ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С КОРПУСОМ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ И СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ТАКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК H01H33/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высоковольтному выключателю с корпусом под напряжением.

Уровень техники

Линии электропередачи защищаются и управляются при помощи высоковольтных выключателей. Подобные выключатели подразделяются на два класса: выключатели с корпусом (дугогасящей камерой) под напряжением (Live Tank Circuit Breakers, LTB), в которых корпус, содержащий отключающий механизм, находится под линейным напряжением, и выключатели с заземленным корпусом (Dead Tank Circuit Breakers, DTB), в которых корпус находится на потенциале земли.

Выключатели с корпусом под напряжением при высоких уровнях напряжения должны контролировать высокий потенциал на токовых выводах, к которым подсоединяются трубы или кабели для пропускания тока через выключатель. Высокий потенциал создает высокую напряженность электрического поля на токовых выводах. Обычно токовые выводы экранируют с помощью коронирующих колец, которые предназначены для уменьшения напряженности локального электрического поля благодаря своей гладкой форме и относительно большой площади по сравнению с выводами.

Обычно применяется два различных вида коронирующих колец. И те, и другие коронирующие кольца размещаются как можно ближе к токовому выводу. Если применяются конденсаторы или предвключаемые резисторы, применяются те же самые принципы. В качестве альтернативы, коронирующее кольцо круглой формы размещают симметрично вокруг центральной оси выключателя.

Внешней изолирующей средой выключателя с корпусом под напряжением является воздух. Наружная изоляция проверяется с помощью диэлектрических испытаний на соответствие требованиям применимых стандартов. Данные проверочные испытания для высоковольтных выключателей включают испытания как в сухом, так и во влажном состоянии, поскольку высоковольтный выключатель является оборудованием для наружной установки.

Раскрытие изобретения

Во время таких испытаний во влажном состоянии капли дождя собираются на всей поверхности выключателя и коронирующих колец. Вода сливается вниз по поверхности и скапливается у самой нижней точки каждой из отдельных частей выключателя и, в конечном счете, падает с поверхности выключателя на землю.

Капли воды подвергаются воздействию высокого напряжения и изменяют свою форму; они приобретают более остроконечную форму, чем обычно, и увеличивают напряженность локального электрического поля.

Изобретение основывается на понимании того факта, что при переключении напряжений в условиях повышенной влажности локальное электрическое поле в нижней части коронирующих колец будет возрастать по сравнению с сухими условиями.

Целью настоящего изобретения, таким образом, является создание высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением с улучшенной диэлектрической прочностью, в частности, в условиях повышенной влажности.

Дополнительной целью изобретения является создание такого высоковольтного выключателя, который был бы прочным, точным, простым, компактным и недорогим, обладал оптимальными эксплуатационными характеристиками и отвечал существующим требованиям техники безопасности.

Еще одной целью изобретения является создание способа выполнения высоковольтного выключателя, удовлетворяющего любой из вышеперечисленных целей.

Указанные цели могут быть достигнуты с помощью высоковольтных выключателей и способа, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий опорный изолятор, прерыватель тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе, токовые выводы, соединенные с концами прерывателя тока, и, по меньшей мере, одно коронирующее кольцо размещенное, по меньшей мере, частично вокруг, по меньшей мере, одного из токовых выводов.

Коронирующее кольцо снабжено гидрофобным поверхностным слоем, таким образом, предлагается высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением с улучшенной диэлектрической прочностью в условиях повышенной влажности.

Условия повышенной влажности являются наиболее неблагоприятными, и в тоже время наиболее тяжелыми для осуществления теоретических расчетов и определения размеров для каждого из вариантов выключателя. Таким образом, различные варианты были экспериментально протестированы в высоковольтной испытательной лаборатории, и было обнаружено, что критическим фактором является количество и размер капель воды на поверхности коронирующих колец. При использовании настоящего изобретения достигаются значительные преимущества. Количество и размер капель воды существенно сокращаются.

В одном из вариантов осуществления высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением содержит расположенный горизонтально прерыватель тока удлиненной формы и расположенный горизонтально конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный (подключенные) между токовыми выводами параллельно с прерывателем тока, причем эти элементы расположены таким образом, что расстояние по вертикали между внутренней поверхностью нижнего конца коронирующего кольца и центральной осью прерывателя тока, конденсатора, если он имеется, или резистора, если он имеется, в зависимости от того, который из них располагается ниже, составляет примерно в 1,5-4 раза меньшее расстояние, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и центральной осью.

