Дугогасительное устройство для газового выключателя Советский патент 1992 года по МПК H01H33/91 

Изобретение относится к электротехнике, к дугогасительным устройствам (ДУ) для коммутационных аппаратов, например выключателей высокого напряжения переменного тока с газовым дутьем с одной или двумя ступенями давления.

Известно ДУ для газового высоковольтного выключателя, где сопло имеет резонаторы, выполненные в виде глухих отверстий и полостей для создания пульсирующего газового потока с целью более эффективного воздействия на электрическую дугу отключения.

Недостатком таких ДУ является малая интенсивность пульсаций, возникающих в непосредственной близости от поверхности сопла, и затухании их при проникновении к

пограничному слою между дугой и газовым потоком в период перехода тока через нуль.

Наиболее близким к предложенному, является ДУ газового выключателя содержащее подвижный и неподвижный дугога- сительные контакты, где резонаторы в виде глухих полостей расположены на соплах контактов или на подвижных дугогэситель- ных контактах, при этом обьем резонаторов изменяется в процессе движения контактов при отключении, что влияет на частоту пульсаций.

Недостатком этих резонаторов в ДУ является их малая эффективность, так как для создания пульсаций используются лишь пристенные слои потока газа, а большая часть газа не участвует в создании пульсирующего потока, воздействующего на элекVI

О

Ј

00 CJ

рическую дугу в период перехода тока через нуль. Это влечет за собой относительно низкую отключающую способность и малое напряжение на разрыв.

Цель изобретения - повышение отклюающей способности ДУ и напряжения на разрыв за счет повышения эффективности оздействия пульсирующего газового потока на электрическую дугу отключения.

Указанная цель достигается тем, что в У для газового выключателя, содержащем подвижный и неподвижный дугогаситель- ные контакты, сопла с резонаторами, один з дугогасительных контактов выполнен в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла, при этом выбраны следующие соотношения: Ik/dec .8-2,5. Ip/dcc - 0.5-2, при dp/d« 0,6-1.1. исла Маха на срезе сопла МСс Vc/VCa 1-1,5 и степени нерасчетности п - Ре/Ра 1, где d« - диаметр среза сопла U- расстояние между срезом сопла и дугогаси- тельным контактом в виде резонатора, dp, Ip - диаметр среза и длина полости резонатора дугогасительного контакта. Vc. V« - местная и звуковая скорости газа на срезе сопла, PC. Pa - давление газа на срезе сопла и в полости низкого давления. Когда второй дугогасительный контакт полый с соплом, то он снабжен дугоулавливающим электродом, выполненным в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла первого дугогасительного контакта, при этом выбраны следующие соотношения: Ikk/dck 0.8-2,5, Ipk/dck 0,5-2, при

этом dpk/dck 0,6-1,1.-числа Маха на срезе сопла дугогасительного контакта МСк 1- 1,5 и степени нерасчетности п 1,где dck - диаметр среза сопла дугогасительного контакта, Ikk - расстояние ме..ду срезом сопла дугогасительного контакта и дугоу- лавливэющим электродом в виде резонатора, dpk. Ipk - диаметр среза полости и длина резонатора дугоулавливающего электрода.

Известны автоколебательные устройства, где вытекающая из сопла струя натекает на преграду в виде глухой полости (резонатора) с образованием пульсирующего процесса. Такие газоструйные генераторы Гартмана используются в качестве мощных акустических излучателей. В предлагаемом устройстве принцип Гартмана используется для локального воздействия на электрическую дугу в межконтактном промежутке ДУ. где контакты (или дугоулавливающие электроды) выполнены в виде резонаторов.

На фиг.1 а.б представлены дугогаси- тельные устройства газовых выключателей, (а -дугогасительный контакт в виде резонатора в системе одностороннего дутья, б - полый дугогасительный контакт с соплом с дугоулавливающим электродом в виде резонатора в системе двухстороннего несимметричного дутья); на фиг.2 - газодинамические характеристики элементов ДУ одностороннего дутья: изомахи веерной струи у среза (входа) в резонатор дугогасительного контакта при г 0.4ит 1,5. п 1,МСс-2,

, где г t/dcc (Vpa//3a) . pa - давление и плотность газа в полости низкого давления (среда-воздух).

