Высоковольтный автоматический выключатель
Изобретение относится к области электротехники, а именно к высоковольтному автоматическому выключателю, содержащему первую и вторую дугогасительные камеры (42, 44), находящиеся в области высокого напряжения, причем каждая дугогасительная камера включает в себя подвижный контакт (3b; 43b), выполненный с возможностью перевода между разомкнутым и замкнутым состояниями, и механизм (46) приведения в действие, находящийся в области высокого напряжения и выполненный с возможностью перевода подвижных контактов (3b; 43b) между разомкнутым и замкнутым состояниями. Механизм приведения в действие содержит первый исполнительный механизм (48), выполненный с возможностью управления подвижным контактом (3b) первой дугогасительной камеры (42), и второй исполнительный механизм (50), выполненный с возможностью управления подвижным контактом (43b) второй дугогасительной камеры (44), а конфигурация первого и второго исполнительных механизмов обеспечивает перевод подвижных контактов первой и второй дугогасительных камер (42, 44) независимо друг от друга. Повышение безопасности защиты электрических цепей от повреждения сверхтоками или коротким замыканием, при повышении компактности устройства, является техническим результатом изобретения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к высоковольтным автоматическим выключателям, содержащим, по меньшей мере, два прерывателя. Изобретение также относится к применению высоковольтного автоматического выключателя, соответствующего изобретению, для прерывания многофазного тока.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Автоматический выключатель представляет собой работающий в автоматическом режиме электрический выключатель, предназначенный для защиты электрической цепи от повреждения, обуславливаемого сверхтоком, перегрузкой или коротким замыканием. Основной функцией предлагаемого автоматического выключателя является прерывание протекания тока после того, как датчик системы безопасности обнаружил неисправность.
На фиг.1 показан пример известного автоматического выключателя 1. Известный автоматический выключатель содержит, по меньшей мере, одну дугогасительную камеру 2. Дугогасительная камера 2 включает в себя, по меньшей мере, один неподвижный контакт 3a и подвижный контакт 3b, выполненный с возможностью перевода относительно неподвижного контакта между разомкнутым и замкнутым состояниями. Дугогасительная камера 2 дополнительно содержит изолирующий корпус 4, в котором заключены неподвижный и подвижный контакты 3a-b, имеющий электрическую входную клемму 5a на одном конце и электрическую выходную клемму 5b на противоположном конце. Дугогасительная камера 2 расположена в верхней области высокого напряжения, т.е., находится под электрическим потенциалом выше 1 кВ, и на некотором расстоянии от нижней области заземления. Автоматический выключатель 1 дополнительно содержит опорную раму 6, чтобы придать дугогасительной камере 2 опору и поддерживать дугогасительную камеру на некотором безопасном расстоянии от грунта. Опорная рама 6 включает в себя основание 8 или опорную конструкцию, расположенную в области заземления, т.е., области под потенциалом земли, и изолирующую часть 10 или опорный изолятор, размещенный между основанием 8 и дугогасительной камерой 2. Изолирующая часть заполнена изолирующей средой, например - SF6. Изолирующая часть 10 обеспечивает электрическую изоляцию между основанием 8 под потенциалом земли и дугогасительной камерой 2 под высоким электрическим потенциалом.
Автоматический выключатель 1 дополнительно содержит, по меньшей мере, одну тягу 12, крепящуюся к подвижному контакту 3b и совершающую линейное движение относительно опорной рамы 6, и механизм 14 приведения в действие для сообщения движения тяге с целью размыкания и замыкания контактов 3a-b. Механизм 14 приведения в действие перемещает тягу 12, а посредством нее - подвижный контакт 3b дугогасительной камеры. Механизм 14 приведения в действие содержит поршень 16, пружину (не показана) для приведения поршня 16 в действие, и электродвигатель (не показан) для нагружения пружины. Механизм 14 приведения в действие находится на основании 8 опорной рамы 6 и ниже изолирующей части 10. К механизму 14 приведения в действие приложен потенциал земли. Электроэнергия на электродвигатель подается посредством кабеля 18 от источника 19 электроэнергии, находящегося в области заземления. Недостаток, связанный с этим известным автоматическим выключателем, заключается в том, что он требует избытка энергии, чтобы управлять подвижным контактом дугогасительной камеры посредством тяги из области заземления. Другой недостаток заключается в том, что работа известного устройства приводит только к передаче механической энергии в форме крутящего момента, что является ограничительным действием.
