Выключатель высокого напряжения Советский патент 1976 года по МПК H01H9/30 H01H33/04 

1

Изобретение предназначено для коммутации сильноточных электрических иепей иеременного тока.

Известны выключатели высокого напряжения, содержандие полупроводниковые веитили (диоды или тиристоры), шунтированиые механически размыкаемыми контактами. Во :;ключенном положении выключателя ток проходит через контакты. При отключении тока нагрузки или тока короткого замыкания контакты размыкаются, между ними возникает кратковременный дуговой разряд, длительность которого определяется временем перехода тока из цепи главных контактов в цепь нентилей. После завершения переброса тока и цепь вептилей межконтактный промежуток деионизируется. В момент перехода тока через нулевое значение вентили запираются и ток через выключатель прерывается.

Однако применение таких выключателей для коммутации тока в установках высокого напряжения связано с большими трудностями. В выключателях высокого напряжения приходится соединять последовательно несколько вентилей, так как напряжение на выключателе после отключения значительно превышает наиряжение, допускаемое для суш,ествуюш,их в настоящее время вентилей.

Врел1я переброса тока из цепи контактов в день вентилей зависит от напряжеиия на контактах, индуктивности контура н динамической вольт-амперной характеристики веитилей. Последовательное соединение веитилей увеличивает индуктивность контура механически размыкаемые контакты - цепочка вентилей, падение иапряжения в цепочке вентнлей и вследствие этого время переброса. Дуга между разомкнувшимися коитактами горит в течение нескольких м 1ллисекунд.

Увеличение времени переброса тока ириводит к увеличенню обгорания коитактов под действием дуги и ухудшению условий деионизации межконтактного нромежутка к моменту запнрания вентилей, что, в свою очередь, может привести к повторным пробоям промежутка. Для деионизации меж контактного промежутка приходится увеличивать время от завершения переброса тока до полного прерывання его или вводить специальные устройства, ускоряющие деионизацию, что усложняет конструкцию выключателей.

Чтобы ускорить иереброс тока из цеии контактов в цепь вентилей, нужно увеличивать напряженне на разомкнувниихся контактах, т. е. напряжение дуги. В известных выключателях увеличение напряжения на дуге достигается при номощи газового или магнитного дутья, что значительно усложняет нх конструкцию. Кроме того, напрял ение увеличивается через сравнительно большое время

после возникновения дуги. Увеличение напряжения на дуге достигается путем воздействия на столб дуги. Приэлектродныс падения напряжения в известных конструкциях выключателей не зависят от величины рабочей иоверхности контакта и равны нриэлектродным падениям напряжения иа контактах с рабочими поверхностями неограниченных размеров.

Для уменьшения времени горения дуги и ускорения переброса тока из цепи механически размыкаемых контактов в цепочки последовательно соединенных вентилей предлагаемый выключатель снабжен дополнительными шунтирующими контактами, рабочая новерхность которых ограничена термостойким электроизоляционным покрытием.

Дополнительные контакты выполнены в виде стержня с наконечником, плош,адь сечения которого меньше плошади сечения стержня по крайней мере в 10 раз.

Термостойкое электроизоляционное нокрыгие нерабочей поверхности дополнительного контакта выполнено из кабропитрида бора.

Наконечники дополнительных контактов могут быть выполнены из тугоплавкого металла, например вольфрама.

На фиг. 1 дана электрическа51 схема описываемого выключателя во 1 ключенном поло(ении; па фиг. 2 - конструктивная схема механически размыкаемых контактов; на фиг. 3 - электрическая схема другого варианта выполнения выключателя.

Выключатель (см. фиг. 1) содержит главные контакты 1, два дополнительных контакта 2 и 3, по крайней мере один из которых выполнен подвижным, две цепочки 4 и 5 последовательно соединенных тиристоров, включенные встречно-параллельно, п последовательный отделитель 6. Размеры главных контактов 1 выбирают такими, чтобы обеспечить пропускание рабочего тока длительной нагрузки без недопустимого перегрева. Дополнительные контакты 2 и 3 состоят из основных .медных стержней 7 и 8 с наконечниками 9 и 10. Наконечники 9 и 10 выполнены из стержней, например вольфрамовых, запрессованных в основные медные стержни 7 и 8. Плошадь торцовых поверхностей А и Б наконечников 9 к 10, являющихся рабочими поверхностями дополнительных контактов, значительно меньше площади сечения медных стержней 7 и 8. Для выключателя на напряжение 10 кВ и ток отключения 10 кА площадь торцовой поверхности наконечника может быть меньше площади сечения стержня в 10-50 раз. Нерабочая боковая поверхность наконечников 9 и 10 нокрыта термостойким электроизоляционным материалом 11, способиым выдержать воздействие температуры электрической дуги, например карбонитркдом бора (BNC) в виде обмазки с последующим отжигом при 100-150°С.

Во включенном положении выключателя главные 1, дополнительные 2 и 3 контакты и

отде.пггель 6 замкнуты. Большая часть нагрузочного тока проходи через главные контакты, поскольку сопротивление их значительно меньше сопротивления дополнительных контактов. При отключении сначала размыкаются главные контакт1з1, а донолпите.тьные остаются замкнутыми. Поэтом-. ток быстро переходит из цепи главных контактов в цепь дополнительпых контактов. Промежуток времени между раз.мыканием главных контактов

и размыканием дополнительных контактов

дсстаточси для запершеипя переброса тока в

цепь дополнительных контактов.

При размыкании дополнительных контактов

2 и 3 между ними возникает дуга. Благодаря ограничению рабочих поверхностей А и Б контактов термостойким электроизоляциониы.м покрытием средняя плотность тока на контактах достигает и превышает некоторую

критическую для данного материала величину. Это приводит к возрастанию нанрижепия на иромежутке в первую очередь к возрастанию приэлектродных падений напряжения. В другом варианте выполнения выключателя (см. фиг. 3) контакты могут быть шунтированы диодами. Такой выключатель содержит главные I и дополнительные 2 и 3 контакты, отделитель 6 и цепочку диодов 12. Принцип и порядок отключения тока у этого

выключателя такие же, как выключателя, показанного па фиг. 1. Однако требуется синхронизация момента размыкания дополнительных контактов относительно кривой отключаемого тока. Размыкание донолнительных контактов должно производиться в начале полупериода тока, в который шунтирующие диоды открыты. При это.м обеспечиваются малое время горения дуги, малое обгорание {онтактов и достаточное для деионизации межконтактного промежутка время от переброса тока в цепь диодов до следующего его перехода через нулевое значение.

Ф о р м - л а изобретения

1.Выключатель высокого напряжения, содержащий полупроводниковые вентили, шунтированные ме.ханнчески размыкаемыми контакта.ми, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени горения дуги на контактах, он снабжен дополнительными шунтирзющими контактами, рабочая новерхност.ь

которых ограничена термостойким электроизоляционным покрытием.

2.Выключатель по п. 1, отличающийся тем. что дополнительные контакты выполнены в виде стержня с наконечником, причем

и,1оцл,адь сечения наконечника меньше площади сечопия стержня по крайней мере в 10 раз.

3.Выключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что термостойкое электроизоляциоиное покрытие иерабочей новерхности

дополнительного контакта выполнено из карбонитрида бора.

4. Выключатель по нн. 1-3, отличающннся тем. что 1 акопе ники дополкительпы.х коптМчтои вьшолнены из ..авкого металла, например вольфрама.

± -«-oiiм и н и м

2 3 -о- S-H-W-N-W-U

2 3

.l

п

9vz.2

иг.Ъ