Высоковольтный коммутационный аппарат Советский патент 1991 года по МПК H01H33/74 

фиг. 6 - зависимость-радиальной составля- (ющей индукции магнитного поля Врт от расстояния между ппоскостями постоянных магнитов SM (кривая А - зависимость радиальной составляющей индукции магнитного поля Врт от расстояния между плоскостями постоянных магнитов 5м при 5м 30 мм; кривая В - при 5м 50 мм; кривая С - при SM 70 мм; кривая D - при SM 100 мм; кривая Е - зависимость радиальной составляющей индукции Вр от радиуса постоянных магнитов); на фиг. 7 - зависимости произведения В S от радиуса закругления электрода С; на фиг. 8 - переходный удлинительный элемент.

Высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги в элегазе имеет пофазное исполнение. Его дугогасм- тельное устройство (фиг.1), содержащее как минимум три дугогасительных промежутка в фазе, может быть использовано в аппаратах на 35 кВ при атмосферном давлении элегаза и в аппаратах на 110 и 220 кВ при более высоком давлении и числе промежутков более трех.

Высоковольтный коммутационный аппарат представляет собой полый опорный изолятор 1 с фланцами 2 и 3. На верхней стороне нижнего фланца 3 имеются два кольцевых сегмента 4 с перевернутыми Т-образными пазами (фиг, 1 и 2). Следует отметить, что Т-образные или тавровые пазы могут быть выполнены и непосредственно в нижнем фланце 3.

На двух стойках 5 базового монтажного узла с нижней стороны имеются уширения 6 по форме пазов, в которые при повороте монтажного узла входят уширения 6(фиг.1).

На стойках 5 установлено нижнее монтажное основание 7 с корпусом 8 нижнего дугогасительного электрода 9, на котором смонтированы шесть (или более) монтажных изоляционных стержней 10. Эти стержни выполняют, по крайней мере, три функции.

На правой стойке 5 базового монтажного узла имеются два прилива 11, в которые вмонтированы стойки 12 роликового контакта, содержащего стойки 12 (фиг.4), ролики 13 и подвижный контактный стержень 14, который может иметь трубчатое сечение.

Исключение первого недостатка.прису- щего прототипу, достигается рациональным размещением дугогасительных электродов, ось которых смещена в сторону от оси изолятора, и контактов - подвижный контакт- ный стержень 14 расположен а непосредственной близости от дугогасительных электродов. Благодаря этому можно использовать изолятор с небольшим

внутренним диаметром db и, следовательно, с небольшим разрывающим осевым усилием Р0 яб2ь(Р-1 105)/4, которое изоляционные монтажные стержни легко могут

скомпенсировать. Поэтому дорогой, механически прочный изолятор для предлагаемого аппарата не потребуется.

Первая функция изоляционных монтажных стержней 10 заключается в следующем.

0 На них с помощью распорных трубок 15 смонтированы поддерживающие пластины 16. На этих дугостойких изоляционных пластинах 16 смонтировано не менее двух промежуточных дугогасительных электродов 17

5 (фиг.5), которые составлены из двух частей 17а и 176. В кольцевом пазу между ними зажата поддерживающая пластина 16.

Во внутренней полости всех электродов содержатся постоянные магниты 18, защи0 щенные от прямого воздействия дуги дуго- стойкими изоляционными пластинами 19. Постоянные магниты установлены так, что в данном дугогасительном промежутке их одноименные полюса направлены встречно. В

5 результате такого включения магнитов возникает радиальное магнитное поле Вр.

На верхнем монтажном основании 20 (фиг.1) установлен корпус 21 верхнего дугогасительного электрода 22 и неподвижный

0 розеточный контакт 23. К верхней стороне верхнего монтажного основания 20- прикреплена гибкая токоведущая связь 24, второй конец прикреплен к верхнему фланцу 2. Вторая функция изоляционных монтаж5 ных стержней 10 заключается в следующем. Все элементы, расположенные между нижним 7 и верхним 20 монтажными основаниями примыкающими к ним деталям, с помощью изоляционных монтажных стерж0 ней 10 сочленены в модульный дугогаси- тельный блок, пригодный для установки в аппаратах на 35 и 110 кВ, В аппаратах на 220 кВ возможно потребуется установка третьего промежуточного дугогасительного

5 электрода 17. При дальнейшем увеличении числа промежуточных электродов следует учитывать все возрастающую неоднородность распределения напряжения по промежуткам.

