Высоковольтный выключатель Советский патент 1982 года по МПК H01H33/91 

(5t) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к газовым, в частности элегазовым, выключателям высокого напряжения.

Известен высоковольтный выключатель с двумя ступенями давления, содержащий дугогасительную камеру жесткой конструкции, заполненную жидким элегазом, предназначенным для создания потока дугогасящей среды. Внутри камеры расположены контакты, по крайней мере один из которых снабжен приводом, и устройство для увеличения объема жидкого элегаза в процессе размыкания контактов, выполненное в виде герметизированной емкости, заполненной газом. Один из контактов выполнен полым и снабжен подпружиненным клапаном для Герметизации камеры во включенном и отключенном полосе-, ниях контактов.

создания давления-в камере с жидким элегазом выключатель снабжен компрессором СО

Недостатком такого выключателя является большая длительность горения дуги. Это связано с тем, что для открытия клапана И начала гашения дуги парогазовой смесью через полый контакт с клапаном из объема с жидким элегазом -требуется 2-3 полупериода горения дуги. Наличие герметизированной емкости для увеличения объема жидкого элегаза в процессе размыкания в данной конструкции приводит к сниж€ нию скорости нарастания давления в камере и дополнительно увеличивает время горения дуги.

В период открытия и в процессе отключения подпружиненный клапан имеет колебательный характер движения. Это определяется кдк законами динамики и течения газопаровой смеси, так и пульсирующим характером давления в камере, причем спаду тока к нулю соответствует спад давления в камере и уменьшение проходного сечения клапана, что ухудшает условия обдува дуги при переходе тока через нуль и снижает отключающую способность выключателя. Электрическая прочность жидкого элегаза не превосходит электрической прочности газообразного элегаза, а наличие высокотемпературной парогазо вой фазы в межконтактном промежутке сразу после погасания дуги ограничивает электрическую прочность между контактами. Наличие компрессора такж усложняет конструкцию выключателя. Дополнительное усложнение конструкции вносится подпружиненным клапаном а совокупность указанных элементов снижает надежность выключателя. Известен газовый выключатель автокомпрессионного типа,У которого в цепях повышения степени сжатия газа в начале отключения поршень компрессионного устройства выполнен ступенчатым, состоящим из двух относительно подвижных коаксиальных частей, между которыми имеются пружины сжатия. В начале отключения поперечное сечение цилиндра равно сумме пло щадей двух частей поршня j а после размыкания контактов - лишь площади внутреннего поршня. При этом происходит сжатие возвратных пружин поршня 2.. Недостатком такой конструкции является наличие мощных пружин (суммар ное усилие несколько десятков килоньютон), а также большое число взаимоподвижных деталей и скользящих уплотнений, что усложняет и утяжеляе конструкцию, увеличивает ее габариты, снижает надежность. Наиболее близким к предлагаемому является газовый автокомпрессионный выключатель, содержащий корпус, подвижный и неподвижный контакты и автокомпрессионное дугогасительное уст ройство в виде цилиндра с соплом на его днище и поршня, перемещаемых дру относительно друга. Поршень дугогасительного устройства выполнен огран |ченно подвижным и снабжен направляющим и пружинящим устройствами, причем расстояние между поршнем и днищем цилиндра с соплом меньше полного хода подвижной системы. В конце хода на отключение цилиндр захватывает поршень и перемещает его против сил, создаваемых пружинящим устройством 3. Недостатком этой конструкции является большая масса поршня и цилиндра (для эффективной работы ройства требуется усилие пружинящего элемента в несколько десятков килоньютон, что, в свою очередь, определяет прочность, и, соответственно, массу цилиндра и поршн), а также ударное взаимодействие между цилиндром и массивным поршнем при отключении и между поршнем и упором на направляющей при включении. Это снижает срок службы и надежность конструкции , ведет к ее усложнению и утяжелению. Цель изобретения - снижение массы дугогасительного устройства и повышение надежности работы выключателя. Указанная цель достигается тем, что внутри цилиндра между днищем с соплом и поршнем расположена гарметичная эластичная камера, наполненная газообразной средой под давлением. Эластичная камера заполнена газом, молекулярный вес которого не больше молекулярного веса дугогасительной среды, например гелием или азотом. Для уменьшения массы и габаритов дугогасительного устройства эластичная камера имеет дополнительный герметичный объем,соединенный с ней каналом и расположенный в пределах пространства, ограниченного габаритами цилиндра с соплом во вкюченном и отключенном положениях. На фиг. 1 изображен выключатель во включенном положении; на фиг. 2 k - варианты дугогасительного устройства. Автокомпрессионный выключатель со держит герметизированный корпус 1 с .