Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей. Технический результат заключается в оптимальном сочетании автокомпрессии с более объемной системой автогенерации, ограничении воздействия электрической дуги отключения на торцевую поверхность подвижного дугогасительного контакта и выборе оптимальных параметров дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя. В дугогасительном устройстве высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем главные контакты, дугогасительные контакты, изоляционное сопло (ИС), цилиндрическую изоляционную втулку (ЦИВ), неподвижный поршень и полость автогенерации, ЦИВ выполнена Г-образной, ограничивающей внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью - камеру автогенерации, образованную в теле ИС и соединенную с камерой сжатия каналом. Канал образован внутренней цилиндрической поверхностью ИС и внешней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, внутренняя поверхность которой образует с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта дополнительную камеру автодутья. 1 ил.

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

Известно дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [1] , в котором имеются главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло. Недостатком данной конструкции является значительная мощность привода для функционирования выключателя при коммутации номинальных токов отключения, малое номинальное напряжение на один разрыв, что снижает надежность выключателя в эксплуатации.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [2], содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, изоляционную цилиндрическую втулку, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия и камерой выключателя каналами. Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации, что позволяет повысить давление вверх по потоку, а следовательно, увеличить массовый расход дугогасящей среды при отключении (в области нуля тока) и уменьшить нагрузку на привод. При увеличении номинального напряжения на разрыв необходимо увеличить межконтактное расстояние, что сопровождается увеличением времени горения дуги, а, следовательно, энергии дуги отключения, и объем полости автогенерации становится недостаточным для нормального функционирования выключателя: требуется введение дополнительных импульсных накопителей с использованием эффекта автогенерации. При увеличении номинальных токов отключения коммутационный износ поверхностей дугогасительных контактов приводит к снижению электрической прочности межконтактного промежутка в посленулевой период восстановления напряжения на дугогасительных контактах выключателя и увеличению времени горения дуги.

Задачей предлагаемого изобретения является оптимальное сочетание в конструкции автокомпрессии с более объемной системой автогенерации, ограничение воздействия электрической дуги отключения на торцевую поверхность подвижного дугогасительного контакта, выбор оптимальных параметров дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительном устройстве высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, цилиндрическую изоляционную втулку, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия и камерой выключателя каналами, цилиндрическая изоляционная втулка выполнена Г-образной, ограничивающей внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью - введенную камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла, соединенную с объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, внутренняя поверхность которой образует с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта дополнительную камеру автодутья, при этом выполняются соотношения: d_к > d > 1,2 d_м, где d_м - диаметр горловины сопла подвижного дугогасительного контакта, d - диаметр внутренней оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, d_к - внешний диаметр подвижного дугогасительного контакта; S > S_к = (0,8 - 1,2)(S_и + S_м), где S - площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, S_к - минимальная (критическая) площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, S_и, S_м - площади поперечного сечения горловины изоляционного сопла и горловины металлического сопла соответственно; 0^o < α < 35^o,
где α - угол организации поперечного дутья через канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки;

где R - радиус перехода внутренней цилиндрической части Г-образной изоляционной цилиндрической втулки к внутренней Г-образной оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.

Нам неизвестны дугогасительные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей, в которых надежность функционирования дугогасительного устройства при повышенных напряжении на разрыв и номинальном токе отключения осуществляется за счет конструкции, где цилиндрическая изоляционная втулка выполнена Г-образной, ограничивающей внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью - введенную камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла, соединенную с объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, внутренняя поверхность которой образует с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта камеру автодутья, при этом выполняются соотношения:
d_к > d > 1,2 d_м,
где d_м - диаметр горловины сопла подвижного дугогасительного контакта,
d - диаметр внутренней оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
d_к - внешний диаметр подвижного дугогасительного контакта;
S > S_к = (0,8 - 1,2)(S_и + S_м),
где S - площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней цилиндрической поверхность изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
S_к - минимальная (критическая) площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
S_и, S_м - площади поперечного сечения горловины изоляционного сопла и горловины металлического сопла соответственно:
0^o < α < 35^o,
где α - угол организации поперечного дутья через канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки;

