Вакуумный выключатель высокого напряжения и способ его эксплуатации Советский патент 1983 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению, более конкретно к вакуумным выключателям - высокого напряжения, содержащим несколько последовательно соединенных вакуумных дугогасительных камер (в дальнейшем камеру, Известны вакуумные выключатели напряжение 110 кВ и выше, содержащ несколько последовательно соединен ных камер, каждая из которых имеет изоляционный корпус, подвижный-и не подвижный контакты и систему управ ления подвижными контактами Cll. Подвижный контакт соединен с кор пусом камеры через металлический сильфон, обеспечивающий с одной сто роны подвижность контакта, с другой сохранение вакуума в камере. Циклическая прочность сильфона, т.е. число циклов нагружений, выдерживае 1«их им до разрушения, определяется величиной деформации сильфона при работе, т.е. величиной его рабо чего хода. Рабочийход сильфона , равен ходу подвижного контакта камеры, а величины ходов подвижных ко тактов камер в многоразрывных вакуумных выключателях по условию обеспечения необходимой электрической прочности составляют 15-60 мк. Для каждого типа сильфона при его номинальном рабочем ходе имеет место определенное число циклов, кй торое сильфон выдерживает без разрушения (гарантированный механический ресурс), При этом зависимость между ходом и ресурсом такова, что относительно небольшое увеличение хода против номинального ведет к резксяну снижению гарантированного ресурса сильфона, и наоборот,, относительно небольшое уменьшение хода обеспечивает резкое возрастание гарантированного ресурса. При указанных значениях рабочих кодов силь фонов механические напряжения, воз ника юсцие в сильфонах, близки к предельно допустимым и гарантированный механический ресурс сильфонов камер, как правило, не превьииает 20 тыс, циклов Включено-Отключено (в-О). Срок службы и надежность сильфона определяют срок службы и надежность вакуумной камеры, а зн чит и всего выключателя в целом, В то же время для целого ряда потребителей, таких как электротермические установки, гидроэлектростгшции, работающие в режиме остропиковых нагрузок и др., определяющим параметром выключателя явл ется его механический ресурс, который должен достигать 60-100 тыс, В-О. Известным путем обеспечения необ ходимого ресурса выключателя являет ся замена в процессе эксплуатации камер, выработавших гарантированный механический ресурс, новыми. Однако отсутствие возможности регулировки хода подвижного контакта каждой камеры этих выключателей удлинение изоляционных тяг системы управления, имеющее место под воздействием сил отключающих пружин, отклонения размеров камер и отдельных их элементов в пределах допусков и другие факторы приводят к тому, что ход подвижного контакта отличается от расчетного, причем эти от- . клонения могут быть значительной величины. В то же время даже относительно небольшое увеличение хода подвижного контакта приводит к существенному снижению механического ресурса сильфона, а следовательно, и камеры. Таким образом, реальный ресурс выключателя может быть значителбно меньше расчетного, определенного по номинальной величине хода подвижных контактов камер. Наиболее близким к предлагаемому является вакуумный выключатель высокого напряжения с последовательно соединенными дугогасительными камерами с неравнся ерно распределенным по Н1Ш напряжением, содержащий траверсы подвижных контактов, тягу управления и регулируемые упо|ш траверс 2. В этом выключателе система управления подвижньми контактами включает индивидуальные для каждой камеры регулируемые ограничители хода траверс, а следовательно, и контактов камер, выполненные в виде демпферов-упоров. Изменением положения демпферов при регулировке выключа.