоприятствует то, что устройства гашения переходных процессов образованы элементами типа плоских ракушек, например ракушек типа экрана.

Обеспечивая устройства гашения переходных процессов в соответствии с настоящим раскрытием проводящего элемента, возможно допускать гашение чрезвычайно быстрых переходных процессов в саморегулируемом процессе. Если имеется мало чрезвычайно быстрых переходных процессов или не имеется вообще, возникновения электрической дуги происходить не будет, так что электрическая энергия не потребляется. В случае чрезвычайно быстрых переходных процессов возникновение электрической дуги происходит. Чем выше напряжение чрезвычайно быстрого переходного процесса, тем больше возникновение электрической дуги, а следовательно, потребление энергии.

Фиг.6 представляет дополнительный вариант воплощения, показывая сечение проводящего элемента 121 подобно фиг.1. Проводящий элемент помещен в корпус 110, который заполнен изолирующим газом 103.

Имеются два варианта воплощения устройств 130 гашения переходных процессов, показанные на фиг.6. Левый подобен тому, что показан на фиг.1 и 2. Как можно видеть, устройства гашения переходных процессов находятся в механическом и электрическом контакте с проводящим элементом. Однако, как объяснялось ранее, локальные и временные разности потенциалов приводят к порождению электрических дуг (обозначены зубчатыми стрелками на фиг.6).

Еще один пример устройства 130 гашения переходных процессов показан в правой стороне фиг.6. Устройство гашения переходных процессов имеет Т-образную форму, если смотреть в разрезе вдоль продольной оси 180, определенной корпусом 110 и проводящим элементом 121. По сравнению с устройством гашения переходных процессов на левой стороне, оно имеет только одну опору 601 на проводящий элемент. Преимущество устройства гашения переходных процессов на правой стороне, имеющего только одну общую опору 601 для двух участков 140 крыла гашения переходных процессов состоит в упрощенном, а следовательно, более экономичном монтаже устройства гашения переходных процессов на проводящем элементе 121. Выраженное иначе, это устройство гашения переходных процессов отличается, по меньшей мере, одним устройством 130 гашения переходных процессов, содержащим, по меньшей мере, два участка 140 крыла, которые находятся в постоянном электрическом контакте с указанным проводящим элементом 121, 122, 123 через общую опору 601.

Вариант воплощения с фиг.6 представлен в разрезе. Следует понимать, что так же как и в других вариантах воплощения, устройство гашения переходных процессов может окружать полный, предпочтительно круглый проводящий элемент. Поверхность возникновения электрической дуги, таким образом, предпочтительно сконструирована в форме кольца вокруг проводящего элемента. По другим вариантам воплощения, устройство гашения переходных процессов окружает проводящий элемент лишь частично.

Поскольку два устройства гашения переходных процессов, показанные на фиг.6, отличаются различной геометрией, которая предназначается различным чрезвычайно быстрым переходным процессам, становится возможно задействовать такую установку в целях гашения множества из, по меньшей мере, двух различных чрезвычайно быстрых переходных процессов.

Фиг.7 показывает в качестве примера неизолированный провод, применяемый для воздушных линий связи или внутри высоковольтной подстанции или распределительного устройства. Обычно не обеспечивается корпус, который заключает в себе проводящий элемент, как в подстанции с элегазовой изоляцией.

Как можно видеть на фиг.7, устройство 130 гашения переходных процессов обеспечено на проводящем элементе 121. Устройство гашения переходных процессов прикреплено к проводящему элементу при помощи охватывающего кольца 602. Имеется лишь сравнительно малый периферический участок устройства 130 гашения переходных процессов, показанного на фиг.6, т.е. участок, расположенный в продольной секции в направлении продольной оси 180. Обычно между поверхностью возникновения электрической дуги и проводящим элементом присутствует воздух, сквозь который при чрезвычайно быстрых переходных процессах происходит возникновение электрической дуги. Это примерно обозначено зубчатыми стрелками между утонченными концами устройства гашения переходных процессов и проводящим элементом. Например, показанный проводящий элемент может быть частью распределительного устройства с воздушной изоляцией. Как и в предыдущих вариантах воплощения, корпус в форме ракушки устройства гашения переходных процессов полностью продолжается вокруг шинообразного проводящего элемента в периферическом направлении, но частично вырезан только в целях лучшей видимости формы и назначения.