ДУ одностороннего дутья (фиг.1 а) содержит подвижный контакт 1. сопло 2. неподвижный контакт 3 в виде резонатора с глухой полостью 4. Электрическая дуга 5 горит между контактами 1 и 3 и обдувается продольным газовым потоком благодаря перепаду давления Р0/Ра 1. где Р0 - высокое

давление до входа в сопло 2, а Ра const низкое давление.

ДУ (фиг. 16) несимметричного двухстороннего дутья (когда площадь сечения горловины сопла дугогасительного контакта S

- 0,2-0,3 Sc. где Sc - площадь сечения горловины сопла) или двухстороннего дутья (когда S Sc) содержит полый дугогасительный контакт 1 ссопломидугоулавливающий электрод 6 выполненный в виде резонатора

с глухой полостью 7, а также неподвижный дугогасительный контакт 3, выполненный 8 виде резонатора полостью 4, Электрическая дуга 5 горит между контактом 3 и дугоулавливающим электродом 6.

ДУ работает следующим образом. При размыкании дугогасительных контактов 1 и 3 возникает электрическая дуга 5. Газовый поток вытекает из сопла 2 и натекает на дугогасительный контакт 3. выполненный в виде резонатора с глухой полостью 4. Глухая полость 4 помещена по оси потока, вытекающего из сопла 2. генерирует высокочастотные колебания газа в

непосредственной близости от входа в резонатор контакта 3. Возникают ударно-волновые процессы внутри полости 4, колебания скачков в натекающей на полость струи, периодическое формирование нестационарной веерной струи, ударноволновые процессы в окружающее пространство. В момент перехода тока через нуль, такая нестационарная автоколебательная система способствует повышению уровня мелкомасштабной турбулентности и приводит к интенсивному перемешиванию и быстрому рассасыванию остаточного ствола дуги 5 в зоне за срезом сопла, а следовательно, способствует повышению отключающей способности и напряжения на разрыв такого

ДУ.

ДУ работает аналогично ДУ: в непосредственной близости от контакта 3 и дуго- улавливающего электрода б имеются зоны интенсивной пульсации потока, способствующее улучшению дугогашения.

Экспериментальные исследования в газодинамической лаборатории при холодной продувке проведены для моделей ДУ с резонатором в виде глухой цилиндрической полости при соотношении параметров Ik/dec 1-5, lp/dcc 0,5 -4; dp/dccc 0,6-1.1. , n 1.

Показано, что начало зоны пульсации XH IkH/dcc и конец зоны пульсации х lua/dcc зависят от Мсс. п, коэффициента адиабаты у. Для оценки можно рекомендовать следующие эмпирические уравнения: х 1,86 МссУпу - 1 , х 2,41 MccVny -0,76 Дополнительное дутье в зоне пульсации у контакта с резонатором определяется параметрами нестационарной веерной струи (фиг.2).

Для определения влияния электрической дуги отключения на работу ДУ на высоковольтном испытательном стенде проведены сравнительные коммутационные испытания на моделях в режиме неуделенного к.з., для которых характерен тепловой пробой межконтактного промежутка. Для исследований использовались модели устройств, представленные на фиг.1а,б (газовая среда-воздух, элегаз, глухая полость резонатора выполнена цилиндрической). Они сравнивались с подобными моделями ДУ. где как дугогасительный контакт (фиг.1а), так и дугоулавливающий электрод (фиг.16) выполнены целыми без глухих полостей 4.7. При исследованиях с элегазом перепад давления Р0/Ра составляет (МПа) 0.3/0.-1-0.7/0.1 для воздуха 0,4/0.1-1.4/0,2. а геометрия сопел выбрана согласно газодинамическим функциям (для воздуха у 1.4, для элегаза у 1,08, критическое сечение сопел d«p 10 мм, профиль Лаваля,1 угол 7°) для получения МСс 1-1,9 и степени нерас четности п 1 (при МСс 1. dec ).

