Электрический силовой выключатель Советский патент 1980 года по МПК H01H33/68 

1

HacTOHUj;ee H3o6pefeHHe относится к электрическим выключателям, у которых по меньшей мере гасительная камера, которая заключает в себя неподвижный и подвижный контакты, наполнена жидким диэлектриком, поддерживаемым непрерывно под давлением.

В выключателях такого типа 1 осуществляется отключение тока размыканием подвижного и неподвижного контактов в жидкой диэлектрической среде, поддерживаемой непрерывно под давлением, что позволяет улучшить некоторые электрические характеристики (параметры) этой среды (например, электрическую прочность, способность дугогашения). Однозременно можно получить лучшие параметры выключателя; то есть -уменьшить объем диэлектрика (благодаря уменьшению необходимого разрыва между двумя контактами в положении «отключено), а, следовательно, уменьшить объем и стоимость аппарата.

Тэкие выключатели с жидким диэлектриком под давлением имеют налбольшие преимушества при использовании в качестве жидкого диэлектрика сжиженного диэлектрического газа, такого, как шестифтористая

сера, поддерживаемого под давлением для того, чтобы непрерывно сохранять его жидкое состояние.

Наконец, в таких выключателях предусматривались упругие средства (упругая среда) для поддержания под давлением жидкого диэлектрика (например, пневматические упругие средства, пред(;тавляюшие собой «подушку газа под давлением), и те же самые упругие средства использовались для воздействия на подвижный контакт вы10ключателя в направлении размыкания контактов. То есть отключения.

Целью данного изобретения является упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что выключатель снабжен блоком компенсации изменения объV5ема гасящей жидкости, который выполнен в виде гидропневматического наполнителя, соединенного с дугогасительной камерой при помощи каналов. В качестве гасящей жидкости взята жидкость со сжимаемостью по крайней мере в 10 раз больше сжимаемос20ти масла, например шестифтористая сера. На подвижном контакте с контактирующей сгороны выполнена внутренняя полость, переходящая в каналы, которая с обратной стоРОНЫ снабжена поршнем, который расположен в цилиндрической полости, выполненной в стенке дугогасительной камеры.

На фиг. 1 схематически изображен выключатель (в разрезе); на фиг. 2 - органы гашения, выполненные в соответствии с наиболее предпочтительным вариантом изобретения, вид в увеличенном масштабе.

Выключатель, представленный на фиг. 1 в положении «отключено, содержит гасительную камеру 1, представляющую собой, например, цилиндр 2, герметически закрытый верхней пластиной 3 и основанием 4.

Гасительная камера 1 содер жит неподвижный контакт 5 и поступательно перемещающийся подвижный контакт 6. Неподвижный контакт окружен втулкой 7 из изолирующего материала, которая опирается своей верхней кольцеобразной поверхностью 8 на нижнюю поверхность верхней пластины 3 гасительной камеры для того, чтобы противодействовать усилиям, вызываемым давлением диэлектрика и нажатием подвижного контакта на неподвижный в положении «включено выключателя. Изолирующая втулка 7 имеет продолжение в виде трубчатой части 9, длина которой выбирается в зависимости от рабочего напряжения выключателя и которая окружает токопроводящий стержень Ю, верхний конец которого 11 представляет собой зажим выключателя, связанный с отключаемой цепью 12.

Подвижный контакт 6 проходит через основание 4 гасительной камеры, не нарушая ее герметичности, благодаря сальнику 13 (предпочтительнее использовать сальник с пружиной) и имеет упор, ограничивающий расстояние, на которое он отходит от неподвижного контакта. Этот упор представляет собой, например, выступающую часть 14 подвижного контакта, которая опирается на основание 4 гасительной камеры сразу же по достижений положения «отключено.

Подвижный контакт б электрически связан со вторым зажимом выключателя, соединенным в свою очередь с ветвью 12 отключаемой цепи 12. Как это будет показано ниже, перемещение подвижного контакта, то есть его Максимальное удаление от неподвижного контакта, может быть значительно уменьщено (в сравнении с классическими выключателями), так что электрическое соединение подвижным контактом и зажимом 15. может быть выполнено с помощью металлического гибкого проводника 16, без применения скользящих контактов, которые, как правило, были необходимы у выключателей.