Фиг.8 показывает еще один альтернативный вариант воплощения устройства 130 гашения переходных процессов. Поскольку данный вариант воплощения подобен показанному и описанному со ссылкой на фиг.7, далее будут обсуждаться только отличия. Поверхность 131d возникновения электрической дуги содержит, по меньшей мере, один выступ 190 для определения точного пятна, где инициируется возникновение электрической дуги. Иными словами, поскольку выдающийся внутрь в радиальном направлении мысообразный выступ 190 уменьшает протяженность зазора между поверхностью возникновения электрической дуги 131d и поверхностью проводящего элемента 121, возникновение электрической дуги будет иметь место на точно указанном пятне. В зависимости от требований, по меньшей мере, один выступ 190 может быть расположен сбоку в любом месте поверхности возникновения электрической дуги, а также промежуточного участка 170. Как и в предыдущих вариантах воплощения, корпус устройства гашения переходных процессов, имеющий форму ракушки, продолжается полностью вокруг шинообразного проводящего элемента в периферическом направлении, но частично вырезан только для лучшей видимости формы и назначения.

Дополнительный вариант воплощения устройства 130 гашения переходных процессов, показанное на фиг.9, отличается от устройства 130 гашения переходных процессов, показанного на фиг.7, тем, что промежуточный участок 170 устройства 130 гашения переходных процессов продолжается вокруг проводящего элемента не полностью, а лишь частично. Таким образом, промежуточный участок 170 и поверхность 131e возникновения электрической дуги продолжаются вокруг проводящего элемента 121 в периферическом направлении примерно на одну треть.

Показанное и объясненное со ссылкой на фиг.10 устройство гашения переходных процессов отличается от устройства с фиг 2 только геометрией зазора и тем, что проводящий элемент 121 показан штриховкой, отображающей разрез вида, показанного на фиг.10. Участок корпуса устройства 130 гашения переходных процессов, имеющий форму ракушки, показан в виде толстой линии только потому, что его толщина очень мала по сравнению с размерами проводящего элемента 121. Проводящий элемент представляет собой проводящую шину круглого сечения, которая определяет продольную ось 180. Проводящий элемент имеет внешнюю поверхность 301, вдоль которой распространяется чрезвычайно быстрый переходный процесс за счет поверхностного эффекта. Указанная внешняя поверхность 301 имеет внешний размер проводника 307. Здесь размер является радиусом. Внутренний объем 126 ограничен внешней поверхностью 301, промежуточным участком устройства 130 гашения переходных процессов и зазором 303. В этом варианте воплощения корпус устройства 130 гашения переходных процессов, имеющий форму ракушки, изогнут внутрь на конце, противоположном постоянному электрическому контакту 150, так что он продолжается практически параллельно внешней поверхности 301 на длину 304 зазора, которая составляет около трехкратной величины зазора между поверхностью 131 возникновения электрической дуги и соседней внешней поверхностью 301 проводникового элемента 121. Однако возможным представляется решение из нескольких деталей элементов 170 и 131. Та туннельная геометрия зазора вносит вклад в долю резонансного напряжения разности потенциалов переходного процесса посредством увеличенной емкости. В этом варианте воплощения целое устройство 120 гашения переходных процессов содержит устройство 130 гашения переходных процессов в форме ракушки, а также участок внешней поверхности 301 проводникового элемента 121.

