Высоковольтный коммутационный аппарат Советский патент 1983 года по МПК H01H33/74 

Изобретение относится к- .электроаппаратостроению и касается конструк ции высоковольтного коммутационного аппарата (выключателя, выключателя нагрузки, высоковольтного контактора с гашением дуги в элегазе. В распределительных сетях на сред ние классы напряжения в качестве опе ративных и защитных аппаратов широко используют выключатели различного исполнения., 1зы ключатели - достаточно сложные, и дорогоетоятцие аппараты. Их применение существенно увеличивает стоимость электроустановок. Известны выключатели нагрузки с газогенерирующим дугогасительным уст ройством 1. Однако такие аппараты могут коммутировать цепи лишь с довольно ограниченными токами, причем надежност дугогасительного устройства не высока: после -нескольких десятков отключений рабочего тока требуется замена газогенерируюадих вкладышей, а это су щественным образом отражается на .эксплуатационных расходах, снижает производительность трудна. Применение таких аппаратов в установках с частными срабатываниями вообще нецелесообразно. Наиболее близким к изобретению яв ляется высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги, содержащий герметизированный от внеш ней среды корпус, заполненный элегазом, в котором расположены подвижные и .неподвижные контакты, постоянные магниты {2. Известный аппарат, имеющий торцовые контакты, обладает недостатками: его дугогасительная способность (ток о.тключения) , а также ток включения невысоки; надежность из-за оседания на поверхностях контактов пылевых фторидов металлов, образующихся при горении дуги, и опасности разрушения постоянных магнитов при включениях сопровождающихся ударами, невысока. Цель изобретения - повышение коммутационной способности аппарата для использования его, преимуществен но, в сетях б-Ю кВ и надежности. Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном коммутационном аппарате с магнитным гашением дуги, содержащем герметизированный от внеш ней среды корпус, заполненный элегазом, в котором расположены подвижные и неподвижные контакты, постоянные магниты контакты выполнены вторичными, постоянные магниты закреплены не подвижно, а расстояние между электро дами выбрано таким, что при эаланной электрической износоустойчивости кон тактной системы произведение V-BT max, где V - электрическая прочность В/см; Вт - радиальная составляющая индукции магнитного поля, Т. ДЛЯ дальнейшего повышения надежности контакты могут .быть выполнены самозащищающимися. На фиг. Г изображена зависимос.ть электрической прочности (пробивного напряжения) от расстояния S между электродами 040 мм и радиусом закругления.4 мм при различном давлении элегаза от О до 5-1(ГПагна фиг. 2 пример зависимости.Vnp от S при диаметре электродов 80 мм с радиусом закругления 8 мм при трех значениях элегаза от 3-10 Па; на фиг. 3 - экспериментальная зависимость индукции магнитного поля Вт(Тд) в промежутке между торцами вс-тречновключенных постоянных магнитов от расстояния N между ними для средней части .промежутка; на фиг. 4 - зави.симость индукции магнитного поля Вт от расстояния между электродами S; на фиг. 5 - схема высоковольтного коммутационного аппарата для напряжеНИИ до 10 кВ с одним разрывом на фазу, вид на три фазы.; на фиг. 6 - то ;же, разрез по средней ф1азе; на фиг.7 контактная система высоковольтного коммутационного аппарата; на фиг. 8 -. схема высоковольтного коммутационного аппарата с двумя разрывами на фазу, разрез по средней фазе. Гашение дуги в коммутационном аппарате сугубо переходный процесс, в ходе которого с большой скоростью уменьшается температура ствола дуги , в результате чего в дуге уменьшается число носителей тока - электронов. Таким образом, дуга, вследствие интенсивного охлаждения, из проводяще го состояния переходит в непроводящее. Непроводящее состояние охлаждаемого газа наступает тогда, когда плотность электронов снизится до значения .