где R - радиус перехода внутренней цилиндрической части Г-образной изоляционной цилиндрической втулки к внутренней Г-образной оконечности цилиндрической изоляционной втулки.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного отключения.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, подвижной дугогасительный контакт 3, неподвижный поршень 4, неподвижный дугогасительный контакт 5, изоляционное сопло 6, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку 7, жестко закрепленную на подвижном дугогасительном контакте 3. Подвижная система выключателя включает в себя главный подвижный контакт 2, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 и штоком привода (на чертеже не показано). На главном подвижном контакте 2 закреплено изоляционное сопло 6. Внутренняя поверхность втулки 7 образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта 3 дополнительную камеру автодутья, при этом втулка 7 ограничивает внутренней оконечностью с диаметром d полость автогенерации, которая ограничена внутренней поверхностью изоляционного сопла 6 и дугогасительными контактами 3, 5, совмещенную с межконтактным промежутком и соединенную каналами с критическими сечениями S_и, S_м, S_к (где S_и, S_м - площади поперечного сечения горловины изоляционного сопла и горловины металлического сопла соответственно; S_к - минимальная (критическая) площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной цилиндрической изоляционной втулки) с камерой выключателя и камерой автогенерации, выполненной в теле изоляционного сопла 6. Камера автогенерации связана с камерой сжатия 8 каналом с площадью поперечного сечения S, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла 6 и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7. Подвижной дугогасительный контакт 3 выполнен с диаметром горловины d_м и с внешним диаметром d_к. Канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла 6 и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической 2 изоляционной втулки 7, имеет минимальную (критическую) площадь поперечного сечения S_к и выполнен для организации поперечного дутья в межконтактный промежуток с углом α, где α - угол организации поперечного дутья. Камера сжатия 8 представляет собой надпоршневой объем, ограниченный неподвижным поршнем 4, внутренней поверхностью главного контакта 2, внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта 3 и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7. Переход внутренней цилиндрической части Г-образной изоляционной цилиндрической втулки к внутренней Г-образной оконечности Г-образной изоляционной втулки выполнен с радиусом R.

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, 2, затем ток перебрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов неподвижного 5 и подвижного 3. По мере движения подвижной системы выключателя относительно неподвижного поршня 4 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия 8. 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, внутреннюю поверхность оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7, внутреннюю изоляционную поверхность дополнительной камеры автодутья, на внутреннюю поверхность камеры автогенерации, возникает значительный эффект автогенерации, связанный с абляцией изоляционных стенок и возникновением массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в межконтактном промежутке и значительному расходному эффекту, ограничивающему доступ дугогасящей среды из камеры сжатия 8 в межконтактный промежуток в максимуме отключаемого тока. В момент перехода тока через нуль обеспечивается восстановление потока газа из камеры сжатия 8 и далее через сопло подвижного дугогасительного контакта 3 и изоляционное сопло 6 в камеру выключателя с повышенным массовым расходом дугогасящей среды, что повышает эффективность дугогашения.

Включение. При включении выключателя вначале имеется контактирование подвижного дугогасительного контакта 3 с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1, 2.

Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при повышенном напряжении на разрыв (при ограничении мощности привода) достигается введением вышеописанной Г-образной изоляционной цилиндрической втулки и выбором оптимальных соотношений в конструкции дугогасительного устройства. Так для ограничения полости автогенерации и организации потока газа в межконтактный промежуток следует выполнить соотношение
d_к > d > 1,2 d_м,
где d_м - диаметр горловины сопла подвижного дугогасительного контакта,
d - диаметр внутренней оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
d_к - внешний диаметр подвижного дугогасительного контакта.

Для эффективной продувки межконтактного промежутка в области нуля тока из камеры сжатия необходимо выполнить соотношение
S > S_к = (0,8 - 1,2)(S_и + S_м)
где S - площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
S_к - минимальная (критическая) площадь поперечного сечения канала, образованного поверхностью оконечности входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,
S_и, S_м - площади поперечного сечения горловины изоляционного сопла и горловины металлического сопла соответственно.

При этом α - угол организации поперечного дутья через канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, следует ограничить в диапазоне 0^o < α < 35^o.

Для оптимизации электрических и газодинамических характеристик, в конструкции втулки 7 переход внутренней цилиндрической части Г-образной изоляционной цилиндрической втулки к внутренней Г-образной оконечности выполнен с радиусом R, при котором выполняется соотношение

Проведенные исследования показали ограничение воздействия электрической дуги отключения на торцевую поверхность подвижного дугогасительного контакта в данной конструкции и возможность повышения коммутационного ресурса.

Литература
1. Патент 519238, H 01 H 33/91, 1972, Швейцария, ВВС
2. Патент 2094886 C1, H 01 H 33/91, 1998, РФн

Формула изобретения

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет металлическое сопло, изоляционное сопло, изоляционную цилиндрическую втулку, неподвижный поршень, полость автогенерации, ограниченную внутренней поверхностью изоляционного сопла и дугогасительными контактами, совмещенную с межконтактным промежутком, соединенную с камерой сжатия и камерой выключателя каналами, отличающееся тем, что цилиндрическая изоляционная втулка выполнена Г-образной, ограничивающей внутренней оконечностью полость автогенерации, а внешней поверхностью - камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла, соединенную с камерой сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, внутренняя поверхность которой образует с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта дополнительную камеру автодутья, при этом выполняются соотношения
d_к > d > 1,2 d_м,
где d_м - диаметр горловины сопла подвижного дугогасительного контакта;
d - диаметр внутренней оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки;
d_к - внешний диаметр подвижного дугогасительного контакта,
S > S_к = (0,8-1,2)(S_и+S_м),
где S - площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки;
S_к - минимальная площадь поперечного сечения канала, образованного внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки;
S_и, S_м - площади поперечного сечения горловины изоляционного сопла и горловины металлического сопла соответственно:
0^o < α < 35^o,
где α - угол организации поперечного дутья через канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки,

где R - радиус перехода внутренней цилиндрической части Г-образной изоляционной цилиндрической втулки к внутренней Г-образной оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1