0 Возможность расширения параметров высоковольтного коммутационного аппарата путем увеличения числа промежуточных электодов - дополнительное преимущество предлагаемого аппарата перед известным.

5Третья функция изоляционных монтаж

ных стержней 10 заключается в следующем. Верхнее монтажное основание 20 и фланец Ј стянуты между собой разгружающими шпильками 25. Стягивающее усилие на фланец 2 создается разгружающими пружинами 26, которые совместно с фланцем 2 в аварийной ситуации могут играть роль предохранительного клапана.

Усилие, создаваемое разгружающими пружинами 26, шпильками 25 и стержнями 10, передается на базовый монтажный узел (позиции 7, 5 и 6), в результате чего создается контактное нажатие в контактном переходе нижний фланец 3 - монтажный узел (позиции 6 и 5) и разгуржающее изолятор 1 осевое усилие.

Суммарное стягивающее усилие шпилек 25, а следовательно, и стержней 10 должно быть несколько больше осевого, разрывающего изолятор усилия:

Fp-jrdVP-l-IO5)/

где db - внутренний диаметр полого опорного изолятора 1;

(Р-МО5)- избыточное давление во внутренней полости изолятора.

Верхним герметизирующим элементом полого опорного изолятора является колпак 27.

Для того, чтобы предельно уменьшить силы трения при работе аппарата в его конструкции оставлен только один розеточный контакт 23 и предусмотрен роликовый контакт, состоящий из стержня 14, роликов 13 и стоек 12, ввернутыхв приливы 11 стойки 5 базового монтажного узла (фиг.1 и 3). В такой системе сила трения существует только во время перемещения стержня 14 в пределах розеточного контакта 23.

Указанная контактная система позволит существенно уменьшить требуемые мощность и работу привода.

Во включенном положении аппарата путь тока следующий: внешний контакт 28, фланец 2, гибкая связь 24, верхнее монтажное основание 20, розеточный контакт 23 подвижный стержень 14, ролики 13, стойки 12, приливы 11, стойка 5 базового монтажного узла, уширение 6, сегмент 4, нижний фланец 3 и, в случае отдельно стоящего выключателя нагрузки, подсоединяемый провод.

Если выключатель нагрузки скомбинирован с блоком предохранителей, то с фланца 3 ток поступает на короб, на котором смонтированы выключатель нагрузки и блок предохранителей.

Управление подвижным контактным стержнем 14 осуществляется следующим образом. К нижнему фланцу 3 герметично прикреплен карман 29 (этот карман может быть отлит заодно с фланцем 3). В кармане 29 размещены рычаг 30 и серьга 31, связанная со стержнем 14. Рычаг 30 укреплен на оси 32, которая через уплотнение выходит наружу. С внешней стороны кармана на оси 32 укреплен рычаг 33, связанный с приводом. При повороте (под действием привода) рычага 33 против часовой стрелки рычаг 30 также поворачивается про- 5 тив часовой стрелки. В результате этого контактный стержень 14 роликового контакта перемещается вверх до полного вхождения в неподвижный розеточный контакт 23. При повороте рычагов 33 и 30 по часовой стрелке

0 произойдет операция отключения.

На большей части хода контактного стержня 14 привод преодолевает только силу трения качения, весьма малую по величине.

5По мере перемещения контактного

стержня 14 вниз последовательно зажигаются дуги в дугогасительных промежутках. Когда контактный стержень 14 опустится в крайнее нижнее положение, дугогаситель0 ное устройство окажется полностью включенным в работу.