Пpи этой плотности электронов электрическая прочностьпромежутка становится такой, как если бы промежуток был заполнен холодным газом. Чем ВБние электрическая прочность холодного промежутка, тем с большей скоростью происходит процесс нарастания электрический прочности при одной и той же степени охлаждения ствола дуги. При неизменной электрической прочности холодного промежутка дугогасительная способность коммутационного аппарата возрастает по мере усиления теплоотвода от дуги. Таким образом, для повышения дугога-, сительной способности коммутационного аппарата нео15ходимо интенсифицировать отвод тепла от дуги и повысить электрическую прочность холодного промежутка. Интенсивность отвода тепловой энергии от дуги в устройствах с магнитным гашением дуги Пропорциональна скорости перемещения дуги. Последняя зависит от силы, действу щей на дугу и вызьшающей ее переме щение в неподвижном газе Эта сила равна ) . (1) Выражение (1) говорит о том, что при неизменном значении отключаемого тока I сила F, действунхдая на дугу, пропорциональна напряженности магнитного поля .Н или индукции магнитного поля В, которые связаны меж ду собой выражением В (2) : где MO магнитная проницаемость ере ды. Для пустоты и газов Вызывающая движенйе дуги сила F (пропорциональная В) и электрическая прочность V холодного промежутка примерно одинаковым образом влияют на дугогасительную способность устройства, таким образом оптимальным расстоянием S. между -электродами явля ется такое, при котором обеспечивается максимум произведения электрической прочности V на радиальную сос тавляющую индукции магнитного-поля Вт V- (Х , { 3) Экспериментальные кривые 2-5 (фиг.З получены при расстояниях между торцами магнитов 1 соответственно равны ми , 70 и 100 мм. Кривая 6 пока зывает, что максимум радиальной составлякнцей индукции магнитного поля в промежутке между магнитами имеет место при расстоянии от оси магнитов равном наружному ргщиусу постоянных ма.гнитов; . При форме электродов 7, показанной на фиг, 3, можно обеспечить горе ние электрической дуги 8 в области максимального значения радиальной составляющей индукции Вт. Хотя фиг.З и составлена для конкретных магнитов и является примером, но указанные на ней зависимости имеют общий харак тер .. На фиг. 4 изображена зависимость ), построенная по данным кривых 2-5 фигуры 3, для средней части электрического промежутка. 11дким образом цл-я каждого размеру электродной системы существует свое 1 оптимальное расстояние между элактро дами S, при котором произведение V-BT принимает максимальное значение. в аппарате (фиг. .5 и 6) все три {фазы размещены в одном герметичном iKopnyce 9, который закрыт крышкой 10, выполненной иэ изоляционного ма териала. Внутренняя полость заполнена -.газообразной средой с высокой изоляционной и дугогасител ной способностью, например элегазом. Контактные узлы 11 и 12 укреплены на токопроводах 13 и 14. Эти токопроводы проходят через изоляционную «рышку 10 и оканчиваются втычными контактами 15 и 16. Подвижные контакты 17 снабжены отключающими пружинами 18. Включение аппарата (фиг. 5) осуществляетчзя приводом (не показан) , Который расположен с наружной сторо- ны по отношению к корпусу 9 и удерживается во включенном положении защелкой на приводе. Операция включения осуществляется следующим образом: под действием силы, развиваемой приводом, изоляционная тяга 19 перемещается вправо, при этом рычаги 20 и 21 всех трех фаз выпрямляются и толкают подвижные контакты 17 вниз, осуществляя при этом замыканиецепи и одновременно.сжимая отключающие пружины 18 и растягивая запускающую пружину 22. В положении Включено рычаги 20 и 21 находятся за Мертвым положением. . . При отключении удерживающая защелка на приводе освобождается, аапускающая пружина перемещает изоляционную тягу 19 влево и выводит, таким образом, рычаги 20 и 21 из мертвого положения, превращая их из жесткой системы ,в нежесткую . Дальнейшее размыкание производят отключающие пружины 18. В качестве подвижного уплотнения использован сильфон 23. При выходе подвижного контакта 17 (фиг. 7) из розеточного втычного контакта 24 между ними возникает дуга 25. Взаимоде.