Автопневматический выключатель Советский патент 1980 года по МПК H01H33/91 

1

Изобретение относится к электроаппаратостроению.

Известны автопневматические выключатели, содержащие резервуары высокого давления, коммутирующие контакты и поршневое устройство для обеспечения сжатия газа и создания газового дутья Ц.

Такие выключатели используют дугогасящую среду в газовой фазе .(преимущественно элегаз - SFg). Такие выключатели не обеспечивают высокой отключающей способности.

Известен автопневматический выключатель 23, в котором дугогасительная среда используется в газовой и жидкой фазах.

Этот выключатель содержит резервуар, заполненный газообразной дугогасительной средой. В резервуаре расположено дугогасительное устройство, содержащее коммутирующие контак ты. В нижней части резервуара расположен коллектор, непосредственно соединенный с резервуаром. Условия в резервуаре таковы, чтобы вызывать снижение части газообразной среды, которая, конденсируясь, стекает в коллектор. Имеется средство для подачи конденсата из коллектора в дугогасительное устройство с целью увеличения плотности дугогасительноГ среды в этом устройстве и гашения дуги. В одном из варинатов выполнения такого выключателя между резервуаром и коллектором установлен постоянно открытый клапан, закрывающийся только на время подачи конденсата в дугогасительное устройство.

10 К недостаткам такого выключателя относится следующее.

Введение жидкой фазы в дугогасительное устройство мало эффективно ,с точки зрения повышения отключаюt5 щей способности устройства с автопневматическим дутьем ввиду высокой плотности газовой фазы, необходимой для обеспечения условий конденсации в резервуаре дугогасительного

20 устройства.

Для обеспечения условий, при которых происходит конденсация пара (газа) , необходимо, поддерживать достаточно низкую температуру и (или) высокое давление одновременно в коллекторе и резервуаре выключателя. А это означает, что рабочее давление газа в баке выключателя, а следовательно, и масса газа должны быть достаточно

30 большими, как правило большим, чем

требуется для обеспечения изоляции дугогасительного устройства. Повышение давления ужесточает требования к прочности бака,а следовательно к материалу бака и повышает его материалоемкость. Если для снижения и поддержания дугогасительной среды в жидкой фазе использовать низкие температуры, то для этого требуется холодильная установка достаточно большой мощности,так как при этих температурах следует поддерживать весь объем выключателя с большой поверхностью теплоотдачи .

Пасса вводимой в дугогасительную камеру жидкой фазы не зависит от тока короткого замыкания (к.з.).

Целью изобретения является повышние отключающей способности выключателя при снижении, материалоемкости и энергозатрат на единицу мощности отключения выключателя.

Для достижения этой цели коллектор выполнен автономным, а клапан впускным, соединяющим коллектор с резервуаром низкого давления только на время гашения дуги. Автономность коллектора позволяет получить в нем условия, в частности давление и темратуру, отличные от условий в резервуаре выключателя, и дает возможность управлять подачей конденсата из коллектора в зависимости от ржима работы выключателя.

Для этого впускной клапан снабже анализатором тока, включенным в цеп коммутирующих контактов.

Для регулировки расхода жидкой фазы в зависимости от тока отключения клапан выполнен с регулируемым пропускным сечением, величина которого меняется, например, за счет изменения хода подвижного элемента, управляемого от анализатора тока.

Коллектор может быть выполнен в виде сменного баллона высокого давления, в котором количество дугогасящей среды рассчитано по меньшей мере на нормированное между плановыми ревизиями число отключений токов короткого замыкания.

Коллектор может быть выполнен в виде резервуара высокого давления снабженного поршневым устройством и обратным клапаном, расположенным между подпоршневой частью поршневого устройства и резервуаром низкого давления.

Камера такого коллектора может быть снабжена холодильным элементом для улучшения условий конденсации.

Коллектор может быть выполнен в виде холодильной камеры с автоматической регулировкой режима ксЯ1денсации и снабжен газопроводом, соединяющим часть камеры, в которой дугогасительная среда находится в газообразной фазе, с резервуаром низкого давления.

Холодильная камера может быть виполнена состоящей из верхнего и нижнего отсеков. В верхнем отсеке размещен холодильный элемент, а в нижнем - емкость переменного объема, снабженная приводом. Между отсеками расположен обратный клапан, закрывающийся только на время подачи конденсата из емкости переменного объема в дугогасительное устройство. Переменным объемом может служить, например, сильфон или цилиндр с поршневым устройством.