Чтобы иметь возможность прерывать токи более чем для одной фазы, автоматический выключатель должен иметь по одному прерывателю для каждой фазы. Таким образом, трехфазный автоматический выключатель включает в себя три дугогасительные камеры. Кроме того, чтобы иметь возможность прерывать ток поэтапно, каждой из дугогасительных камер следует управлять индивидуально. Подстанция часто включает в себя большое количество автоматических выключателей, прерывающих разные токи, и поэтому подстанции требуется большое количество независимо эксплуатируемых дугогасительных камер.
В документе EP 1164610 раскрыт высоковольтный автоматический выключатель, содержащий дугогасительную камеру, находящуюся в области высокого напряжения и включающую в себя подвижный контакт, выполненный с возможностью перевода между разомкнутым и замкнутым состояниями, приводной механизм, находящийся в области высокого напряжения и содержащий исполнительный механизм для сообщения движения подвижному контакту дугогасительной камеры, источник электроэнергии, находящийся в области заземления, и средство передачи электроэнергии, включающее в себя оптическое волокно, по которому в приводной механизм вводится ток питания форме световых сигналов, которые затем преобразуются в электрический ток при высоком электрическом потенциале. Оптическое волокно направляется через внутреннее пространство опорной рамы. Каждый полюс автоматического выключателя имеет одну дугогасительную камеру и один исполнительный механизм, находящиеся на высоком уровне напряжения. Дугогасительная камера и исполнительный механизм каждого полюса опираются на две опорные рамы. На каждый из исполнительных механизмов подается электроэнергия с помощью устройства передачи электроэнергии, включающего в себя оптическое волокно, проходящее через внутреннее пространство одной из опорных рам. Следовательно, трехфазному автоматическому выключателю нужны шесть опорных рам.
ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить затраты на опорную конструкцию для автоматического выключателя, включающего в себя, по меньшей мере, два независимо управляемых прерывателя. Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить опорную поверхность автоматического выключателя.
Эта задача решается посредством высоковольтного автоматического выключателя, охарактеризованного в п.1 формулы изобретения.
Этот автоматический выключатель представляет собой высоковольтный автоматический выключатель, включающий в себя первую и вторую дугогасительные камеры, находящиеся в области высокого напряжения, причем каждая дугогасительная камера включает в себя подвижный контакт, выполненный с возможностью перевода между разомкнутым и замкнутым состояниями, и механизм приведения в действие, находящийся в области высокого напряжения и выполненный с возможностью перевода подвижных контактов между разомкнутым и замкнутым состояниями. Механизм приведения в действие содержит первый исполнительный механизм, выполненный с возможностью управления подвижным контактом первой дугогасительной камеры, и второй исполнительный механизм, выполненный с возможностью управления подвижным контактом второй дугогасительной камеры, а конфигурация первого и второго исполнительных механизмов обеспечивает перемещение подвижных контактов первой и второй дугогасительных камер независимо друг от друга. Автоматический выключатель дополнительно содержит источник электроэнергии, находящийся в области заземления, и средство передачи электроэнергии, предназначенное для передачи электроэнергии от источника электроэнергии в механизм приведения в действие, содержащее устройство беспроводной передачи электроэнергии, выполненное для передачи электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения. Первый и второй исполнительные механизмы совмещены в единственный блок, находящийся между первой и второй дугогасительными камерами, а конфигурация упомянутого устройства передачи электроэнергии обеспечивает подачу электроэнергии в первый, а также во второй исполнительные механизмы.
Как дугогасительная камера, так и механизм приведения в действие находятся в области высокого напряжения. Изобретение основано на понимании того, что, благодаря перемещению механизма приведения в действие в область высокого напряжения и исключению тяги, появляется возможность совместить первый и второй исполнительные механизмы в один блок, находящийся между первой и второй дугогасительными камерами, и за счет этого уменьшить фундамент, необходимый для придания опоры прерывателю и механизму приведения в действие. Таким образом, появляется возможность уменьшить количество опорных рам или даже исключить опорные рамы, и поэтому можно уменьшить затраты на опорную конструкцию. На подстанции появляется возможность уменьшить количество опорных рам вдвое, поскольку две дугогасительные камеры могут совместно использовать одну опорную раму. Дополнительное преимущество в связи с изобретением заключается в том, что можно обеспечить более компактный автоматический выключатель. Кроме того, уменьшается опорная поверхность автоматического выключателя. Еще одно преимущество в связи с изобретением заключается в том, между двумя дугогасительными камерами, выполненными для прерывания токов двух разных фаз, возможно совместное использование ими одного устройства передачи электроэнергии, что дополнительно уменьшит затраты на автоматический выключатель.