Гасительная камера 1 содержит герметический кожух, наполненный жидким диэлектриком, поддерживаемым под давлением. Средства поддержания диэлектрика под давлением, описаны ниже.

В качестве жидкого диэлектрика может использоваться масло под давлением, но в рписьгваемом выключателе для заполнения

гасительной камеры используется диэлектрик, представляющий собой сжиженный повышенным давлением диэлектрический газ, поддерживаемый постоянно в жидком состоянии. Конкретно, выбрана сжиженная шестифтористая сера SFe. Ниже будут отмечены преимущества применения такого диэлектрика.

Основание 4 гасительной камеры монтируется на опорном изоляторе 17, заполненном жидким или газообразным диэлектриком, например маслом или шестифтористой серой, под небольшим давлением, причем нижняя часть изолятора оснащена плитой 18, смонтированной на основании 19, устанавливаемом на земле.

Подвижный контакт 6 ооединяется механически, например, с помощью изолирующей штанги 20, проходящей внутри опорного изолятора 17, с отдельными средствами включения, предназначенными для подведения и удержания подвижного контакта точно на неподвижном контакте, и действующими на.встречу средствам отключения, постоянно готовым к действию и стремящимся разомкнуть подвижный и неподвижный контакты.

Нижний конец изолирующей штанги 20 соединяется Ъо меньщей мере посадкой с порщнем 21, который поступательно перемеЦ1ается в цилиндре сервомотора 22, установленного на плите 18,причем между поршнем и цилиндром предусмотрен герметический сальник 23.

На сервомотор 22 включения воздействует классический гидравлический привод выключателя, основные элементы которого схематично представлены под номером 24 (гидравлический привод выключателя не является предметом изобретения). К основным элементам привода относятся гидропневматический аккумулятор 25, масляный насос 26, резервуар 27 низкого давления с маслом и комплекс гидравлических переключений, упрощенно показанный в виде золотника 28 с тремя каналами.

Герметическая гасительная камера 1 может быть оборудована простой задвижкой или клапаном для ее заполнения диэлектриком пЪд давлением, поскольку упругие средства отключения, всегда готовые к действию, представляют собой только объемную упругость сжатого в гасительной камере жидкого диэлектрика.

Следовательно, если предположить, что выключатель помещен в среду с постоянной температурой, то возможно его функционирование при наличии только уже описанных основных элементов после того, как гасительнаякамера была бы заполнена жидким диэлектриком под давлением.

На самом же деле, чтобы скомпенсировать значительные температурные изменения (например, от -50°С до -ЬбО°С), которым подвергаются выключатели наружной установки, необходимо предусмотреть средства компенсации, которые содержали бы одновременно и устройства контроля и заполнения диэлектриком.

Для этой цели гасительная камера имеет отверстие, например канал 29, выполненный в основании 4, который соединен с трубой 30 малого сечения, расположенной внутри опорного изолятора 17. Труба 30 (или канал 31, к которому она присоединена, и который выполнен в плите 18) имеет потенциал земли, как и резербуар с жидким диэлектриком под давлением, к которому она присоединена, и который представляет собой гидропневматический аккумулятор 32, жидкостная камера 33 которого содержит жидкий диэлектрик под давлением, а газовая камера 34 заключает в себе упругую «подушку сжатого газа, такого как азот, или, что предпочтительнее, такого, как гелий. Кроме этого предусм.отрены труба 35 для заполнения системы, манометр 36 и Запорные вентили 37, 38, 39.

В случае, когда аккумулятор 32 и гасительная камера 1 предварительно заполнены жидким диэлектриком под давлением, аппарат функционирует следующим образом. В положении «отключено, показанном на фиг. 1, подвижной контакт, имеющий форму плунжера, отжимается в крайнее нижнее положение давлением диэлектрика. Чтобы включить выключатель, подают масло к сервомотору 22 включения, воздействуя на орган переключения - золотник 28, в результате чего порщень 21 осуществляет подъем подвижного контакта 6 при помощи штанги 20 до соприкосновения с неподвижным контактом. До тех пор, пока к сервомотору 22 подается масло, в общем случае по гидравлической цепи самоудерживания, выключатель находится в положении «включено. Чтобы отключить выключатель, ставят сервомотор 22 в режим спуска масла, в результате чего объемная упругость жидкого диэлектрика под давлением, содержащегося в гасительной камере, воздействует на подвижный контакт и отводит его от неподвижного, не вызывая какого-либо значительного nepiBTOKa жидкости по трубе 30 к аккумулятору 32, что позволяет при постоянной температуре закрывать запорный вентиль 37.

