Высоковольтный прерыватель тока Советский патент 1981 года по МПК H01H85/02 

1

Изобретение относится к электротехническим коммутационным устройствам, а конкретно к прерывателя1м тока в цепях с высоким напряжением и может быть использовано в электротехнике в качестве предохранителя для отключения токов короткого эамыкания, а также для прерывания больших постоянных токов порядка 1-10 кА при высоких напряжениях порядка 10-100 кВ в частности в устройствах электропитания индуктивных накопителей.

Известны высоковольтные (до 35 кВ предохранители типа КП, содержащие фарфоровую трубку с латунными колпачками по концам. В трубку вставляется .плавкая вставка (одна или несколько медных проволок). Трубка заполняется чистым кварцевым песком, закрывается крышками и герметически запаивается 1 .

Однако во время срабатывания этих предохранителей воаникает электричес.кая дуга, которая впоследствии гасится между частицами кварцевого песка. В связи с этим полное время отключения токов к.3. большой кратности, т. е. максимальное быстродействие таких предохранителей составляет 5 7 мс.

Наиболее близким к изобретению является стрелякйдий предохранитель, содержащий корпус с каналом, изготовленный из изоляционного материала, и расположенную в канале плавкую вставку , переходящую в гибкий проводник. Со стороны плавкой вставки трубка плотно закрыта,а с другой - открытой стороны - гибкий проводник соединен

O с контактйым ножом на спиральной пружине . При токе к.3. плавкаявставка перегорает, контактный нож под действием пружины поворачивается и вытягивает гибкий проводник из трубки.

5 Образующаяся в трубке дуга нагревает стенки трубки, бурно выделяются газы, возникает продольное дутье из открытого торца трубки и дуга гасится за сотые доли секунды 2 .

Недостатками предохранителей это0го типа являются невысокая надежность и быстродействие, связанные с наличием дуги и необходимостью ее гашения, а также сложность конструкции, приводящая к значительному весу. Например,

5 предохранитель ПСНЛ-35 на номинальное напряжение 35 кВ и наибольший ток отключения 8 кА весит 88 кг.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия прерывателя за счет исключения дугообразования и упрощение его конструкции.

Цель достигается тем, что в прерывателе, содержащем корпус из изолирующего материала с каналом, внутри которого расположен разрушаема, проводник, подключенный к токовыводам, отношение площади внутреннего-сечения канала (S) к площади сечения проводника (s) составляет от 6,2 до 32,

При отнс иении S/g 6,2 прерыватель работает неустойчиво, что проверяется экспериментально в контуре постоянного тока с RC 25 мс. При отношении S/g 32 облегчаются условия цугсобразования и прерыватель становится ненадежным.

На фиг, 1, 2 и 3 представлены прерыватели с различными корпусами, продольные сечения; на Фиг. 4 - прерыватель спирального вида.

Высоковольтный прерыватель состоит из корпуса 1, выполненного из изоляционного материала и имеющего канал 2 постоянного по длине сечения {капилляр - фиг,1, сверление в блокефиг. 3) . Внутри канала помещен проводник 3, например медный, подключенный к токовыводам 4 на торцах канала 2, например с помощью пайки 5, При этом отношение площади сечения канала (S) должно быть в 6,2-32 раза больше площади сечения используемого проводника.

При рабрте прерывателя в случае прерывания тока дуга не возникает, так как нагревавь«ый током металл проводника 3, расширяясь, заполняет все сечение канала 2 паром высокой плотности и металлическим золем столь малого размера, что он не является электропроводным. Таким образом, в этих (S/s 6,2-32) условиях удается избежать возникновения электрической дуги в канале, что в частности, приводит к быстродействию, т. е, не требуется времени для гшпения дуги, Электрическая прочность устройства обеспечивается высокой электрической прочностью продуктов разрушения самого металла.

Торцы канала могут быть открытыми (фиг. 1), В этом случае процесс истечения непроводящих продуктов взрыва происходит с обеих сторон канала. Это делается для того, чтобы корпус не разрушался под воздействием избыточного давления. При использовании достаточно прочного корпуса один или оба торца могут быть наглухо закрытыми (фиг. 2 и 3), что приводит к повышению электрической прочности прерывателя. В.качестве изоляционного корпуса с каналом используются как готовые трубки (кварцевые, стеклянные, керамические, пластмассовые), так и сверления в блоках из изоляционного материала (органического стекла, фторопласта, гетинакса, текстолита).

Экспериментально исследуют действие прерывателя на примере быстрого нагревания медных проволок слабо спадающим постоянным током (RC-контура от 1,5 до 25 мс). Проволоки помещают в стеклянные трубки (см. фиг. 1) следуквдих размеров: внутренний диаметр (d) составляет 0,22 мм и 0,34 мм, внешний диаметр (D) - 4-5 мм, длина трубок 100 мм. Используют медную проволоку диаметром от 0,06 мм до 0,19 мм (всего 7 размеров).

Предлагаекблй прерыватель позволяет прервать, электрический ток в цепях с высоким напряжением. При этом он может применяться в качестве пре- дохранителя и прерывателя тока, в частности постоянного тока при коммутации его в индуктивных накопителях энергии. Прерыватель данного типа можно поставить в цепь параллельно механическому размыкателю для исключения дугообразования в последнем, подобно тому как шунтируется сопротивлением дуговой промежуток в таких размыкателях. Предлагаемый прерыватель позволяет использовать блочную компоновку: для прерывания значительного тока можно взять несколько трубок в параллель, что позволяет при любой величине тока выдержать необходимую плотность тока, чтобы обеспечить заданное время срабатывания. Предлагаемый тип прерывателя позволяет прерывать ток практически для токов любых реличин за время меньше 1 мс, что в случае использования обычно применяемых прерывателей является сложной задачей из-за трудностей гашения электрических дуг большого тока. Применение тугоплавких металлов в качестве плавких вставок в предлагаемом изобретении приводит к более высоким характеристикам прерывателя по напряжению. Например, при использовании Медных проволок в стеклянных капиллярах не удается получить электрическую прочность при прерывании тока Btaae, чем 1 кВ/см, тогда как применение вольфрамовых проволок того же диаметра и в тех же условиях приводит к электрической прочности не менеге 1,5 кВ/см.

Таки{/1 образсм, преимуществами предлагаемого прерывателя по сравнению с известными является повьгаиение надежности за счет исключения дугооб- разования, повышение быстродействия, а такж€ Упрощение конструкции прерывателя, так как отсутствуют движущиеся элементы.

Формула изобретения

Высоковольтный прерыватель тока,

содержшиий корпус из изолирующего материала с каналом, внутри которого расположен проводник, подключенный к 5 токовыводам, отличающийся