Для того, чтобы процесс зажигания дуг в дугогасительных промежутках не сопровождался опасными перенапряжениями,

5 контактный стержень 14 расположен в непосредственной близости от дугогасительных электродов. Чтобы обеспечить такое расположение подвижного контактного сте- рожня 14 относительно дугогасительных

0 электродов, неподвижный розеточный контакт 23 расположен за верхним дугогаси- тельным электродом и смещен в его сторону.

Процесс гашения дуги в аппарате сугу5 бо переходный процесс, в результате которого дуговой промежуток из проводящего состояния переходит в непроводящее. Интенсивность этого процесса зависит как от интенсивности отвода тепловой энергии от

0 дуги, так и величины электрической прочности холодного промежутка между электродами.

В устройствах с магнитным гашеним дуги интенсивность отвода тепповой энергии

5 от дуги пропорциональна скорости перемещения дуги, а последняя зависит от силы F, действующей на дугу и вызывающей ее перемещение Б неподвижном газе. Сила пропорциональна радиальной составляющей

0 индукции Вр магнитного поля (фиг.6).

Исследованиями установлено, что радиальная составляющая индукции Вр в промежутке между плоскостями магнитов изменяется как по радиусу, так и в зависи5 мости от расстояния между плоскостями постоянных магнитов (кривые A-D, фиг.6). Кривая Е показывает, что максимальное значение индукции Врт имеет место при расстоянии от оси магнитов, равном наружному радиусу постоянных магнитов. Дугу

надо заставить гореть в области максимума .индукции Врт, а для этого необходимо обеспечить, чтобы средний диаметр дугогаси- тельныхэлектодов(фиг, 5 и 6)0,5(с1м-с1ь)был примерно равен наружному диаметру постоянных магнитов, кроме того, значение индукции Врт падает при увеличении расстояния Sm между плоскостями встречно включенных постоянных магнитов. Для интенсификации отвода тепловой энергии от дуги следует по возможности уменьшать 3м, но при этом уменьшается и расстояние S между электродами, а следовательно, и электрическая прочность U холодного межэлектродного промежутка.

Следует отметить, что последняя (при данном давлении газа) зависит не только от расстояния S, но и от радиуса закругления электрода г.

Выдерживаемое междуконтактным промежутком напряжение равно

UB EB j6S;

где Ев - выдерживаемая напряженность электрического поля при данных условиях;

/3 - коэффициент использования системы.

При заданном давлении элегаза Ев постоянно, следовательно, выдерживаемое напряжение зависит только от произведения р S. Кривые зависимости произведения /3S от радиуса закругления электрода г приведены на фиг. 7. Они показывают, что при фиксированном значении S кривые/ -S f(r) уплощаются после г 8 мм. Поэтому увеличение радиуса закругления сверх 10-12 мм нецелесообразно.

Таким образом, на дугогасительную способность устройства с магнитным гашением дуги влияют два фактора, действующие в противоположных направлениях: электрическая прочность и радиальная составляющая индукции магнитного поля.

Кроме того, на дугогасительную способность рассматриваемого устройства влияет высота выступа h электрода над поверхностью магнита (фиг.5).

Если задано расстояние S между электродами, то расстояние 5м между плоскостями магнитов

SM S + 2h.

Чем меньше h, тем (при заданном значении S) меньше 5м, а следовательно, выше значение Врт и выше дугогасительная способность. Предел уменьшения h кладет требуемая электрическая износоустойчивость контактов - требуемое число операций отключения предельного отключаемого тока.

Таким образом, оптимальными значе- ниями радиуса закругления электродов и расстояния между ними будут такие, при которых произведение электричекой проч- ности на радиальную составляющую магнитного поля соответствует максимуму.

Для приближения дугогасительных промежутков к области оптимума, в которой обеспечивается наиболее высокая электри- ческая прочность как внутри, так и по наружной поверхности изолятора, предусмотрен переходный удлинительный элемент(фиг.8). В крышке этого момента имеются пазы для уширений 6 базового монтажного узла 5, а уширения этого переходного элемента, точно такие же, как и у узла 5. Высота Н переходного удлинительного элемента зависит от класса напряжения.

