Электрический выключатель Советский патент 1984 года по МПК H01H33/68 

оо

О5

со

О5 Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к высоковольтным электрическим выключателям, используемым для коммутации электрических сетей высокого напряжения. Известны выключатели, у которых дугогасящей и охлаждающей средой является трансформаторное масло. При работе этих выключателей зона замыкания контактов охлаждается маслом, которое омывает контакты и поглощает тепло за счет собственной теплоемкости 1. Однако охлаждение зоны замыкания контактов недостаточно эффективно, так как использование масла не позволяет в значительной степени устранить такие разрущи--тельные процессы в контактах, как эррозия и окисление. При отключении выключателя размыкание его контактов происходит в масле, однако вследствие высокой температуры дуги масло разлагается и дуговой разряд происходит в газовой среде. В результате поверхности контактов оказываются изолированными от охлаждающего их масла и теплоотвод осуществляется за счет теплообмена сред между поверхностью контактов и масла. Кроме того, корпус такого выключателя, представляющий собой металлический цилиндр, не является хорощим теплоизолятором. В этих выключателях используются дугогасительные камеры продольно-поперечного дутья, состоящие из пакета изоляционных пластин, в которых скорость охлаждения зоны контактов недостаточно высока, так как хладагент, в качестве которого используется масло, движется вначале в горизонтальном направлении, а затем, резко меняя направление, в вертикальном направИзвестны- также выключатели с использованием в качестве охлаждающей и дугогасящей среды сжиженных газов вместо масла, например щестифтористой среды, обладающей более высокими электрической прочностью, сжижаемостью и дугогасящими свойствами 2. Недостаток таких выключателей - необходимость специального оборудования для закачки газа под очень высоким давлением и применения достаточно герметичных уплотнений для избежания утечки газа. Кроме того, этот газ не является особо эффективным средством охлаждения, так как способствует уменьшению длительности горения дуги в незначительной степени, но не исключает нагрева поверхности контактов, особенно в условиях интенсивной эксплуатации выключателя. Наиболее близким к изобретению является выключатель, содержащий корпус, дугогасительную камеру с жидким диэлектриком, привод, связанный с подвижным контактом, неподвижный контакт, закрепленный в днище корпуса и расположенный внутри дугогасительной камеры 3. Однако для известного выключателя характерна недостаточная эффективность охлаждения зоны замыкания контактов в тот период времени, когда они замкнуты и по ним проходит электрический ток, так как охлаждение зоны замыкания контактов осуществляется только в момент гащения электрической дуги. При этом значительно сопротивление току в зоне замыкания контактов, вследствие того, что контактируемые поверхности являются источником образования, тепла, которое способствует появлению окисных пленок на контактируемых поверхностях, увеличивая сопротивление контактов. Кроме того, под воздействием разности потенциалов нагретые частицы металла подвергаются эррозии и общая плотность контакта электродов уменьщается, что ведет к снижению надежности работы выключателя, Эффективность -дугогашения недостаточна, так как для гашения дуги в данном выключателе используется только, продольное дутье в одном направлении, в результате чего уменьщается длина и поверхность дуги, менее интенсивно происходит диффузия ионов из дуги в окружающую среду, происходит дуговая эрроз,ня контактов. Целью изобретения является повыщение надежности и долговечности выключателя в работе и улучшение отвода отработанного жидкого ,{1иэлектрика. Поставленная цель достигается тем, что в электрическом выключателе, содержащем корпус, дугогасительную камеру с жидким диэлектриком, привод, связанный с подвижным контактом, неподвижный контакт, закрепленный в днище корпуса и расположенный внутри дугогасительной камеры, корпус выполнен в виде двух цилиндров, расположенных один в другом с межстенной вакуумной изоляцией, а в качестве жидкого диэлектрика взята криогенная жидкость, причем подвод и отвод ее осуществляется через верхнюю крышку корпуса. При этом дугогасительная камера выполнена в виде цилиндра, набранного из дисков, выполненных из изоляционного материала, внутренней своей частью обхватывающего неподвижный контакт с расположенными в нем радиальными каналами, идущими от зоны контактов к периферии камеры и направленными под углом по отношению к основанию. На чертеже изображен электрический выключатель, общий вид. Электрический выключатель имеет корпус 1, выполненный в виде двух цилиндров, крыщку 2 с изолятором 3 и отверстием 4 для подвижного контакта 5, дугогасительную камеру 6 с радиальнымн каналами 7, неподвижный контакт 8, устройство 9, подающее криогенную жидкость 10 в рабочую камеру 11 и предохранительный клапан 12. В крышке выключателя предусматривается отверстие 13 для предохранительного клапана и отверстие 14 для регулирующего устройства 15. Готовый к работе выключатель заполняется криогенной жидкостью и термостатируется в течение получаса. В рабочем пространстве достигается температура, близкая к - 196°С. При