теля г в том числе и после камер, выработавших ресурс обеспечивается ход подвижных контактов с необходимой точностью что позволяет повысить надежность работы камер и увеличить их механический ресурс по сравнению с выключателем (1), Вследствие этого реальный механический ресурс выключателя определяется расчетным ресурсом камеры. Однако в известном выключателе через каждый 20 тыс, циклов необходимо заменять весь комплект камер выключателя, если требуемый ресурс выключателя больше ресурса камер и равен, например 60 тыс циклов, В этсмл случае затраты для обеспечения требуемого ресурса выключателя очень велики, Цель изобретения - обеспечение овышенного ресурса выключателя ри уменьшений затрат. Цель достигается тем, что в вауумном выключателе с последовательо соединенными дугогасительными камерами с неравномерно распределенны по ним напряжением, содержащем траверсы подвижных контактов, тягу управления и регулируемые упоры траверс, траверса по крайней мере одн камеры жестко соединена с тягой, а траверсы остальных.камер установлен на тяге с возможностью поступательн го перемещения вдоль нее ограниченного по величине регулируемыми упорами таким образом, что ход траверс контактов этих камер мен-ьше хода тя ги, при этом отношение хода траверсы по крайней мере одной из этих ка мер к ходу тяги прямо пропорциональ но соотношению напряжений, приходящихся на указанную кгцчеру и одну из камер, траверса которой жестко соединена с ТЯГОЙ. Жестк€)е соединение траверсы каме ры с тягой обеспечивает подвижному контакту этой камеры ход, равный ходу тяги, при этом ресурс этой камеры равен расчетному, предельно допустимому ресурсу камеры при номинальном ходе .контакта. , У остальных камер ход подвижных контактов установлен в той или иной степени меньше хода тяги, а следова тельно, меньше хода контакта вьваеупомянутой камеры, что осуществиМО благодаря тому, что траверсы эти камер выполнены с возможностью поступательного перемещения вдоль тяги. При этом величины ходов траверс ограничены регулируемыми упорами. Вследствие уменьшения хода контакта ресурс каждой из этих камер больше ресурса камеры, траверса которой жестко соединена с тягой и имеет наибольший ход.Возможность уменьшения хода подвижных контактов камер объясняется следующим. В любом многоразрывном выключателе с числом камер N f в том числе, и в вакуумном, напряжение U по отмельным разрывсъм (камерам) распределяет ся неравномерно в силу различия ёмкости каждого разрыва на землю. Даже в случае принудительного распре деления напряжения по разрывам с помсяцью делителя напряжения добиться абсолютной равномерности распределения напряжения невозможно. Известна также зaвиcи жэcть электрической прочности межконтактного про межутка от величины хода подвижного контакта камеры для данного типа камер, которая, как правило, прямо Пропорциональная, В известных выкдвочателях ход подвижных кбнтактов всех камер одинаков и выбран в соответствии с этой.зависимостью по той камере, на которую приходится наибольшее напряжение. В данном выключателе величина хода контакта по крайней мере одной из камер, на которую приходится наибольшее напряжение, т.е. напряжение , выбрана в соответствии с зависимостью электрической прочности межконтактного промежутка от хода подвижного контакта, т.е. также, как в известных выключателях. Траверса указанной камеры жестко соединена с тягой, значит ход тяги равен ходу контакта камеры, на которую приходится наибольшее напряжение. Величины ходов контактов камер, на кссждую из которых приходится напряжение меньшее чемО/М установлены меньше хода тяги, т.е. хода контакта камеры, на которую приходится наибольшее напряжение, благодаря тому, что траверсы этих камер выполнены с возможностью поступательного переь(щения вдоль тяги. Причем по крайней мере у одной из указанных камер величина хода контакта выбрана также по известной зависимости. Таким образом, отношение хода контакта этой камеры к ходу тяги прямо пропорционально соотношению напряжений, приходящихся на указанную камеру и камеру, на которую приходится наибольшее напряжение. Величины ходов контактов всех камер могут быть выбраны по .известной зависимости электрической прочности межконтактного промежутка от величины хода подвижного контакта камеры, однако вследствие разницы в величинах кодов контактов, ресурсы всех камер также разные, поэтому различны и интервалы времени{количество циклов) между переборками выключателя с целью згимены камер, что существенно усложняет учет выработки ресурсов камер, т.е. эксплуатацию выкдночателя. Таким образом, наиболее целесообразно устанавливать по известной зависимости величину хода контакта только ОДНОЙ камеры из группы камер, на каждую из которых приходится напряжение меньшее U/Kt,a именно на той камере, на которую приходится максимальное напряжение, при этом величины ходов контактов остальных камер этой группы устанавливаются .