На высоту Н должно быть увеличена длина подвижного контактного стержня 14 (для уменьшения массы движущихся элементов подвижный контактный стержень имеет трубчатое сечение).

В чистом виде выключатели нагрузки могут применяться на тупиковых подстанциях с небольшим током короткого замыкания, который они способны отключать. Формула изобретения

1,Высоковольтный коммутационный аппарат с магнитным гашением дуги, содержащий герметизированный изолятор с верхним и нижним фланцами, заполненный элегазом, в котором размещена контактная система в виде подвижного контактного

стержня и неподвижного в виде розетки контакта соосно расположенные дугогаси- тельные электроды и промежутки, смонтированные на изоляционных стержнях, о т л и- чающийся тем, что, с целью упрощения

конструкции и повышения надежности аппарата, он снабжен верхним и нижним монтажными основаниями, расположенными внутри изолятора, причем на верхнем основании размещен указанный неподвижный

контакт и расположен за верхним дугогаси- тельным электодом, на нижнем основании выполнены приливы, на которых установлены стойки дополнительно введенного контакта, при этом указанные основания

соединены указанными изоляционными стержнями.

2.Аппарат по п.1 .отличающийся тем, что он дополнительно снабжен переходным удлинительным элементом, при этом длина подвижного контактного стержня увеличена на высоту переходного удли- н тельного элемента.

-Ч4 s %

%

ь

-;

ШШДД -r

ч

Л

Изобретение относится к области элек- троаппаратостроения и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки с магнитным гашением дуги. Цель изобретения - упрощение конструкции аппарата и повышение его надежности. Цель достигается тем, что в известном высо- ковольтном коммутационном аппарате с магнитным гашением дуги, содержащем герметизированный изолятор, заполненИзобретение относится кэлектроаппа- ратостроению и касается конструкции высоковольтного коммутационного аппарата, в частности выключателя нагрузки, выключателя с ограниченной мощностью отключения с магнитным гашением дуги в элегазе. В распределительных сетях напряжением 35-220 кВ в качестве оперативных и защитных аппаратов используют выключатели - достаточно сложные и дорогостоящие аппараты. Их применение существенно увеличиный элегазом, в котором размещена контактная система в виде подвижного и неподвижного контактов, соосно расположенные дугогасительные электроды и промежутки, смонтированные на изоляционных стержнях, согласно изобретению дополнительно введены верхнее и нижнее монтажные основания с приливами и примыкающими к ним элементами. Неподвижный контакт смонтирован на верхнем монтажном основании, расположен за верхним дугогаси- тельным электродом и смещен в его сторону, на изоляционных стержнях смонтированы по крайней мере два дугогаси- тельных электрода, ось дугогасительных электродов смещена в сторону от оси изолятора, верхние и нижние монтажные основания сочленены с помощью изоляционных стержней вдугогасительный блок, на приливах нижнего основания установлены стойки роликового контакта. Кроме того, аппарат дополнительно снабжен переходным удлинительным элементом высотой Н. при этом длина подвижного контактного стержня увеличена на высоту Н. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. вает стоимость распределительных устройств. Целью изобретения является упрощение конструкции высоковольтного коммута- ционного аппарата и повышение его надежности. На фиг. 1 показан высоковольтный коммутационный аппарат, разрез; на фиг. 2 - верхняя часть нижнего фланца с сегментами; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2: на фиг. 4 - сечение фазы аппарата; на фиг 5 - промежуточные дугогасительные электроды; на сл с а ю sj СА) Ю

Фиг 3

fkt.k

//

-г/л

//V И

/.

/7 40 ВО 60 100 Фиг. В

1697132 V

Ж

У/

J/

УЯЪ.

/7

/

tff

V

/-5

g& 1 V/ tf

Я4 // 46

t $

/ 0

0

г & / / //

fyU0Mt JpffM/f/WtfSvf-Sftf / Д0Ьулг /fЈ##S ssSJ/ 7/ 0/tf Z.

П(гЛ.

Редактор Н.Гунько

Заказ 4309ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5