Дополнительное устройство гашения переходных процессов, показанное на фиг.11, отличается от устройства с фиг.10 увеличенным объемом 126. Оставшиеся элементы и назначение оставлены нетронутыми, так что применимы предыдущие объяснения к нему, а повторение может быть опущено. Элемент проводника 121 содержит периферическое углубление 300, смежное с внутренним объемом 126. Поскольку размер 308 основания меньше, чем внешний размер 307 проводникового элемента 121, образуется дополнительный частичный объем 305. Пунктирная линия 306 указывает воображаемое продолжение внешней поверхности 301 для отображения доли дополнительного частичного объема 305 в увеличенном общем внутреннем объеме 126 по сравнению с внутренним объемом, представленным на фиг.10. По сравнению с вариантом воплощения, представленным на фиг.10, указанный дополнительный частичный объем 305 вносит вклад в увеличение порции/доли резонансного напряжения в разность потенциалов переходного процесса за счет увеличенной индуктивности. В данном варианте воплощения все устройство 120 гашения переходных процессов содержит как участок корпуса устройства 130 гашения переходных процессов в форме ракушки, так и углубление 300 в проводниковом элементе 121 плюс некоторый незначительный участок внешней поверхности 301.

Фиг.12 примерно показывает результаты измерения схемы проверки с демпфированием чрезвычайно быстрого переходного процесса и без него, как описывалось здесь. Напряжение на высоковольтном устройстве измерено и изображено на времени для короткого временного интервала около половины микросекунды.

Чрезвычайно быстрый переходный процесс совершает колебания, приводя к пикам 610 напряжения в случае без демпфирования чрезвычайно быстрого переходного процесса (производились измерения для двух примеров a1 и a2). По результатам измерения, эти пики составляли до 600 кВ.

Те же два чрезвычайно быстрых переходных процесса порождаются для теста, а результирующее напряжение измеряется, в чем в высоковольтном устройстве обеспечиваются устройства гашения переходных процессов, как описано здесь. Пики напряжения для этих двух измеряемых примеров с демпфированием чрезвычайно быстрого переходного процесса обозначены на фиг.12 ссылочной позицией 602. В работе, при возникновении чрезвычайно быстрых переходных процессов, электрическая дуга возникает на более высоких напряжениях, потребляя, таким образом, энергию и уменьшая пиковое напряжение. Этот эффект становится все более и более различимым на времени. Это происходит из-за того, что при возникновении первого чрезвычайно быстрого переходного процесса начинается эффект извлечения энергии из системы за счет обеспечения устройств гашения переходных процессов, а следовательно, позволение возникновения искр. В той точке во времени уменьшение пикового напряжения с трудом различимо. Однако после первого пика чрезвычайно быстрого переходного процесса, даже, более того, после двух или трех пиков, в цифрах явно различимо, насколько пики могли бы быть уменьшены по сравнению с ситуацией без обеспечения устройства гашения переходных процессов. В примере, показанном на фиг.6, максимум пика чрезвычайно быстрого переходного процесса мог бы быть уменьшен на около 100 кВ, что является существенным улучшением в высоковольтном коммутирующем устройстве. Таким образом, можно видеть, что настоящее изобретение вносит значительный вклад в выравнивание среднего напряжения в случае чрезвычайно быстрых переходных процессов.

Изобретение было описано на основании вариантов воплощения, которые показаны на приложенных чертежах и из которых вытекают дополнительные преимущества и модификации. Однако раскрытие не ограничено вариантами воплощения, описанными в конкретных условиях, а скорее может быть модифицировано и изменено подходящим способом. Оно находится в рамках, чтобы объединить отдельные признаки и комбинации признаков с признаками и комбинациями признаков другого варианта воплощения подходящим способом, чтобы приводить к дополнительным вариантам воплощения.