На фиг.1 представлен автопневматический выключатель с коллектором, выполненным в виде сменного балона; на фиг.2 - то же с коллектором в виде резервуара высокого давления с поршневым устройством; на фиг.3 то же с коллектором в виде резервуара высокого давления с поршнем и холодильным элементом; на фиг.4 то с коллектором в виде холодильной камеры; на фиг.5 - то же с коллектором, выполненным из двух отсеков.

Автопневматический выключатель состоит из резервуара 1 низкого давления , в котором размещено дугогасительное устройство, содержащее сопло 2, коммутирующие контакты 3 и

поршневое устройство 4 для обеспечения автопневматического дутья. Дугогасительное устройство соединено с коллектором 5, заполненным дугогасящей средой в жидкой и газовой фазах. Коллектор 5 связан с соплом 2 дугогасительного устройства впускным клапаном 6, который открывается только на время гашения дуги.

Впускной клапан б снабжен анализатором 7 тока, включенным в цепь коммутирующих контактов 3, и имеет регулируемое пропускное отверстие 8.

Автопневматический выключатель может быть выполнен с различными

коллекторами.

Коллектор может быть выполнен в виде сменного баллона высокого давления (см.фиг.1) , в котором жидкая 9 и газовая 10 фазы находятся

в динамическом равновесии между собой.

При отключении тока к.з. при расхождении коммутирующих контактов возникает автопневматическое дутье ,

создаваемое поршневым устройством 4, и одновременно при открытии клапана 6 в зону горения дуги вводится дугогасительная среда в жидкой фазе. Это приводит к увеличению

плотности дугогасительной среды в зоне горения дуги и повышает тем самым дугогасительную способность устройства.