йствие тока дуги с радиальной составляющей магнитного поля В, созданного постоянными встречновклюЧеннЕлми магнитами 26, вызывает появленив силы F, которая заставляет дугу быстро перемещатьс-я по поверхностям 27 контактных узлов 11 и 12. При этом обеспечивается интенсивный тёплоотвод Ьт дуги и, следовательно, соответствукхций дугогасительный эффек т. Таким образом, в предлагаемой конструкции в отличие от прототипа постоянные магниты 26, укрепленные неподвижно., при включениях аппарата не воспринимают ударные нагрузки. Подвижные контакты 17 самозачищаются при вхождении во втычные розеточные контакты: пылевидные фториды металлов очищаются с контактных поверхностей, для них не опасны пылевидные ториды металлов, возникающие при горении дуги 25 на металлических электродах. Кроме того, втычные контакты обеспечивают более высок)/ю электроинамическую устойчивость. Гфи напряжениях 6-10 кВ во многих случаях достаточно давление .газа во внутренней полости аппарата, равное атмосферному. Однако, чтобы не проис ходило засасьшания атмосферного влажного воздуха при низких температурах целесообразно принимать рабочее давление несколько превышающее атмосферное. При малом избыточном . давлении утечки элегаза незначитель Высоковольтный коммутационный ап;парат с д-вумя междуконтактными проме жутками на фазу (фиг. в) так же имеет трехфазное исполнение, -В герметич ной оболочке 28с крышкой. 29 во всех трех фазах имеются контактные узлы 30.1, 30.2, 31.1, 31,2, причем узлы 30.1 и 31.1 укреплены на токопроводах 32; и 33, а узлы 30.2 и 31.2 укреплены на приливах крышки. Эти приливы составляют единое целое с крышкой. Токопроводы 32 и 33 проходят через крышку и окончиваются втычными контактами 34 и 35. Подвижные контак ты 36.1 и 36.2 имеют общую отключающую пружину 37. .. . Механизм управления такой же, как и в конструкции, изображенной на фиг.. 5, но в данном случае механизм воздействует сразу на два подвижные контакта 36.1 и 36.2. Таким образом, при отключении возникает дуга сразу в двух междуконтактных промежутках, и позтому процесс образования злектрической прючности происходит в два раза быстрее, чем в аппарате с одним междуконтактным промежутком на фазу. Благодаря существенному повышеник) отключающей и включающей способности и надежности аппарата существенно расширя-тся область применения предлагаемых высоков-рльтных коммутационных аппаратов. Они могут быть использованы не только в. энергетике, но и .на транспорте, установлены на шагающих экскаваторах, в КРУ. Малые габариты дают возможность сократить размеры ячеек КРУ. Предлагаемые высоковольтные коммутационные аппараты не создают перенапряжен.ий из-за среза тока . Поэтому они могут быть исгпользованы для управления и защиты вращающихся машин. В установках с частными срабатываниями коммутационных аппаратов применение газогенерирующих выключателей нагрузки исключено. Вакуумные выключатели нагрузки, имеющие весьма,большой коммутационный ресурс, дорогие. Кроме того для их применения в силовых цепях вращающихся машин необходим комплекс устройств , защищающих машины от перенапряжений, возникающих при срезе тока вакуумными аппаратами, что дополнительно удорожает установки;

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ С магнитным гашением . дуги, содержащий герметизированный ,от внешней среды .корпус, заполненный элегазом, в котором, расположены подвижные и неподвижные контакты, посто. янные магниты, отличающийс я тем, что, с целью повышения коммутационной способности и надежности., контакты выполнены втычными, постоянные магниты закреплены неподвижно, а расстояние меткду электродами выбрано таким, что при заданной электрической износоустойчивости контактной системы произведение VВт максимально, где: электрическая прочность, (В/СМ; . . . Вт - радиальная составляюV щая индукции магнитного поля, Т. 2.Аппарат по -п. 1, о т л и ю щ и и с я тем, что контакты выполнены самозачшцаквдимися.

KB И

пр

SOlt

Ш

3DD2SO

20

$0 фиг.2

89 10 2В 30 № : fff Sff J 7ff

Г/16н

т- 1о{

1Ю60

20

воWH

10

23

2У

Л

Ж1