Для опытных специалистов, на основании содержащейся здесь идеи, будет ясно, что могут быть произведены изменения и модификации без отклонения от раскрытия и его более широких аспектов. То есть все примеры, установленные сверх приведенных выше, предназначены для того, чтобы быть примерными, а не ограничивающими.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных переключателях. Технический результат состоит в уменьшении скорости переходных процессов. Высоковольтное устройство (100) содержит проводящий элемент (121, 122, 123) для проведения высоковольтного тока и, по меньшей мере, одно устройство (130) гашения переходных процессов для уменьшения пиков напряжения существующих распространяющихся чрезвычайно быстрых переходных процессов посредством возникновения электрической дуги, устройство гашения переходных процессов, имеющее, по меньшей мере, одну поверхность возникновения электрической дуги (131; 131a; 131b; 131c). Поверхность возникновения электрической дуги расположена вблизи проводящего элемента так, что, когда разность потенциалов между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом переходных процессов превышает пороговое значение, а именно при возникновении чрезвычайно быстрого процесса между устройством гашения переходных процессов и проводящим элементом, возникает электрическая дуга. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Высоковольтное устройство, содержащее:
проводящий элемент (121, 122, 123) для проведения высоковольтного тока; и
по меньшей мере, одно устройство (120, 130) гашения переходных процессов для уменьшения пиков напряжения существующих распространяющихся чрезвычайно быстрых переходных процессов посредством порождения электрической дуги, имеющее, по меньшей мере, одну поверхность возникновения электрической дуги (131, 131а, 131b, 131с, 131d, 131е) и, по меньшей мере, один постоянный электрический контактный участок (150), который электрически соединен с проводящим элементом (121, 122, 123),
причем указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги (131, 131а, 131b, 131с) указанного, по меньшей мере, одного устройства (130) гашения переходных процессов расположена рядом с указанным проводящим элементом (121, 122, 123), так что в зазоре (303), расположенном между указанным устройством гашения переходных процессов и указанным проводящим элементом, возникает электрическая дуга, когда разность потенциалов переходного процесса между указанным устройством гашения переходных процессов и указанным проводящим элементом превышает пороговое значение,
при этом, по меньшей мере, один постоянный электрический контактный участок смещен, по меньшей мере, от одной поверхности возникновения электрической дуги на расстояние в направлении, где продолжается проводящий элемент, которое короче, чем длина волны чрезвычайно быстрого переходного процесса, подлежащего демпфированию.

2. Высоковольтное устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одно указанное устройство гашения переходных процессов является, главным образом, безрезисторным.

3. Высоковольтное устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одно указанное устройство гашения переходных процессов имеет такие размеры, что его геометрия вызывает изменение полного сопротивления волновода во время распространения волны чрезвычайно быстрого переходного процесса вдоль проводящего элемента и, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов.

4. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанное пороговое значение находится в диапазоне от приблизительно 5 кВ до приблизительно 100 кВ.

5. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанная поверхность возникновения электрической дуги указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена на расстоянии максимально 3 мм от указанного проводящего элемента.

6. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена с минимальным зазором 0,2 мм от указанного проводящего элемента.

7. Высоковольтное устройство по п.1, включающее в себя, по меньшей мере, два устройства гашения переходных процессов, каждое из которых имеет, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта, соответственно,
причем, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта каждого из, по меньшей мере, двух устройств гашения переходных процессов смещен от предназначенной ему, по меньшей мере, одной поверхности возникновения электрической дуги на расстояние, которое короче, чем длина волны чрезвычайно быстрого переходного процесса, подлежащего демпфированию.

8. Высоковольтное устройство по п.7, в котором, по меньшей мере, два устройства гашения переходных процессов предназначены, соответственно, для гашения, по меньшей мере, двух разных чрезвычайно быстрых переходных процессов.

9. Высоковольтное устройство по п.1, в котором общая площадь указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов составляет, по меньшей мере, 0,1 м².

10. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанное, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов окружает и/или покрывает проводящий элемент так, что, по меньшей мере, 25% поверхности проводящего элемента закрыто, по меньшей мере, одним устройством гашения переходных процессов.