Рассмотренная схема подачи дугогасительной среды представляет разомкнутый цикл - дугогасительная среда подается в одном направлении в сопло дугогасительного устройства и накапливается в резервуаре низкого давления. Это приводит к увеличению массы дугогасительной среды выключателя, но незначительно, поскольку масса вводимого конденсата невелика по сравнению с массой газа в выключателе. Коллектор 5 может быть выполнен в виде резервуара высокого давления Ссм.фиг.2) снабженного поршневым устройством 11, подпоршневая часть 12 которого связана трубкой 13 через обратный клапан 14 с резервуаром 1 низкого давления. В это коллекторе сжижение дугогасительной среды производится за счет высокого давления, создаваемого поршнем устройства 11, при этом клапан 14 закрыт. Во время процесса отключения тока к.з. конденсат через открытый клапан 6 поступает в дугогасительное устройство, там испаряется, бла годаря более низкому давлению и более высокой температуре. После з-аве шения процесса отключения клапан 6 закрывается, клапан 14 открыывается поршень устройства 11 движется в обратном направлении и газ из резе вуара низкого давления 1 засасывает ся в подпоршневую полость 12. После чего клапан 14 закрывается и вновь начинается процесс сжатия газа и конденсация. Такая схема подачи дугогасительной среды в отличие от первой является замкнутой. Автопневматический выключатель может быть снабжен холодильным элементом 15, размещенным в нижней час коллектора (см.фиг,3). Охлаждение дугогасительной среды способствует ее сжижению. Поэтому коллектор тако го рода позволяет получить конденсат при меньшем давлении, чем в пре дыдущем случае. Коллектор 5 может быть выполнен в виде холодильной камеры (см.фиг.4 .Это позволяет сжижать дугогасительную среду при более низких давлениях. При отключении тока к.з. впус ной клапан 6 открывается, и конденсат под действием развности между давлением, возникающим в струе газ создаваемой поршнем 4, и давлением в резервуаре всасывается в сопло д гогасительного устройства. Этому же способствует и сила тяжести, если коллектор расположен выше дугогаси тельного устройства. После завершения процесса отклю чения газ по трубе 13 вновь поступает в коллектор, там конденсирует ся и скапливается в резервуаре кол лектора. Выключатель готов к следу ющему отключению. Коллектор 5 может быть выполнен из двух ОТС.-КОВ (см.)). В первом отсеке 16, соединенном с резервуаром дугогасительнох-о устройства, расположен холодильный элемент 15, во втором отсеке 17 - емкость 18 переменного объема, выполненная, в частности, в виде сильфона, снабженного приводом 19. Между отсеками расположен обратный клапан 20. Конденсация газа происходит в первом отсеке 16, через постоянно открытый клапан 20 конденсат стекает в емкость 18. Во время отключения командой от анализатора тока 7 клапан 6 открывается, одновременно приводом 19 сжимается объем емкости 18, при этом клапан 20 закрывается, и конденсат вводится в зону горения дуги. После завершения процесса ОТ ключения цикл повторяется. Предложенный автопневматический выключатель с использованием дугогасительной среды в жидкой и газовой фазах, снабженный автономным от резервуара низкого давления коллектором, является более экономичным по сравнению с прототипом. Автономность коллектора позволяет создать в нем условия,необходимые для конденсации дугогасительной среды, т.е. достаточно низкую температуру при достаточно высоком давлении. Поскольку объем коллектора во много раз меньше объема резервуара, эта цель может быть достигнута более экономными средствами. При этом резервуар низкого давления, имеющий во много раз больший объем, может находиться при более низком рабочем давлении (в 3-5 раз), определяемым требованиями в основном электрической изоляции, и более высокой температуре, чем в коллекторе. Это во-первых, при сохранении отключающей способности позволяет снизить требования к прочности резервуара выключателя (в отличие от прототипа он является резервуаром низкого давления), т.е. уменьшить его металлоемкость или выполнить из менее прочного, но более легкого материала, т.е. снизить вес резервуара, во-вторых, уменьшить массу дугогасительной среды в этом резервуаре. Поскольку объем коллектора значительно меньше, чем резервуара выключателя, то для него необходим резервуар высокого давления малого объема, а холодильная камера малой мощности. Возможность управления впускным клапаном от токового реле позволяет номинальные и малые токи отключать за счет автопневматического дутья, а большие токи к.з. за счет дополнительного ввода дугогасительной среды в виде конденсата. Это приводит к уменьшению энергозатрат на конденсацию дугогасительной среды. По сравнению с автопневматическим выключателем, в котором коллектор и резервуар находятся в одинаковых условиях по температуре и дав лению 23, предложенный выключатель с автономным коллектором позволяет обеспечить в несколько раз большую кратность плотности жидкой фазы по отношению к газовой фазе дугогасительной среды, поэтому эффект, оказываемый введением жидкой фазы на отключающую способность автопневматического выключателя, значительно выше, чем в прототипе. Таким образом, предложенный автопневматический выключатель позво ет получить более высокую отключаю щую способность при тех же или мен ших материало- и энергозатратах, или такую же отключающую способнос при меньших габаритах материало- и энергозатратах. Формула изобретения 1. Автопневматический выключате содержащий резервуар низкого давле ния, заполненный дугогасящей средо в газовой фазе, размещенное в нем дугогасительное устройство, содерж щее коммутирующие контакты, коллек тор, заполненный дугогасящей средо в жидкой, в виде конденсата, и газовой фазах (газа), устройства для осуществления дутья газа в дугогасительном устройстве и для введени дозы конденсата из коллектора в дугогасительное устройство, клапан .расположенный между коллектором и дугогасительным устройством, о тличающийся тем, что, с целью повышения отключающей способ ности выключателя при снижении материалоемкости и энергозатрат на единицу мощности отключения выключателя, коллектор выполнен автономным, а клапан впускным, соединякидим коллектором с резервуаром низкого давления только на время гашения дуги. 2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что впуск ной клапан снабжен анализатором тока, который включен в цепь коммутирующих контактов. 3.Выключатель по п.1,отличающийся тем, что клапан выполнен с регулируемым пропускным сечением, величина которого меняется, например, за счет изменения хода подвижного элемента, управляемого от анализатора тока. 4.Выключатель по п.1, 2 и 3, отличающийся тем, что коллектор в виде сменного баллона высокого давления, в котором количество дугогасящей среды рассчитано по меньшей мере на нормированное между плановыми ревизиями число отключений токов короткого замыкания. 5.Выключатель по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что коллектор выполнен в виде резервуара высокого давления, снабженного поршневым устройством и обратным кл.апаном, которые расположены между поршневой частью поршневого устройства и резервуаром низкого давления. 6.Выключатель о п.5, о т л ичающийся тем, что камера коллектора дополнительно снабжена холодильным элементом . 7.Выключатель по п.1, 2 и 3, отличающийся тем, что коллектор выполнен в виде холодильной камеры с автоматической регулировкой режима конденсации и снабжен газопроводом, соединяющим часть камеры, в которой дугогасительная среда находится в газовой фазе, с резервуаром низкого давления. 8.Выключатель по п.7, о т л и чающийся тем, что холодильная камера выполнена состоящей из двух отсеков, в верхнем из которых размещен холодильный элемент, а в нижнемемкость переменного объема, снабженная приводом, а между отсеками расположен обратный клапан, закрывающийся только на время подачи конденсата из емкости переменного объема в дугогасительное устройство. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ 2647643 кл. Н 01 Н 33/82, 1968. 2.Патент США № 3406269 кл. 200 - 148, 1970. т