равными ходу контакта указанной камеры. Уменьшение хода контактов камер обеспечивает резкое возрастание ресурса этих камер до 30-60 тыс. циклов.Следовательно, в данном выключателе через 20 тыс. циклов необходимо заменять лишь камеры с наибольшим ходом, а камеры с уменьшеннь04 ходом заменяются через большее число циклов (например, через 30тыс. циклов), либо могут не заменяться вообще (камеры с ресурсом 60 тыс. циклов за весь срок службы выклю чателя. Таким образом, обеспечивается повьниенный ресурс выключателя при уменьшенных затратах на дополнительные камеры вследствие уменьше ния их количества. Известен способ эксплуатации в куумного выключателя с последовательно С9едине нными вакуумными ду гогасительными камерами, .имеющим разный ход траверс подвижных контактов, включающий зс1мену камер, выработавших определенное число циклов З. Однако применительно , вакуумному выключателю с имеющими разный ход подвижных ко тактов известный способ эксплуата предусматривает последовательную замену камер одной за другой в пр цессе эксплуатации по мере вырабо кг1жпой из них собстбеияого меха- нического ресурса. Вследствие различия величин ресурсов камер различны и интерва ш .времени между переборками выклочателя для замены камер, что существенно усложняет эксплуатацию в ключателя. Цель изобретения - сокраа ение расходов иупрощение эксплуатации выключателя с камерами иьюю1да1ми разный ход подвихрых контактов. Цель достигается тем, что согла но способу эксплуатации аакуумноги вык вочателя высокого напряжения с последовательно соединенньом вакуя шыми дугогасительными камерами до очередной, замены камер, после выработки в(кл очателем числа цикло равного Ы , производят взаимную перестановку по крайней мере двух камер, имекяцнх разные величины хо дов траверс, затем регулируют ход траверсы каждой из них так, чгобы он был равен ходу траверсы камеры которая эксплуатировалась на этом месте до перестановки и осу{4ествля ют дальнеШоую эксплуатацию выключателя до выработки каяздой из камер числа циклов равного Nn после чего заменяют каждую камеру на новую, прн этом N определяют из соотношения Нf - i kl где N: - механический ресурс i - количество последователь но соединенных . С целью дальнейшего упрощення эксплуатации через каждые Н циклов производят перестановку всех камер в следующем порядке: камеру, стоящую первой в ряду последовательно соединенных камер, переставляют на место второй, вторую на место третьей и т.До, предпоследнюю на место последней, а последнюю каме- ру на место первой. Допустим, в исходном состоянии рассматриваемая камера установлена на i -ом месте с соответствующим ему ходом подвижного контакта, при котором ресурс камере составляет N .После того, как выкгаочатель отработает какое-то количество циклов, равное Ы , где .f, остаток кюханнческого ресурса составит 1 -NJN.J . Камеру демонтируют с i-ого места н устанавливают на любое другое с иным по величине ходом подвижного контакта, например на i +1 место. Камеру с « +1 места в свою очередь устанавливают на i место, после чего ход контакта каждой камеры на новом месте устанавливают равньм ходу контакта замененной камеры. После этой пе|рестановки выключатель эксплуатир пот еще N цикле, -и тогда остаток ресурса рассматриваемой составит При послеловательной перестановке рассматриваемой через каждый N циклов на все места от 1-го до V) -го с соответствующей регули ровкой значения хода подвижного контакта на новом месте, поиностыа вьфабатывается весь механический ресурс данной камеры: JSL Л Ц Л. м. N м. -V - . -Ji- -1 N ... N «, где ц HI , отсюда 1 i -N. t 1 Таким оОразом, К - количество механических циклов, которое должна отработать каждая камера на каждом месте с соответствующим значением хода подвижного контакта 1 есурс выключателя ним комплектом камер составляет при этом Следовательно, посредством предлагаемого способа достигается равенство интервалов времени междУ переборками выключателя, что значиельно упрощает его эксплуатацшс. Отношение механического ресурса i -ой камеры к ресурсу выключатея . в общем случае не явяется цельм числом, кроме того/ у тдельных камер ресурс может даже