Таким образом, в присутствии воды достигается более равномерное распределение электрического поля вокруг коронирующего кольца, и, как результат, дополнительно улучшается диэлектрическая прочность в условиях повышенной влажности.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ выполнения высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением, содержащего опорный изолятор, прерыватель тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе, токовые выводы, соединенные с концами прерывателя тока, и, по меньшей мере, одно коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг, по меньшей мере, одного из токовых выводов. Согласно данному способу, коронирующее кольцо снабжают гидрофобным поверхностным слоем.

Гидрофобный поверхностный слой получают, предпочтительно, путем аэрозольного нанесения или покрытия коронирующего кольца гидрофобным материалом, таким как силиконовый каучук или смола, например фторсмола или силиконовая смола.

Дополнительные характеристики изобретения и его преимущества будут понятны из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи фиг.1 и 2, приводимые только в качестве иллюстрации и, таким образом, не накладывающие ограничений на настоящее изобретение.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически изображен вид сбоку высоковольтного выключателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2 схематически изображен вид с торца прерывателя тока и коронирующего кольца, входящих в состав высоковольтного выключателя, изображенного на фиг.1.

Осуществление изобретения

Ниже приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. В данном описании термин «высоковольтный» будет использоваться для напряжений от 1 кВ и выше. Однако следует отметить, что настоящее изобретение, главным образом, относится к высоковольтным выключателям с более высокими номинальными напряжениями, такими как 245 кВ и выше.

На фиг.1 изображен вид сбоку однофазного высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением, содержащего два расположенных горизонтально и соединенных последовательно прерывателя 10 тока удлиненной формы, расположенных на опорном изоляторе 20. Прерыватели 10 тока могут рассматриваться как разъединительные или дугогасящие камеры, а объединение двух прерывателей 10 тока может рассматриваться как разъединительный элемент. Каждый из прерывателей 10 тока подключен к токовому выводу 30 на своем удаленном конце (торце) и к соединительному фланцу 32 на своем внутреннем конце (торце).

Кроме того, выключатель содержит соответствующее коронирующее кольцо 40, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг токового вывода 30, подключенного к удаленным концам последовательно соединенных прерывателей 10 тока, то есть коронирующие кольца обычно не располагаются вокруг соединительных фланцев 32, соединяющих прерыватели 10 тока между собой.

На фиг.2 схематически изображен вид с торца одного из прерывателей 10 тока и одного из коронирующих колец 40 высоковольтного выключателя, изображенного на Фиг.1. Здесь также показаны опоры 41, удерживающие коронирующее кольцо 40.

В соответствии с изобретением одно или, предпочтительно, каждое из коронирующих колец 40 снабжено гидрофобным поверхностным слоем 42.

Гидрофобный поверхностный слой 42 получают, предпочтительно, путем аэрозольного нанесения или покрытия коронирующего кольца (колец) 40 гидрофобным материалом, таким как каучук или смола, например силиконовый каучук, фторсмола или силиконовая смола.

Гидрофобный поверхностный слой 42 может покрывать по существу всю поверхность коронирующего кольца (колец) 40 или только отдельные участки поверхности коронирующего кольца (колец) 40, предпочтительно нижние участки поверхности коронирующего кольца (колец) 40.

В целях наглядности толщина слоя 42 на фиг.1 и 2 сильно преувеличена.

Следует принимать во внимание тот факт, что коронирующие кольца 40 могут быть как замкнутыми, так и разомкнутыми и могут иметь различную форму, однако коронирующие кольца 40 на фиг.1 и 2 имеют торусообразную форму. При условии, что коронирующие кольца располагаются симметрично вокруг прерывателей 10 тока в поперечной плоскости, сумма расстояний d1 и d2 соответствует внутреннему диаметру коронирующих колец 40.

Кроме того, следует принять во внимание, что вокруг каждого токового вывода может размещаться большее количество коронирующих колец. Обычно коронирующие кольца устанавливаются парами с небольшим фиксированным расстоянием между ними.

Дополнительно, в одном из вариантов изобретения одно или каждое из коронирующих колец размещается таким образом, что вертикальное расстояние d1 между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца 40 и центральной осью 10а прерывателя 10 тока составляет примерно в 1,5-4 раза меньшее расстояние, чем расстояние d2 между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца 40 и центральной осью 10а.

