Устройство коммутации в электроустановках Российский патент 2023 года по МПК H02B13/00 

1. Описание

1.1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в схемах или системах питания электросетей и распределения электрической энергии.

1.2. Уровень техники

К электроустановкам относятся электрические подстанции, распределительные пункты, электрические станции и т.п.

Главная схема электрических соединений электроустановки должна обеспечивать требуемую надежность функционирования каждой электроустановки в отдельности и прилегающей электрической сети, удобство и безопасность эксплуатации, определяемые простотой и наглядностью схем, а также возможностью минимизации коммутационных операций как в первичных, так и во вторичных цепях, гибкость, заключающуюся в способности к адаптации при изменении режима работы энергообъекта, в том числе при плановых и аварийно-восстановительных ремонтах, реконструкции, расширении и испытаниях.

Коммутационные аппараты предназначены для присоединения элементов электрической сети (трансформаторов, автотрансформаторов, реакторов, конденсаторных батарей и др.), а также для присоединения к ним линий электропередачи.

В электрических сетях 35 кВ и выше основным коммутационным аппаратом является выключатель. Выключатель является аналогом заявленного изобретения, имеет назначение, совпадающее с назначением изобретения, известен

из сведений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета изобретения. Выключатели отличаются от выключателей нагрузки тем, что последние относятся к особой группе устройств, которые рассчитаны на включение и отключение токов нормального режима, но не рассчитаны на коммутацию токов короткого замыкания.

Выключатели служат для включения и отключения токов, протекающих в нормальных и аварийных режимах работы электрической сети. Наиболее тяжелые условия работы выключателя возникают при отключении токов короткого замыкания.

Выключатели классифицируются по способу гашения дуги, конструктивному исполнению, классу напряжения, способу установки и т.п. [ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение 3 – 750 кВ. Общие технические условия»].

Общее описание выключателей приведено, например, в [Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций. Третье издание, переработанное и дополненное. Энергоатомиздат, 1987, _С. 299-347].

Общим свойством выключателей, как коммутационных аппаратов, является коммутация электрического тока цепи, то есть тока протекающего между двумя выводами выключателя. Исходя из этого, разработаны и унифицированы главные схемы электрических соединений, используемые на практике [Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 59279-2020. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств от 35 до 750 кВ. Типовые решения. Рекомендации по применению].

Примеры конструкции существующих колонковых выключателей, приведены на чертеже (Фиг. 1). Показанные выключатели имеют:

- дугогасительные камеры 1 (одну или более),

- колонки опорных изоляторов 2,

- опорную конструкцию 3,

- шкафы приводов 4;

- выводы выключателя 5.

Для разных типов выключателей известен аналогичный технический прием: последовательное включение двух и более дугогасительных камер. Видно в том числе и на чертеже (Фиг. 1).

В [Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций. Третье издание, переработанное и дополненное. Энергоатомиздат, 1987, с. 312] описана конструкция выключателя ВМТ-220: один полюс выключателя конструктивно состоит из двух маслонаполненных колонн (содержащих дугогасительные камеры), каждая из которых аналогична такой же колонне, использующейся в конструкции выключателя ВМТ-110. За счет последовательного соединения двух камер 1 в отключенном положении выключателя обеспечивается изоляционное расстояние в токопроводящей цепи от одного вывода выключателя 5 до второго, находящегося под напряжением. За счет габаритов опорных изоляторов 2 обеспечивается изоляционное расстояние «фаза – земля». Опорная конструкция 3 используется для установки выключателя. Привод 4 выключателя – для производства операций включения/отключения.

Последовательное соединение дугогасительных устройств используется в конструкции выключателей типа ВВБ-110 и ВВБК-1150, ВНВ-220 и ВНВ-1150 [Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций. Третье издание, переработанное и дополненное. Энергоатомиздат, 1987, с. 312, 321, 327], а также ВГТ-1А1-220 и ВГТ-220 [Руководства по эксплуатации на указанные выключатели].

Таким образом, последовательное включение двух или более дугогасительных камер применяется для любого конструктивного исполнения выключателей. И закреплено, в том числе, в [ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение 3 – 750 кВ. Общие технические условия», пп. А.2.11, А.2.24, А.2.34, А.2.35]. Например, в определении «модуля» указано про последовательное соединение нескольких частей выключателя на соответствующей изоляции относительно земли, которые образуют полюс или элемент полюса выключателя.

Система есть совокупность элементов, объединенных между собой связями. Таким образом, коммутационный аппарат как элемент является элементом электроустановки, а электроустановка является системой. Одной из важнейших характеристик всякой системы является ее структура.

Топология, как известно, описывает свойства, которые остаются неизменными при непрерывных деформациях, например, связность. Топологическое эквивалентирование – это технический прием, позволяющий описывать разные устройства, схемы через их структуру.

Количество выводов у элемента системы означает количество его связей с другими элементами системы. Разное количество выводов означает, что элементы не эквивалентны друг другу, и это крайне важное отличие.