превышать ресурс выключателя, т.е. N lNebiKK I поэтому при эксплуата-. ции выключателя известным способом некоторые камеры вырабатывают свой ресурс не полностью к моменту выработки ресурса выключателя. Недоиспользование ресурса камер в этих случаях приводит фактически к увеличению числа заменяемых камер/ т.е к увеличению расходов на эксплуатацию выключателя. При эксплуатации выключателя по предлагаемому способу все камеры внключателя вы.рабатывают свой ресурс полностью и одновременно, а значит, расходы на эксплуатацию выключателя укюньшаются. .

При одновременной перестановке камер в следующем порядке: камеру,стощую первой в ряду последовательно с«эе ди 1енных камер, переставляют на мёЪто второй, вторую на место третьей и т.д., предпоследнюю на место последней, а последнюю камеру на место первой - исключается учет , индивидуального ресурса каждой камеры, что приводит к дальнейшему упрощению эксплуатации выключателя. ..... . ;

На фиг. 1 показан полюс вакуумного выкхвочателя на 110 кВ в отключенном положении, разрез; на фиг.2 узел 1, на фиг. 1; на фиг. 3 - узел П полюса выключателя на фиг. 1.

Полюс выключателя имеет четыре последовательно соединенные вакуумные дугогасительные камеры 1 - 4 с сильфонсшш 5 и подвижньви1И контактами б. Приводной механизм 7 посредствсм тяги 8 и двух тяг 9 с втулкам 10 соединен с траверсгкми 11, причем траверса камеры 1 жестко соединена ТЯ37ОЙ посредством гайки 12, а Tpiaверс%1 камер 2-4 установлены на тяге с зазором, который обеспечивает возможность независимого перемещения траверс вдоль тяги. Траверсы 11 под действием отключающих пружин 13 прижаты к { гулируемым упорам 14, которые ограничивают поступательное перемещение траверс. -При этом Ход контактов расстояние между подвижньм контактом б и неподвижным кс нтажтом 15) равен ходу траверсы и составляет в камерах. 1 - 4 ссютветственно Ui, Hi, fiij, Ьднаружная изоляция полоса обеспечивается изоляторами 16 и 17, которые являются также и несущими элементами конструкции.

1соды Ь , 111 ii-, Ь выбраны в соответствии с напряжением, приходшцимся на каждую из камер (определенным экспериментальным путем) -.

Максимальная величина напряжения, которая приходится на камеру 1, несколько мень&е величины напряжени на камерах 2 и 4, а минимaльv нее напряжение - на камере 3. Соответственно выбрано соотношение ходов контактов Vi , ii2. , tr, , i Между втулками 10 и траверсами 11 камер 2-4 имеются зазоры, равные для кг1ждой камеры разнице-хода тяги и хода контакта соответствующей камеры.

Выключатель работает следующим

0 образом.

Включение производится приводом не показан ), который через привод- . ной механизм 7 и тягу 8 передает движения тягам управления 9. Тяги

5 9 посредством втулок 10 воздействуют на-траверсы 11. Траверса камеры 1 наначинает перемещаться первой, за;тем приходят в движение траверсы камер 2 и 4 после перемещения тяг

на величину, равную fy - - 4 и, наконец, последней проходит в движение траверса камеры 3 после прохождения тягами пути равного t) bib При этом заг-ыкание контак5 тов всех камер происходит одновременно, так как в Момент начала движения траверсы последней камеры межконтактные промежутки во всех камерах одинаковы.

rt При отключении тяги 9 траверсы 11 перемещаются независимо друг от друга, и величина хода контакта каждой камеры определяется положением регулируе1«ьпс упоров 14, которые отрегулироианы таким образом, что

величины ходов контактов разные.

Использование устройства позволяет значительно сократить расходы На эксплуатацию многоразрядных вы0 ключателей высокого напряжения на 110 КБ и выше с повышенным коммутационным ресурсом. Например, в вакуумном выключателе на напряжение 110 кВ типа ьВК-110 имеет место

5 следующее распределение напряжения по 4 камерам его полюса, в процентном соотношении: 30:25:20:25. Для камер типа КДВ-35, использованных в выключателе, гарантированный механическйй ресурс равен 20 тыс. циклов В-О при ходе подвижного контакта 15 NW. Исходя из указанного соотношения напряжений ход подвижного контакта первой кгмеры принят рав18:01 15 мм, ход подвижных контактов

5 второй и четвертой камер может быть выполнен равньш 12,5 мм, третьей 10 мм.

Уменьшение хода контакта до 12,5 мм увеличивает ее гаран0 тированный механический ресурс до 36 тыс. циклов, а при ходе 10 км камера имеет ресурс 72 тыс. Таким обраэсял, первая камера заменяется после обработки 20 тыс.. циклов; вто5 рая и четвертая после 36 тыс, а

третья не згиленяется вообще требуемся4 неханическом ресурсе выклю чателя 60 тыс циклов.

