Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных автокомпрессионных выключателей. Изобретение позволяет выбрать оптимальные параметры конструкции дугогасительного устройства, обеспечивающие надежность функционирования выключателя при отключении. Дугогасительное устройство выключателя содержит главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия щелевым каналом для обеспечения поперечного дутья, выполненным в теле изоляционного сопла, и с общим объемом выключателя щелевым каналом продольного дутья, образованным наружной поверхностью дугогасительного контакта и внутренней поверхностью изоляционного сопла, при этом в дугогасительное устройство дополнительно введены изоляционная втулка, отделяющая камеру автогенерации, выполненную в теле изоляционного сопла, от щелевого канала для обеспечения поперечного дутья, внутренняя поверхность оконечности которой ограничивает в пространстве вверх по потоку полость автогенерации, и цилиндрическая изоляционная втулка с фиксированным зазором, внутренняя поверхность которой образует вместе с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта камеру, которая вместе с камерой автогенерации связана с полостью автогенерации через кольцевые каналы. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных автокомпрессионных выключателей.

Известно дугогастиельное устройство газонаполненного автокомпрессионного выключателя /1/, в котором имеются подвижный и неподвижный главные контакты и дугогасительные контакты, металлическое и изоляционное сопла. В такой конструкции горловины сопел имеют значительные площади поперечных сечений, что снижает эффективность дугогашения и площади поперечных сечений, что снижает эффективность дугогашения и требуется большая мощность привода для функционирования выключателя при коммутации номинального тока отключения, что снижает надежность выключателя в эксплуатации.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя /2/, содержащее главные и дугогасительные контакты, металлическое и изоляционное сопла, полость автогенерации, совмещенную с межконтактным промежутком внутри изоляционного сопла между дугогасительными контактами, соединенную с камерой сжатия и камерой выключателя щелевыми цилиндрическими каналами.

Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации /2, 3/ что позволяет повысить давление вверх по потоку, а следовательно, увеличить массовый расход дугогасящей среды при отключении и уменьшить нагрузку на привод.

Известно /3/, что эффект автогенерации связан с абляцией внутренней поверхности изоляционного сопла и возникновением аксиальных потоков пара /элементарный углерод и CF₄/, как вверх по потоку, так и вниз по потоку дугогасящего газа с точкой стагнации в центре цилиндрической части сопла, при этом массовый расход пара возрастает при увеличении тока отключения, длины изоляционного сопла и уменьшении его внутреннего диаметра. С увеличением межконтактного промежутка длина дуги увеличивается, процесс автогенерации усиливается, давление в полости автогенерации возрастает.

При увеличении номинального напряжения на разрыв необходимо увеличение межконтактного расстояния, что сопровождается увеличением времени горения дуги при ограниченной мощности привода. При этом увеличивается энергия дуги отключения и объема полости автогенерации 1 становится недостаточно для нормального функционирования выключателя, требуется больший массовый расход среды за счет генерации к моменту гашения дуги, что вызывает необходимость введения дополнительных импульсных аккумуляторов энергии с использованием эффекта автогенерации.

Оптимальное сочетание автокомпрессии с более объемной системой автогенерации позволит при увеличении номинального напряжения на разрыв как уменьшить нагрузку на привод, так и повысить отключающую способность выключателя без существенного увеличения времени отключения и номинального давления в объеме выключателя.

Задачей изобретения является выбор оптимальных параметров конструкции дугогасительного устройства, обеспечивающий надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного автокомпрессионного выключателя при отключении.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия щелевым каналом для обеспечения поперечного дутья, выполненным в теле изоляционного сопла, и с общим объемом выключателя щелевым каналом продольного дутья, образованным наружной поверхностью дугогасительного контакта с и внутренней поверхностью изоляционного сопла, дополнительно снабжено изоляционной втулкой, отделяющей камеру автогенерации, образованную в теле указанного изоляционного сопла, от указанного щелевого канала для обеспечения поперечного дутья, внутренняя поверхность оконечности которой ограничивает в пространстве вверх по потоку указанную полость автогенерации, и цилиндрической изоляционной втулкой с фиксированным зазором, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта камеру, причем указанная камера, образованная внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта, и камера автогенерации связаны с полостью автогенерации через кольцевые каналы, а в момент гашения дуги выполняется соотношение объектов V_B ≥ V_А + V_С ≥ V_D, или где V_B - объем камеры сжатия, V_a - объем полости автогенерации, V_С - объем камеры автогенерации, V_D - объем камеры (D), образованной внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного "дугогасительного контакта".

Нам не известны дугогасительные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей, в которых надежность функционирования дугогасительного устройства при отключении осуществляется за счет изоляционной втулки, отделяющей камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла от щелевого канала, выполненного для обеспечения поперечного дутья, внутренняя поверхность оконечности которой ограничивает в пространстве вверх по потоку указанную полость автогенерации, и цилиндрической изоляционной втулкой с фиксированным зазором, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта камеру, причем указанная камера, образованная внутренней поверхностью втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта и камера автогенерации связаны с полостью автогенерации через кольцевые каналы, а в момент гашения дуги выполняется соотношение V_B ≥ V_А + V_С ≥ V_D.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя и момент отключения.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, подвижной дугогасительный контакт 3, неподвижный поршень 4, дугогасительный контакт 5. На главном подвижном контакте 2 жестко закреплено изоляционное сопло 6. Полость автогенерации ограничена внутренней поверхностью изоляционного сопла 6 и дугогасительными контактами 3, 5 совмещена с межконтактным промежутком и соединена щелевым каналом 7 с камерой сжатия, при этом щелевой канал выполнен в теле изоляционного сопла 6 для обеспечения поперечного дутья с выходом в полость автогенерации. Камера сжатия находится между подвижной системой выключателя, включающей в себя изоляционное сопло 6, главный подвижный контакт 2, подвижный дугогасительный контакт 3, шток привода, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 /на чертеже не показан/ и неподвижным поршнем 4.