Поскольку конфигурация первого и второго исполнительных механизмов обеспечивает перевод подвижных контактов первой и второй дугогасительных камер независимо друг от друга, открыванием и закрыванием дугогасительных камер можно управлять независимо друг от друга. Следовательно, токи через первый и второй прерыватели можно прерывать в разные моменты времени. Таким образом, первый и второй прерыватели получают возможность прерывать токи с разными сдвигами фаз. Это позволяет двум прерывателям прерывать токи разных фаз или разными способами, не связанными друг с другом. Поэтому два независимо управляемых прерывателя могут совместно использовать один и тот же механизм управления, а также одно и то же устройство передачи электроэнергии.
Как дугогасительная камера, так и механизм приведения в действие, находятся в области высокого напряжения. Механизм приведения в действие находится в непосредственной близости от дугогасительных камер. Источник электроэнергии находится в области заземления, т.е., области под потенциалом земли. Для подачи электроэнергии в механизм приведения в действие, автоматический выключатель оснащен средством передачи электроэнергии, которое содержит устройство передачи электроэнергии, приспособленное для передачи электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения. Первый и второй исполнительные механизмы совмещены в единственный блок, находящийся между первой и второй дугогасительными камерами, а конфигурация упомянутого устройства передачи электроэнергии обеспечивает подачу электроэнергии в первый, а также во второй исполнительные механизмы, приспособленные для беспроводной передачи электроэнергии. Перенос электроэнергии в дугогасительную камеру посредством беспроводной передачи электроэнергии делает возможным размещение механизма приведения в действие близко к прерывателю в области высокого напряжения, а вследствие этого - значительное сокращение длины тяги и даже исключение тяги.
Термин «высокое напряжение» означает напряжение свыше 1 кВ. Таким образом, напряжение в области высокого напряжения больше 1 кВ. Область высокого напряжения находится выше области заземления. Из-за высокого напряжения, область высокого напряжения должна находиться на некотором определенном расстоянии от потенциала земли во избежание искрового перекрытия. Упомянутое расстояние необходимо для того, чтобы увеличить изоляцию, например - посредством воздуха или SF6, между двумя точками в прикладываемом электрическом поле. Предпринимая это увеличение как стратегическую меру, можно избежать генерирования разряда электричества при пробое через изолирующую среду. Чем короче изоляционное расстояние, тем выше риск получения дуги или искрового перекрытия.
Термин «находящийся в области высокого напряжения» означает, что компонент находится на безопасном расстоянии от области заземления под потенциалом земли. Определение безопасного расстояния зависит от величины потенциала в области высокого напряжения. Более высокое напряжение требует большего расстояния между компонентами под потенциалом земли и компонентами под высоким электрическим потенциалом. Дугогасительная камера и механизм приведения в действие находятся в области высокого напряжения, а основание опорной рамы и источник электроэнергии находятся в области заземления.
Из-за большой разницы в электрическом потенциале между областью заземления и областью высокого напряжения, передача электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения по проводу невозможна. Предусматривая беспроводную передачу электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения, создают возможность избежать риска искрового пробоя и - соответственно - избежать короткого замыкания во время передачи электроэнергии. Таким образом, предусматривая средство передачи электроэнергии с устройством передачи электроэнергии, в котором используется принцип беспроводной передачи электроэнергии, обеспечивают возможность передавать электроэнергию от потенциала земли к высокому электрическому потенциалу.