прохождении электрического тока через больщое электрическое сопротивление контактов в зоне контактов начинает выделяться тепло. Окружающая контакты криогенная жидкость поглощает тепло, переходя из жидкостной фазы в газообразную, и отводится под крыщку выключателя. В результате непрерывного кипения газообразный аргон накапливается под крышкой выключателя и создает избыточное давление в допустимых пределах (до 5 ати). На это давление настраивается регулирующее устройство, которое держит его постоянным на протяжении всего времени работы выключателя. В случае аварийной ситуации (короткое замыкание или внезапное отключение) срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает давление до нуля. В охлаждаемой зоне отсутствуют окислитеЛьные процессы, так как аргон является тыжелым инертным газом. Криогенная жидкость заполняет резервуар выключателя на 2/3 объема и имеет температуру кипения значительно ниже 0°С (например, жидкий азот имеет температуру кипения - 196°С). Термостатирование зоны замыкания контактов способствует снижению электрического сопротивления в 14 раз и увеличению плотности тока в 10 раз, что дает значительную экономию при эксплуатации высоковольтного выключателя и существенно увеличивает надежность и долговечность выключателя в работе: увеличивается пропускная способность контактов, улучщаются диэлектрические свойства выключателя, так как криогенная жидкость обладает высокими диэлектрическими свойствами, сокращаются электрические потери на преодоление сопротивления контактов. В результате кипения криогенной жидкости температура в зоне замыкания контактов понижается до температуры кипения криогенной жидкости. Следовательно, тепло, выделяемое в контактах, отводится кипящей криогенной жидкостью. Охлажденкая поверхность контактов не подвергается эррозии металла, так как не достигает критической температуры, при которой начинается эррозия. Эррозия металла с поверхности контактов ведет к ухудщению механической прочности контактов, повыщению контактной температуры и, как следствие, снижению надежности и сокращению срока службы выключателя. Применение криогенной жидкости позволяет улучщить механические свойства выключателя, что способствует повышению его надежности и срока службы. Использование криогенной жидкости также эффективно при гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов. Дугогащение происходит за счет высоких скоростей газа, образовавщегося в результате быстрого выкипания криогенной жидкости. Время гашения дуги значительно сокращается, так как газ обладает высокими диэлектрическими свойствами и большой -силой воздействия. Тепло, выделяемое в результате горения дуги, превращает больщое количество криогенной жидкости в газообразное состояние. Газ с большой ско ростью устремляется по каналам дугогасительной камеры, разрывая дугу и заполняя пространство между контактами. Процесс гащения дуги при этом комплексный и состоит из процесса термостатирования и процесса уничтожения дуги высокоскоростным потоком газа. Дугогасительная камера выключателя выполняется из дисков, которые сделаны из изоляционного материала: Внутри дугогасительной камеры расположены контакты выключателя. В дугогасительной камере выполнены радиальные каналы, которые идут от зоны контактов к периферии камеры и направлены под определенными углами по отношению к основанию. расположение каналов позволяет достичь более высоких скоростей охлаждения зоны замыкания контактов и обеспечить более эффективный отвод отработанного жидкого диэлектрика. Корпус выключателя выполняется из нержавеющий стали (может быть использован любой металл, способный сохранять свои свойства при низких температурах, например, алюминий, медь и др) Х18Н9Т и представляет собой коаксиальную конструкцию, т. е. цилиндр в цилиндре. Пространство между стенками вакуумируется или заполняется углекислым газом. При заполнении выключателя криогенной жидкостью углекислый газ в межстенном пространстве переходит в твердую фазу (температура кристаллизации углекислого газа - 80°С) и в пространстве между стенками создается вакуум, являющийся хорощим теплоизолятором. Таким образом, обеспечивается надежность и долговечность выключателя в работе, так как предотвращается мгновенное вскипание криогенной жидкости.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, дугогасительную камеру с жидким диэлектриком, привод, связанный с подвижным контактом, неподвижный контакт, закрепленный в днище корпуса и расположенный внутри дугогасительной камеры, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и долговечности в работе, его корпус выполнен в виде двух расположенных один в другом цилиндров с межстенной вакуумной изоляцией, а в качестве жидкого диэлектрика взята криогенная жидкость, причем подвод и отвод криогенной жидкости осуществляется через верхнюю крыщку корпуса. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучщения отвода отработанного жидкого диэлектрика, дугогасительная камера выполнена в виде цилиндра, набранного из дискбв, выполненных из изоляционного материала, внутренней своей частью обхватывающего неподвижный i контакт с расположенными в нем радиальными каналами, идущими от зоны контак тов, к периферии камеры и направленными под углом по отношению к основанию. CZ