Так как выключатель является одним из основных узлов электроустановки, то его расположение по отношению к соседним узлам электроустановки и его электрическое соединение с этими узлами неизбежно принимаются во внимание специалистом при создании (разработке) главных схем электроустановок. Например, все выключатели (прототип) имеют по два вывода у полюса, то есть к одному выключателю присоединяются два проводника внешней цепи.

Технология использования выключателя как элемента электроустановки заключается в том, чтобы все его выводы были соединены с другими элементами, значит, выключатели с двумя выводами диктуют определенную структуру электрических схем.

1.3. Раскрытие изобретения

Технической проблемой, которую решает изобретение, является изменение свойств электроустановок, например, повышение надежности и гибкости главных схем электрических соединений электроустановок. Проблема решается за счет того, что в составе электроустановки, а именно распределительного устройства, распределительного пункта и т.п., предлагается использовать высоковольтные выключатели, коммутирующие токи в фазе, по меньшей мере, между тремя высоковольтными выводами выключателя.

Выключатель, коммутирующий три ветви, условно назовем – 3D-выключатель.

Признаки выключателя, как аналога изобретения, согласно [ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжение 3 – 750 кВ. Общие технические условия»]:

- наличие одной или нескольких, соединенных последовательно, дугогасительных камер 1, в которых выполняется гашение тока;

- наличие двух выводов 5 у каждого полюса, между которыми осуществляется коммутация тока цепи;

- наличие по меньшей мере одного привода 4.

Технический результат заключается в том, что заявляемое устройство коммутирует токи между тремя выводами, что позволяет получить новую структуру электроустановки с новым взаимным расположением узлов электроустановки, к числу которых относятся коммутационные аппараты и присоединения.

Коммутация токов между выводами означает, что на пути токов между двумя любыми выводами должна встречаться по меньшей мере одна дугогасительная камера. Здесь подходит топология звезды. Характеристики камер будут определяться распределением напряжений по камерам при коммутации.

Приняв в качестве прототипа исполнение выключателя с двумя разрывами на полюс, с двумя дугогасительными камерами 1, можно представить коммутационный аппарат - 3D-выключатель, содержащий три дугогасительных камеры 1, и способный коммутировать токи между всеми выводами 5. К каждой паре выводов полюса 3D-выключателя при этом будет приложено фазное напряжение, что позволяет выполнить камеры 1 на пониженное напряжение. Условное изображение конструкции выключателя и электрическая схема замещения 3D-выключателя также приведена на чертеже (Фиг. 2).

Раскрытие выполнено на примере выключателя, содержащего три дугогасительные камеры, но можно представить и другую конструкцию 3D-выключателя. При установке двух камер 1 и их соединении по схеме неполной звезды также достигается эффект размыкания токов между тремя выводами 5, но каждая из камер 1 должна быть выполнена уже на полное напряжение. И, наконец, возможна конструкция с общей дугогасительной камерой 1, но также - с тремя выводами 5.

Таким образом, ключевой особенностью предлагаемого устройства в отличие от прототипа является то, что оно коммутирует токи, включая токи короткого замыкания, в фазе по меньшей мере между тремя высоковольтными выводами 5 выключателя. Указанный признак относится к существенным, так как он влияет на возможность решения указанной заявителем технической проблемы и получения технического результата, обеспечиваемого изобретением, то есть они находятся в причинно-следственной связи.

Технология использования не позволяет применить изобретение в существующей области применения [Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 59279-2020. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств от 35 до 750 кВ. Типовые решения. Рекомендации по применению].

В данном случае создается новый электроаппарат с новыми свойствами, имеющий новую область применения, а именно схемы электрических соединений с иной структурой.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – Примеры существующих колонковых выключателей с одной и двумя дугогасительными камерами на полюс - прототипов. На рисунке показаны конструкции силовых выключателей - прототипов.

Фиг. 2 – Колонковый 3D-выключатель. Конструкция устройства и его электрическая схема замещения. На рисунке показаны условно структурное изображение конструкции и электрическая схема замещения устройства.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть реализовано при проектировании и сооружении электроустановок.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство коммутации в электроустановках, а именно 3D-выключатель, предназначено для включения и отключения токов, включая токи короткого замыкания. Устройство имеет по меньшей мере три вывода в одном полюсе для подключения разных цепей, одну дугогасительную камеру, один привод. Главные контакты дугогасительных разрывов соединяются по схеме звезды. Лучи звезды содержат выводы устройства, образуя 3D-выключатель. Достигается возможность коммутировать токи между тремя выводами, что позволяет получить новую структуру электроустановки с новым взаимным расположением узлов электроустановки. 2 ил.

Устройство коммутации в электроустановках, а именно 3D-выключатель, предназначенное для включения и отключения токов, включая токи короткого замыкания, которое имеет по меньшей мере три вывода в одном полюсе для подключения разных цепей, одну дугогасительную камеру, один привод, отличающееся тем, что главные контакты дугогасительных разрывов соединяются по схеме звезды, лучи которой содержат выводы устройства, образуя 3D-выключатель.