11. Высоковольтное устройство по п.1, дополнительно содержащее разъединитель и/или прерыватель цепи.

12. Высоковольтное устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов изготовлено из немагнитного, диамагнитного или парамагнитного материала.

13. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанный проводящий элемент имеет продольную ось, и
у которого указанное, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов имеет такую форму, что его промежуточный участок расположен перпендикулярно к указанной продольной оси более отдаленно, чем, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги.

14. Высоковольтное устройство по п.13, в котором указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена с зазором от указанного проводящего элемента,
причем зазор имеет геометрию конденсаторного типа, с длиной зазора, проходящей в направлении указанной продольной оси,
причем длина зазора равна, по меньшей мере, расстоянию, соответственно, между поверхностью возникновения электрической дуги или проводящим элементом.

15. Высоковольтное устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одно указанное устройство гашения переходных процессов имеет участок корпуса, имеющий куполообразную форму,
причем проводящий элемент и участок корпуса куполообразной формы указанного устройства гашения переходных процессов образуют внутреннюю полость, и причем проводящий элемент имеет углубление, расположенное рядом с внутренней полостью.

16. Высоковольтное устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги содержит, по меньшей мере, один направленный радиально внутрь выступ для локальной инициализации электрической дуги.

17. Высоковольтное устройство по п.2, в котором, по меньшей мере, одно указанное устройство гашения переходных процессов имеет такие размеры, что его геометрия вызывает изменение полного сопротивления волновода во время распространения волны чрезвычайно быстрого переходного процесса вдоль проводящего элемента и, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов.

18. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанное пороговое значение находится в диапазоне от приблизительно 10 кВ до приблизительно 80 кВ.

19. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанная поверхность возникновения электрической дуги указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена на расстоянии максимально 2 мм от указанного проводящего элемента.

20. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов расположена с минимальным зазором 0,5 мм от указанного проводящего элемента.

21. Высоковольтное устройство по п.5, включающее в себя, по меньшей мере, два устройства гашения переходных процессов, каждое из которых имеет, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта, соответственно,
причем, по меньшей мере, один участок постоянного электрического контакта каждого из, по меньшей мере, двух устройств гашения переходных процессов смещен от предназначенной ему, по меньшей мере, одной поверхности возникновения электрической дуги на расстояние, которое короче, чем длина волны чрезвычайно быстрого переходного процесса, подлежащего демпфированию.

22. Высоковольтное устройство по п.1, в котором общая площадь указанного, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов составляет, по меньшей мере, 0,5 м².

23. Высоковольтное устройство по п.1, в котором указанное, по меньшей мере, одно устройство гашения переходных процессов окружает и/или покрывает проводящий элемент так, что, по меньшей мере, 50% поверхности проводящего элемента закрыто, по меньшей мере, одним устройством гашения переходных процессов.

24. Высоковольтное устройство по п.1, в котором минимальная величина зазора от проводящего элемента составляет 0,2 мм.

25. Способ гашения чрезвычайно быстрых переходных процессов с помощью высоковольтного устройства, имеющего проводящий элемент и служащего для проведения и/или переключения сильных токов, предусматривающий:
размещение, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов для уменьшения пиков напряжения существующих чрезвычайно быстро распространяющихся переходных процессов в непосредственной близости от проводящего элемента, так чтобы инициировать возникновение электрической дуги между указанным проводящим элементом и, по меньшей мере, одной поверхностью возникновения электрической дуги, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов, когда разность потенциалов переходного процесса между, по меньшей мере, одним указанным устройством гашения переходных процессов и указанным проводящим элементом превышает пороговое значение,
где указанная, по меньшей мере, одна поверхность возникновения электрической дуги расположена на противоположном конце, по меньшей мере, одного участка постоянного электрического контакта, по меньшей мере, одного устройства гашения переходных процессов, электрически соединенного с проводящим элементом.