Целесообразно использовать в качестве диэлектрика сжиженный газ SFe, например, под давлением порядка 200-400 бар (1 бар 1,02 кг/см 2). ,.,

При использовании такого диэлектрика разрыв контактов в положении «отключено может быть очень малым, например, около 10 мм для напряжения 200 кВ.

Объем диэлектрика, перемещаемый при движении подвижного контакта, таким образом может быть порядка 20 см. Поскольку сжимаемость жидкого диэлектрика SFe очень высока (около 10 на кг/см, вместо 510 - 7-10 - для масла), достаточно иметь уменьшенный объем диэлектрика (например, 4000 см) в гасительной камере для того, чтобы изменения давления (при постоянной температуре), вызванные перемещением контакта, были бы небольшими (порядка 5 бар).

5 Поэтому резервуар с жидким диэлектриком, представляющий собой аккумулятор 32, может быть удален от гасительной ка меры, так как имеют место только медленные перетоки жидкости из него в камеру 1 и обратно в зависимости от изменений тем° пературы.

Манометр 36 позволяет контролировать давление диэлектрика.

В случае, когда в качестве диектрика

J использовалось бы масло, условия были бы менее выгодными , так как масло в значительной степени сжимается меньше, чем жидкий диэлектрик SFe, что потребовало бы более значительного разрыва контактов и значительного увеличения объема гаситель0 ной камеры.

Чтобы получить как можно меньшее перемещение подвижного контакта, целесообразно отказаться от предварительного зацепления подвижного и неподвижного конj тактов, используя лишь замыкание контактов под действием давления. Поэтому гидравлический привод, показанный на фиг. 1, у которого давление масла прижимает подвижный контакт к неподвижному в положении «включено, особенно выгоден.

0 На фиг. 2 показан наиболее предпочтительный вариант конструкции подвижного контакта.

По этому варианту подвижный контакт 6 вместо того, чтобы действовать как плунжер в случае, показаннрм на фиг. 1, соединен с поршнем 40, который перемещается в цилиндре 41, встроенном в основание 4 гасительной камеры.

Сальник 13, обеспечивающий герметичность, установлен между основанием 4 и

0 порщнем 40, а второй сальник 13, так же обеспечивающий герметичность камеры, установлен между стержнем подвижного контакта и основанием 4.

В подвижном контакте просверлен акси альный канал 42, который сообщается через поперечные отверстия 43 с камерой цилиндра 41. В момент отключения подвижный контакт отталкивается под действием упругос7и диэлектрика под давлением. Перемеще0 ние поршня 40 увеличивает объем камеры 41, которая заполняется жидким диэлектриком, притекающим через отверстия 43 по каналу 42 и проходящим между приоткрытым подвижным и неподвижным контактами. В результате происходит турбулентное дутье под действием потока диэлектрика. Время отключения получается очень малым, например, в пределах 1-2 миллисекунд, а мгновенный расход диэлектрика на дутье может быть значительным.

Формула изобретения

1.Электрический силовой выключатель с размыканием контактов за счет сил упругости гасящей жидкости, содержащий герметизированную дугогасящую камеру, наполненную гасящей жидкостью с расположенными в ней подвижным и неподвижным контактами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции,он снабжен блоком компенсации изменения объема жидкости, который выполнен в виде гидропневматического наполнителя, соединенного с дугогасительной камерой при помощи каналов.

2.Электрический силовой выключатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве

8

гасящей жидкости взята жидкость со сжимаемостью по крайней мере в 10 раз больще сжимаемости, масла, например щестифтористая сера.

3. Электрический cиJJOвoйвыключатель по п. I, (Отличающийся тем, что на подвижном контакте с контактирующей стороны выполнена внутренняя полость, переходящая в каналы, которая с обратной стороны снабжена порщнем, который расположен в цилиндрической полости, выполненной в стенке дугогасительной камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 1537673, кл. Н 01 Н 33/68, 1966.

If

п

7

17