Согласно полученным экспериментальным данным наблюдается повышение отключающей способности предлагаемых ДУ по сравнению с обычными ДУ на 15-25% при следующих соотношениях параметров конструкции: Ik/dec 0.8-2.5, lp/dcc 0,5-2, при dp/dec 0.6-1.1 числах Маха на срезе соплаМсс 1,0-1,5 и степени нерасчетности п Ј 1.

Аналогичные результаты получены для конструкций резонаторов в контактах, когда продольный профиль глухой полости выполнен конусным.

Выбор параметром вне предлагаемых соотношений приводит к ухудшению работы ДУ. Так. при Ip O.Sdcc отмечается посадка дуги на дно полости резонатора и дугогасительная способность снижается до

0 уровня обычных ДУ. При lp 2dCc время формирования веерной струи увеличивается, что также приводит к уменьшению эффективности. Увеличение Ik/dec 2.5 снижает эффект локального влияния пульсаций на

5 дугу отключения и приводит к понижению отключающей способности до уровня обычных ДУ. При Мсс 1.5 зсна пульсаций смещается в сторону больших локальное воздействие пульсаций на остаточ0 ный ствол дуги уменьшается. При МСс 1 снижается деиониззция остаточного ствола дуги в горловине сопла (сопел), что приводит к уменьшению отключающей способности ДУ. В процессе исследований процессов ду5 гогашения отмечается вращение дуги по оконечности дугогасительного контакта в виде резонатора, что связано с электромагнитной неустойчивостью дуги и воздействием ее с веерной струей. Этот

0 положительный эффект способствует повышению отключающей способности и коммутационного ресурса контактов.

На основании полученных результатов экспериментальных и теоретических иссле5 дований показано, что использование дуго- гасительных контактов и дугоулавливающих электродов в виде резонаторов способствует повышению отключающей способности ДУ на 15-25%. При неизменном токе отклю0 чения можно соответственно увеличить напряжение на разрыв ДУ.

Формула изобретения 1. Дугогаситедьное устройство для газового выключателя, содержащее подвижный

5 и неподвижный дугогасительные контакты, сопл-а с резонаторами, отличающееся тем, что, с целью повышения отключающей способности и напряжения на разрыв, один из дугогасительных контактов выполнен в

0 виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопла, при этом выбраны следующие соотношения: Ik/Ice 0,8-2,5; lp/dcc 0.5-2 при dD/dcc 0,6-1.1 числах Маха на срезе сопла Мсс Vc/Vca

5 1-1,5, степени нерасчетности п Рс/Ра 1. где dec - диаметр среза сопла: Ik - расстояние между срезом сопла и дугогасительным контактом е виде резонатора: lp, dp - длина полости и диаметр среза резонатора дугогасительного контакта; Vc, Vca местная и

.f уковая скорости газа на с зе сопла; Рс, .- - давление газа на срезе сопла и в поло- f.tn низкого давления.

2. Устройство по п.1, отличающее- с я тем, что второй дугогасительный контакт с соплом по оси снабжен дугоулавливаю- щим электродом, выполненным в виде резонатора с глухой полостью, ось которой совпадает с осью сопле первого дугогаси- тельного контакта, при этом выбраны следующие соотношения: lkk/dck 0,8-2,5; tpk/dck

- 0,5-2, при dpk/dck 0,6-1,1 числах Маха на срезе сопла дугогасительного контакта Me 1-1,5 и степени расчетное™ п 2: 1, где dck - диаметр сопла дугогасительного контакта; Ikk - расстояние между срезом сопла дугогасительного контакта и дугоулав- ливающим электродом в виде резонатора; Ipk. dk - длина полости и диаметр среза резонатора дугоулаеливающего электрода.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к дугогасительным устройствам высоковольтных выключателей переменного тока с газовым дутьем. Целью изобретения является повышение отключающей способности и напряжения на разрыв. Эта цель достигается тем. что в дугогасительном устройстве дугогаситель- ный контакт выполнен в виде резонатора с глухой цилиндрической полостью, ось которой совпадает с осью сопла. Когда дугогаси- тельный контакт- полый, с соплом, он снабжен дугоулавливающим электродом в виде резонатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ё

чуучхуч.

/ / л,

J

ггР:

3 Ь

У///////////Л

Фм.1

$

Фиг. 2