При эксплуатации этого выключателя известным способом через 20 тыс {щклов веобходикю заменить первую камеру, еще через 16 тыс. три други и, наконец, ея через 4 тыс .опять первую камеру. Таким образом, переборки выключателя для замены камер производятся через разные интервалы по количеству циклов, а это значительно усложняет эксплуатацию выключателя. Кроме того, ресурс тре камер с ходом контакта 12,5 мм к моменту выработки ресурса выключателя (60 тыс. циклов) будет недоиспользован на 12 тыс. циклов ( ресурс каждой из этих камер равен 36 тыс. циклов, а с заменой - 72 тыс циклов).

В целом для обеспечения ресурса BfaaftaoftatenH на 60 тыс. циклов потребуется 15 дополнительных , так как для этого необходимо дважды заменить первую KaNepy с ресурсом 20 тыс. циклов и по ORttot разу каждую из трех остсшьных с ресурсом 36 тыс. 1ЩКЛОВ, причем во всех трех полюсах выключателя. При эксплуатации выключателя по предло женному способу через .одинаковые по количеству циклов интервалы, равные

1

7500

ЗГ Г . I , 1

2flobU 36000 TgMo Збооб

производят переборку выключателя и перестановку камер: после выработки выключателем первых 7500 циклов производят перестановку первой камеры с ходом контакта 15 мм и одной из трех других с ходом контакта 12,5 мм, например второй. После перестановки регулируют ход контакта каяшой переставленной камеры: у первой, которая имела ход 15 мм устанавливсиот ход 12,5 IVM и, наоборот у камеры, имевшей ход 12,5 лм, устанавливают ход контакта равнчйм 15 мм. Затем эксплуатируют -выключатель до выработки им следующих 7500 циклов и производят вторую nepe6oiiKy, во время которой меняют местами первую и следующую из камер с ходом 12,5 М1л например третью, регулируют ход контактов переставленных камер: у первой изменяют ход с 15 до 12,5 мл, а у третьей с 12,5 до 15 мм и снова эксплуатируют выключатель до выработки следунхцих 7500 циклов. После этого производят третью и последнюю переборку для перестановки камер, во время которой меняют местами и регулируют ход контактов первой и четвертой камер н эксплуатируют выключатель еще 7500 циклов, после чего

общая наработка выключателя по механическому ресурсу составит Ч , 7500 X 4 3 О О 00 циклов, а все его камеры полностью вьзработают ресурс. Далее камери с выработайным 5 ресурсом заменяют на новые и продолжают эксплуатировать выключатель по предложенному способу, переставляя каме1%1 и регулируя ход их контактов через 7500 циклов до выработки выp ключателем следующих 30 тыс. циклов. В целст ресурс выключателя с однократной заменой всех камер составит 60 тыс. циклов, т.е. для Обеспечения такого ресурса потребуется 12 S дополнительных камер.

Таким образом, эконсяиия камер при эксплуатации выключателя по предложенному способу составляет 15-12 3 шт. на один выключатель. 0 Для выключателя, у которого траверсы всех или большинства камер имеют разные величины ходов и учет ресурса каждой камеры затруднен, наиболее предпочтителен способ экс5 плуатации, предусматривающий последовательную перестановку всех камер через каящые N циклов в следующелГ порядке: первую камеру переставляют ни место второй, вторую на место третьей, третью на место четвертой, четвертую на место первой.

Например, в одном из вариантов выключателя ВВК-110 величины ходов контактов камер от 1-ой до 4-ой составляют соответственно 15,0; 5 13,0, 10,0 12,5 мм и ресурсы этих

камер равны: 20 тыс., 30 тыс,, 72 тыс, и 36 тыс. циклов.