вводами 2 и 3, через которые проходят неподвижный контакт 4 и токоподвод 5. Дугогасительное устройство автокомпрессионного выключателя (см. фиг. 1) содержит подвижный цилиндр 6 с подвижным контактом 7 и соплом 8. С помощью тяги 9 подвижная система дугогасительного устройства соединена с приводом выключателя (не показан) . Неподвижная часть дугогасительного устройства (см. фиг. 1) состоит из поршня 10, опоры 11 и изолятора 12. Эластичная камера 13 из газонепроницаемого материала с одной стороны крепится к поршню 10, ас другой несет на себе охранный диск 14 и ограничитель хода 15 (в отключенном положении выключателя 15а). Устройства 16 и 17 содержат скользящие контакты и уплотнительные элементы. Внутренняя полость 18 эластичной кам ры 13 через окна 19 в поршне. 10 соединена с дополнительным герметичным объемом 20, образованным стенками опоры 11. Внутренняя полость 21 дуго гасительного устройства и пространст во 22, ограниченное герметичной оболочкой корпуса 1, заполнены газообразной дугогасительной средой с хоро шими изоляционными свойствами, напри мер шестифтористой серой (элегазом) или смесью этого газа с другими газами. С Днищем 23, несущим сопло 8, соединена крестовина 2 с окнами несущая контакт 7, имеющий центральный канал 25, соединенный отверстиями 26 с полостью разряжения 27, огра ниченной поршнем 28 и внутренними стенками опоры 11. На фиг. 2 показан вариант дугогасительного устройства автокомпрессио .ного выключателя (справа в положении Включено, а слева в положении Отключено). Устройство содержит все .основные элементы, указанные выше. Отличие заключается в том,, что эластичная камера 13 в этом варианте выполнена в виде двух секций тороидаль ной формы. Вариант дугогасительнбго устройства, показанный на фиг. 3, отличается тем, что эластичная камера 13 с стенками типа сильфонов крепится к днищу 23, а дополнительный объем 20 расположен за днищем 23 вокруг сопла. Ограничитель хода 15 в этом варианте выполнен в ви.де гибкого элемента Tvina нити, канатика и т.п. Пор шень jO снабжен упорами 29, образующими канал перетока из области 30 в направлении сопла после того, как охранный диск It достигнет этих упоров . Возможны и другие варианты размещения дополнительного объема, например в стенке цилиндра. На фиг. k показан вариант дугога1сительного устройства автокомпрессионного выключателя (слева в положе нии Включено, справа - Отключено) , отличающийся конструкцией оболочки камеры 13 и тем, что такая камера в отключенном положении занима-. ет минимальный объем в пространстве между поршнем и соплом. Кроме элементов, упомянутых выше, дугогасительное устройство в данном примере содержит элемент опорной конструкции 31 и охранный цилиндр 32, Любой из вариантов автокомпрессионного выключателя может быть выполнен как с подвижным цилиндром 6 и неподвижным поршнем 10, так и наоборот, конструкции могут быть выполнены как с соплом, расположенным на днище цилиндра, так и с соплом на поршне. Возможны также другие варианты. Выключатель работает следующим образом. В отключенном положении выключатель, удерживается приводом, В положении Включено или Отключено пространства 21 и 22 заполнены дугогасящей средой при одинаковых условиях.Полость 18 эластичной камеры 13 и дополнительный объем 20 (если он имеется) заполнены газом, сохраняющим газообразное состояние в 1ШРОКОМ интервале температур и давлений, а также имеющим высокую скорость распространения возмущений. Обычно это газы с относи.