Если выключатель, для каждого из прерывателей тока, содержит горизонтально расположенный конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный между токовыми выводами параллельно прерывателю тока, каждое коронирующее кольцо, предпочтительно, устанавливается таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца 40 и центральной осью прерывателя 10 тока, конденсатора или резистора удлиненной формы, в зависимости от того, который из них располагается ниже, составляет примерно в 1,5-4 раза меньшее расстояние, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и его центральной осью.

При использовании изобретения достигается более высокая диэлектрическая прочность, позволяющая выдерживать как коммутационные, так и грозовые импульсные напряжения, особенно в условиях повышенной влажности.

Трехфазный высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением состоит из трех выключателей, описанных выше.

Высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением содержит опорный изолятор (20), по меньшей мере один прерыватель (10) тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе (20); токовые выводы (30), подключенные к концам прерывателя тока, и по меньшей мере одно коронирующее кольцо (40), расположенное по меньшей мере частично вокруг одного из токовых выводов, причем коронирующее кольцо (40) снабжено гидрофобным поверхностным слоем (42), который покрывает, по существу, всю поверхность коронирующего кольца или только нижние участки его поверхности. Технический результат - повышение диэлектрической прочности за счет более равномерного распределения электрического поля вокруг коронирующих колец в условиях повышенной влажности. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий опорный изолятор; по меньшей мере, один прерыватель тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе; токовые выводы, подключенные к концам прерывателя тока; и по меньшей мере, одно коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг одного из токовых выводов, отличающийся тем, что коронирующее кольцо снабжено гидрофобным поверхностным слоем, причем гидрофобный поверхностный слой покрывает, по существу, всю поверхность указанного коронирующего кольца или только нижние участки поверхности указанного коронирующего кольца.

2. Высоковольтный выключатель по п. 1, отличающийся тем, что гидрофобный поверхностный слой выполнен из каучукового материала или смолы, например, силиконового каучука, фторсмолы или силиконовой смолы.

3. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что коронирующее кольцо выполнено разомкнутым.

4. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит дополнительное коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг указанного одного из токовых выводов, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

5. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого токового вывода, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

6. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит дополнительный прерыватель тока удлиненной формы и токовые выводы, подключенные к концам дополнительного прерывателя тока, при этом прерыватели тока расположены концентрически по отношению друг к другу и соединены последовательно, причем один из указанных токовых выводов, окруженный, по меньшей мере, частично коронирующим кольцом, является внешним токовым выводом последовательно соединенных прерывателей тока; а также содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого внешнего токового вывода последовательно соединенных прерывателей тока и снабженное гидрофобным поверхностным слоем, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

7. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что прерыватель тока удлиненной формы расположен по существу горизонтально, а коронирующее кольцо расположено таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца и центральной осью расположенного, по существу, горизонтально прерывателя тока примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и указанной центральной осью.

8. Высоковольтный выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по существу, горизонтально расположенный конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный (подключенные) между токовыми выводами параллельно расположенному, по существу, горизонтально прерывателю тока, причем коронирующее кольцо расположено таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца и центральной осью расположенного, по существу, горизонтально прерывателя тока удлиненной формы, расположенного, по существу, горизонтально конденсатора удлиненной формы или расположенного, по существу, горизонтально резистора удлиненной формы, в зависимости от того, который из них расположен ниже, примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и указанной центральной осью.

9. Трехфазный высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий три выключателя, охарактеризованных в любом из пп. 1-8, по одному на каждую фазу.

10. Способ выполнения высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением, содержащего опорный изолятор; по меньшей мере, один прерыватель тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе; токовые выводы, подключенные к концам прерывателя тока; и по меньшей мере, одно коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг одного из токовых выводов, отличающийся тем, что указанное, по меньшей мере, одно коронирующее кольцо снабжают гидрофобным поверхностным слоем, причем гидрофобный поверхностный слой наносят на, по существу, всю поверхность указанного коронирующего кольца или только на нижние участки поверхности указанного коронирующего кольца.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что снабжение коронирующего кольца гидрофобным поверхностным слоем включает в себя аэрозольное нанесение или покрытие, по меньшей мере, одного коронирующего кольца гидрофобным материалом.

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что гидрофобный поверхностный слой выполняют из каучукового материала или смолы, например, силиконового каучука, или фторсмолы или силиконовой смолы.