Оптимальное сочетание автокомпрессии с более объемной системой автогенерации позволит при увеличении номинального напряжения на разрыв как уменьшить нагрузку на привод, так и повысить отключающую способность выключателя без существенного увеличения времени отключения и номинального давления в объеме выключателя. Полость автогенерации увеличена в пространстве вверх по потоку и соединена с помощью кольцевых каналов 8 и 9 с камерой автогенерации в теле изоляционного сопла 6 и с камерой D, образованной внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором 10 и внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта 3. Внутренняя поверхность оконечности изоляционной втулки 11 отделяет камеру автогенерации от щелевого канала 7. С общим объемом выключателя полость автогенерации связана щелевым каналом продольного дутья 12 и через сопло в подвижном дугогасительном контакте 3.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом.

Отключение. При подаче команды на отключение перемещается подвижная система выключателя с главным подвижным контактом 2, подвижным дугогасительным контактом 3 и изоляционным соплом 6 сверху вниз.

Сначала размыкаются главные контакты 1 и 2, одновременно ток сбрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов 3 и 5. По мере движения подвижной системы выключателя с относительно неподвижного поршня 4 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия. После размыкания дугогасительных контактов 3 и 5 электрическая дуга горит в полости автогенерации между дугогасительными контактами 3 и 5 во внутренней поверхности изоляционного сопла 6. В полости автогенерации за счет энергии излучения, воздействующей на внутреннюю поверхность изоляционного сопла 6 и внутреннюю поверхность оконечности изоляционной втулки 11, а также на внутреннюю поверхность камеры автогенерации и изоляционную поверхность камеры D возникает эффект автогенерации /абляция изоляционных стенок/ и возникновение массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в полости автогенерации и камере автогенерации, а также в камере D. В процессе перемещения подвижной системы выключателя открывается щелевой канал продольного дутья 12, что позволяет частично ограничить давление газа в полости автогенерации и степень разрушения внутренней поверхности горловины изоляционного сопла 6 при максимальном токе отключения, а в момент перехода его через нуль обеспечить восстановление потока газа из камеры сжатия через сопло в подвижном дугогасительном контакте 3, и поток через целевой канал продольного дутья 12 в общий объем выключателя, что позволяет эффективно гасить электрическую дугу отключения.

Заключение. При включении выключателя сначала происходит контактирование подвижного дугогасительного контакта 3, с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1 и 2.

Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при повышении номинального напряжения на разрыв при ограниченной мощности привода достигается за счет соответствующего выбора полости автогенерации и камеры автогенерации в сочетании с камерой D.

Исследованиями установлено, что введение камеры D обеспечивает усиление расходного эффекта относительно выходного сечения первого щелевого канала 7 и способствует уменьшению расхода рабочей среды из камеры сжатия в полость автогенерации в фазе большого тока. К моменту гашения дуги высокочастотные колебания газа в камере D обеспечивают повышение уровня мелкомасштабной турбулентности в потоке среды из камеры сжатия, что способствует улучшению коммутационной способности в тепловой фазе пробой /режим НКЗ и начального ПВН/. Аккумуляция энергии газа в камере автогенерации способствует увеличению массового расхода газа в момент перехода тока через нуль. При этом в пространстве вверх по потоку в этот момент действуют два газовых потока, разделенных изоляционной втулкой 11, что повышает уровень взаимодействия среды с остаточной электрической дугой отключения и отключающая способность выключателя повышается. На основании проведенных исследований к моменту перехода тока через нуль при гашении дуги необходимо выполнить следующие соотношение V_B ≥ V_А + V_С ≥ V_D где V_B - объем камеры сжатия, V_А - объем полости автогенерации, V_С - объем камеры авто генерации, V_D - объем камеры D, образованной внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта.

Литература: 1. SN, патент, 519238, H 01 H 33/21, 1972.

2. Заявка N 95115860, 11.09.95 (ф. N 10 ИЗ, ПМ-96, от 17.09.96).

3. Kirchesch P., Niemeyer L., Arc behavijr in an Abbating Nozzzle, Proc. jf Sth/int. Symposium SAP, 1985, Lodz, 39-43.

Формула изобретения

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия щелевым каналом для обеспечения поперечного дутья, выполненным в теле изоляционного сопла, и с общим объемом выключателя щелевым каналом продольного дутья, образованным наружной поверхностью дугогасительного контакта и внутренней поверхностью изоляционного сопла, отличающееся тем, что оно снабжено изоляционной втулкой, отделяющей камеру автогенерации, образованную в теле указанного изоляционного сопла, от указанного щелевого канала для обеспечения поперечного дутья, внутренняя поверхность оконечности которой ограничивает в пространстве вверх по потоку указанную полость автогенерации, и цилиндрической изоляционной втулкой с фиксированным зазором, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта камеру, причем указанная камера, образованная внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта, и камера автогенерации связаны с полостью автогенерации через кольцевые каналы, а в момент гашения дуги выполняется соотношение объемов V_B≥V_A+V_C≥V_D, где V_B - объем камеры сжатия; V_A - объем полости автогенерации; V_C - объем камеры автогенерации; V_D - объем камеры (D), образованной внутренней поверхностью цилиндрической изоляционной втулки с фиксированным зазором с внешней цилиндрической поверхностью подвижного "дугогасительного контакта".

РИСУНКИ

Рисунок 1