тельно невысоким молекулярным весом, например азот или гелий. Высокая скорость течения этих газов в каналах обеспечивает однородность параметров среда) в эластичной камере и в дополнительном объеме. Давление газа в полостях 18 и 20 таково, что объем 21 цилиндра 6, не занятый во включенном положении эластичной камерой 13, равен 0,3-0,7 произведения ,поперечного сечения поршня на полный ход цилиндра 6, причем в отключенном положении эластичная камера должна занимать возможно большую часть объема между поршнем 10 и днищем 23. При отключении объем полости 21 уменьшается и давление в этом объеме нарастает, причем тем быстрее, чем меньше начальный объем полости 21. При соответствующем выборе величины объема эластичной камеры 13 критическое давление в цилиндре достигается приблизительно к моменту размыкания контактов. В момент, когда давление в полости 21 достигает начального давления в полости 18, начинается одновременное сжатие объемов 21 и 18. Рост давления в полости 21 и истечение газа из нее при этом несколько замедляются. При этом близкий к оптимсшьному перепад давления ежду областями полости 21 и пространства 22 сохраняется практически на всем промежутке движения контактов в области наиболее вероятного га шения дуги. Гашение дуги, возникающей при отключении между контактами i и 7, осу ществляется потоком сжатого газа из полости 21 в область пространства 22 через отверстия в упомянутых контактак, а в тяжелых случаях также за счет обдува дуги потоком газа через сопло 8. Для тяжелых условий отключение (или для сплошных контактов и, 7 гашение дуги) происходит обычно после выхода контакта k из сопла 8. Исключительно небольшая инерционйость эластичной камеры 13 позволяет считать, что, как только давление в полости 21 (Pit ) достигает величины начального давления в полости 18 (Pfg ), давления в этих полостях остаются равными практически на всей оставшейся части хода до соприкосновения эластичной камеры с крестовиной 2k или упорами 29. После этого момента продолжается сжатие и опорожнение полости 21 и сжатие полости 18, нарастающее давление в которой используется для торможения подвижной системы вы лючателя. При соответствующем выборе параме ров надкритический перепад давления (Pgf /Ру ) сохраняется более, чем на половине хода на отключение. Предложенный автокомпрессионный выключатель имеет следующие преимущества по сравнению с известным: уменьшенную массу дугогасительного устройства, что, в основном, достигается снижением нагрузок на поршень снижением наибольшего давления в цилиндре, снижением ударных и других динамических нагрузок, а также благодаря использованию в качестве упругого элемента сжатого газа; повышенную надежность в работе, что обес печивается снижением вероятности заклинивания или расцепления между цилиндром и поршнем благодаря жесткой конструкции последнего; снижением вероятности отказа в гашении дуги пр нарушении работы устройства, контролирующего уровень, давления в рабочем объеме цилиндра; возможностbjp постоя ного контроля целостности упомянутого устройства без вывода выключателя из работы; снижением динамических н грузок на привод и выключатель в целом; повышенную способность к пропусканию номинального тока, что достигается за счет уменьшения числа переходных скользящих контактов. Такими же преимуществами обладают и другие эквивалентные варианты конструкции, такие, например, как с подвижными контактом и соплом, связанными с поршнем, с контактами, расположенными на фиксированном расстоянии, и другие. Предложенный высоковольтный выключатель предназначен для установки в сетях электропередач напряжением 110 кВ и выше, как в составе герметизированных элегазовых подстанций, так и в виде отдельных выключателей наружной и внутренней установки с номинальными токами 2000 А и более и номинальными токами отключения «О кА и выше. Формула изобретения 1. Высоковольтный выключатель, наг пример элегазовый, содержащий корпус, подвижный и неподвижный контакты и автокомпрессионное дугогасительное устройство в виде цилиндра с соплом на его днище и поршня, имеющих возможность, перемещаться относительно друг друга, о т ли чающийся тем, что, с целью повышения надежности работы выключателя, внутри цилиндра между днищем с соплом и поршнем расположена дополнительно введенная герметичная эластичная камера, наполненная газообразной средой под давлением. 3. Выключатель по п. 1, о т л и чающий с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и массы дугогасительного устройства, эластичная камера снабжена дополнительным герметичным объемом, соединенным с ней каналом и расположенным в пределах пространства, ограниченного габаритаtw цилиндра с соплом во включенном и отключенном положениях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 01 Н 33/00, 1977. 2.Патент США N 38296, кл. 200-Й8 А, 1972. 3.Патент ФРГ № 1765153, кл. 21 с 35/10, 1967.

22

срие.2

Юn

фиг.З