Эксплуатация этого выключателя значительно упрощается при последо0 вательной перестановке всех камер через каждый N циклов, равное

- 18000 циклов

42000О iOOOO IlOOO ЗЬООО

После выработки выключателем первых 8 тыс. циклов переставляют первую камеру на место второй, вторую на место третьей, третью на место четвертой, четвертую на место первой. После перестановки соответственно регулируют ход кс«такта

каждой переставленной камеры: у

первой, которая имела ход 15 мм устанавливгиот ход13 мм, у второй, имевшей ход 13 мм устанавливают ход 10 мм,у третьей 12,5мм вместо 10 мм и,

наконец, у четвертой 15 мл вместо 12,5 мм. Затем эксплуатируют выключатель до выработки им следующих 8 тыс. циклов и производят вторую переборку с перестанов ой и регулировкой ходов контактов всех камер в той же последовательности, что и во время первой, а еще через 8 тыс,циклов - третью и последнюю аналогичную перестановку и регулировку камер. Общая наработка выключателя по механическому ресурсу составит Н.У1 8000 4 32000 циклов и все его камеры полностью выработают весь ресурс. Далее камеры с выработанным ресурсом эгиленяют на новые и продолжают эксплуатировать выключатель по, предложен ному способу, переставляя все камеры и регулируя ход их Контактор чет рез каждые 8 тыс. циклов до выработки выключателем следующих 32 тыс циклов, В целом ресурс выключатели однократной заменой всех камер соСтавит 72 тыс, циклов, Следовательно, эксплуатация выключателя при этом упрощается за счет исключения учета индивидуального ресурса каждои камеры, а суммарный ресурс выключателя увеличивается. Экономия камер для эксплуатации выключателя по предложенному спосрбу составляет 15-12 3 шт. на один выключатель. Таким образом, данный способ эксплуатации вакуумнЕлх выключателей, заявляемой конструкции с камерами , имеющими разный ход подвижных контактов, имеет ряд преимуществ перед известными, а именно увеличивается ресурс выключателя с применением одного комплекса камер, обеспечивается стабильная . ритмичность работы, потребителя за счет того, что количество циклов между переборками выключателя одинаково, исключаетря необходимость учета индивидуального ресурса каждой камеры, что значительно упрощает эксплуатацию выключателя, обеспечивается сокрсццение эксплуатационных расходов. Так, например на каждом выключателе на 110 кВ с требуемым ресурсом 60 тс. циклов экономится 3 вакуукфых камеры.

Af

i npiMy

11

n.2

1

10

фиг.З

1. Вакуумный выключатель высокого напряжения с -последовательно соединенными дугогасительными камерами с неравномерно распределенньм по ним напряжением, содержащий траверсы подвижных контактов, тягу управления и регулируемые упоры траверс,, отличающийся тем, что, с целью обеспечения повышенного ресурса при уменьшении затрат, траверса, по крайней мере одной камеры жестко соединена с тягой, а траверсы остальных камер установлены на тяге с возможностью поступительного перемещения вдоль нее, ограниченного по,величине регулируемыми упорами таким образом, что ход траверс этих камер меньше хода тяги, при этом отнсяиение хода траверс по крс1йней мере одной из этих камер к оцу тяги прямо пропорционально соотношению напряжений, приходящихся на указанную камеру и одну из камер, Траверса которой жестко соединена с тягой. 2.Способ эксплуатации вакуумного выключателя высокого напряжения с последовательно соединенными вакуумнъала дугогасительными камерами, имеюvinvai разный ход траверс подвижных контактов, включающий зс1мену камер, выработавших определенное число циклов, отличающийся тем, что, с целью сокращения расходов и упрощения эксплуатации, до очередной замены камер, после выработки выключателем числа циклов равного VI, производят взаимную перестановку по крайней мере двух камер, имеющих разные величины ходов траверс, затем 1 (Л регулируют ход траверсы каждой из них так, чтобы он был равен ходу траверсы камеры, которая эксплуатл- , ровалась на этом месте до перестановки и осуществляют дальнейшую эксплу- 2 ,атацию выключателя до выработки-каж,дой из камер числа циклов, равного N-VI , после чего производят замену каждой камеры на новую, при этом N определяют из соотношения Н-- т-5, т i il . 1 где N; - механический ресурс -i камеры; и - количество последовательно сое;и1ненных камер. 3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что, с целью дальнейшего упрощения эксплуатации, через каждые N циклов производят перестановку всех камер в следующем порядке: камеру, стоящую первой в ряду последовательно соединенных камер,, переставляют на место второй, вторую на место третьей и т.д., предпоследнюю на место последней, а последшою камеру на место первой.