Первый и второй исполнительные механизмы совмещены в один-единственный блок. Первый и второй исполнительные механизмы надлежащим образом заключены в общем корпусе. За счет встраивания двух дугогасительных камер в один и тот же блок, механизму приведения в действие требуется лишь одно средство передачи электроэнергии. Помимо этого, одну и ту же опорную раму можно использовать для придания опоры обеим дугогасительным камерам.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, механизм приведения в действие и первая и вторая дугогасительные камеры встроены в единственный блок. Таким образом, этот единственный блок включает в себя механизм приведения в действие, а также первую и вторую дугогасительные камеры. Механизм приведения в действие объединен с дугогасительными камерами, образуя один-единственный блок. Таким образом, дугогасительные камеры, включающие в себя механизм приведения в дейтвие, можно транспортировать с завода как готовый блок и соответственно обеспечить облегченную, ускоренную и упрощенную установку по месту и меньшие транспортные затраты в совокупности со сниженными воздействиями на окружающую среду.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, механизм приведения в действие содержит первый элемент передачи, механически включенный между первым исполнительным механизмом и подвижным контактом первой дугогасительной камеры, и второй элемент передачи, механически включенный между вторым исполнительным механизмом и подвижным контактом второй дугогасительной камеры.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, первый элемент передачи выполнен для передачи вращательных движений от первого исполнительного механизма с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта первой дугогасительной камеры, а второй элемент передачи выполнен для передачи вращательных движений от второго исполнительного механизма с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта второй дугогасительной камеры.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, первая и вторая дугогасительные камеры являются удлиненными и проходящими на противоположных сторонах механизма приведения в действие. Этот вариант осуществления обеспечит компактную конструкцию автоматического выключателя.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, первая и вторая дугогасительные камеры проходят горизонтально на противоположных сторонах механизма приведения в действие. Тогда автоматический выключатель будет иметь Т-образную конфигурацию. В альтернативном варианте осуществления автоматический выключатель может иметь Y-образную конфигурацию.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, автоматический выключатель содержит общую опорную конструкцию, выполненную с возможностью придавать опору первой и второй дугогасительным камерам и механизму приведения в действие. Благодаря тому, что первая и вторая дугогасительные камеры и механизм приведения в действие опираются на общую опорную конструкцию, происходит значительное снижение расхода материала, необходимого для опорных конструкций, а вследствие этого - еще и снижение затрат. Два полюса автоматического выключателя могут совместно использовать такую опорную конструкцию, как опорные рамы. Таким образом, появляется возможность значительно уменьшить опорную поверхность автоматического выключателя и объем необходимой опорной конструкции. Например, одну опорную раму можно использовать для придания опоры двум независимо управляемым прерывателям. Возможно даже подвешивание дугогасительных камер и механизма приведения в действие в существующей сборной шине, чтобы уменьшить объем необходимого фундамента.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, конфигурация устройства передачи электроэнергии обеспечивает прием и передачу электроэнергии посредством индуктивной связи. В случае индуктивной связи, также именуемой индуктивной передачей электроэнергии, передача электроэнергии происходит между катушками посредством магнитного поля. Индуктивная связь пригодна для беспроводной передачи электроэнергии.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, устройство передачи электроэнергии содержит, по меньшей мере, одну передающую электроэнергию катушку, конфигурация которой обеспечивает беспроводную передачу электроэнергии, и, по меньшей мере, одну принимающую электроэнергию катушку, конфигурация которой обеспечивает беспроводной прием электроэнергии из передающей электроэнергию катушки.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, автоматический выключатель содержит опорную раму для придания опоры дугогасительной камере, включающую в себя основание, расположенное в области заземления, и изолирующую часть, простирающуюся между основанием и областью высокого напряжения. Механизм приведения в действие находится на верхнем конце изолирующей части в области высокого напряжения.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, изолирующая часть является полой, а устройство передачи электроэнергии находится внутри полой изолирующей части. Изолирующая часть обеспечит защитный кожух для устройства передачи электроэнергии. Кроме того, расположение устройства передачи электроэнергии внутри изолирующей части обеспечит более компактную конструкцию автоматического выключателя.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, полая изолирующая часть заполнена элегазом. Элегаз способствует уменьшению зазора, необходимого передающей и принимающей катушкам. Подходящим в качестве элегаза является SF6. Если полую изолирующую часть наполняют SF6, то зазор, необходимый между передающей и принимающей катушками, можно значительно сократить, увеличивая коэффициент передачи электроэнергии.
Изобретение также относится к применению высоковольтного автоматического выключателя, соответствующего изобретению, для прерывания многофазного тока, при этом конфигурация первой дугогасительной камеры обеспечивает прерывание тока первой фазы, а конфигурация второй дугогасительной камеры обеспечивает прерывание тока второй фазы. Многофазный ток имеет две или более фаз.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет пояснено подробнее посредством описания разных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан пример известного автоматического выключателя.
На фиг.2 показан автоматический выключатель, соответствующий первому варианту осуществления изобретения.
На фиг.3 показан пример эквивалентной схемы устройства беспроводной передачи электроэнергии, здесь - в конфигурации, обеспечивающей последовательно-параллельную компенсацию.
На фиг.4 показан автоматический выключатель, соответствующий второму варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На различных чертежах одинаковые и соответственные функциональные части обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.2 показан пример автоматического выключателя 40 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Автоматический выключатель простирается кверху в вертикальном направлении от области заземления до области высокого напряжения. Компоненты автоматического выключателя, находящиеся в области заземления, обладают нулевым потенциалом, а компоненты автоматического выключателя, находящиеся в области высокого напряжения, обладают высоким электрическим потенциалом. Область высокого напряжения находится над областью заземления на некотором расстоянии от нее и имеет электрический потенциал свыше 1 кВ. Автоматический выключатель 40 содержит две дугогасительные камеры 42, 44. Дугогасительные камеры 42, 44 расположены в области высокого напряжения. Каждая из дугогасительных камер 42, 44 имеет два контакта 3a-b, 43a-b, перемещаемые друг относительно друга, чтобы размыкать и замыкать контакты. Один из контактов является неподвижным контактом, а другой контакт является подвижным контактом, выполненным с возможностью перевода относительно неподвижного контакта между разомкнутым и замкнутым состояниями. Каждая из дугогасительных камер 42, 44 содержит неподвижный контакт 3a, 43a и подвижный контакт 3b, 43b, выполненный с возможностью перевода относительно неподвижного контакта между разомкнутым и замкнутым состояниями. Каждая из дугогасительных камер 42, 44 дополнительно содержит изолирующий корпус, в котором заключены контакты, электрическую входную клемму 5a, расположенную на одном конце дугогасительной камеры 42, 44, и электрическую выходную клемму 5b на противоположном конце дугогасительной камеры 42, 44.
Автоматический выключатель 40 содержит механизм 46 приведения в действие, выполненный с возможностью перевода подвижных контактов 3b, 43b между разомкнутым и замкнутым состояниями. Механизм 46 приведения в действие находится в области высокого напряжения и - соответственно - на том же уровне напряжения, что и дугогасительные камеры 42, 44. Механизм 46 приведения в действие выполнен с возможностью перевода подвижных контактов 3b, 43b между разомкнутым и замкнутым состояниями независимо друг от друга. Это значит, что возможен перевод одного из контактов без одновременного перевода другого контакта. Механизм 46 приведения в действие находится между дугогасительными камерами 42 и 44. Первый и второй исполнительные механизмы 48, 50 совмещены в один-единственный блок 51, находящийся между первой и второй дугогасительными камерами 42, 44. Дугогасительные камеры 42, 44 являются удлиненными и проходят на противоположных сторонах механизма 46 приведения в действие. В этом примере дугогасительные камеры 42, 44 проходят горизонтально на противоположных сторонах механизма 46 приведения в действие. Вместе с тем, в еще одном варианте осуществления дугогасительные камеры 42, 44 могут простираться несколько кверху, так что они будут образовывать букву V. Первая и вторая дугогасительные камеры 42, 44 предпочтительно крепятся к единственному блоку 51.
Механизм 46 приведения в действие содержит первый исполнительный механизм 48, например - электродвигатель, для перевода подвижного контакта 3b первой дугогасительной камеры 42, и второй исполнительный механизм 50, например - электродвигатель, для перевода подвижного контакта 43b второй дугогасительной камеры 44. Механизм 46 приведения в действие выполнен с возможностью управления подвижными контактами.
Конфигурация средства передачи электроэнергии обеспечивает подачу электроэнергии в первый и второй исполнительные механизмы 48, 50. Механизм 46 приведения в действие содержит первый элемент 52 передачи, механически соединенный с подвижным контактом 3b, и второй элемент 54 передачи, механически соединенный с подвижным контактом 43b. Первый элемент 52 передачи выполнен с возможностью передачи вращательных движений от первого исполнительного механизма 48 с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта 3b. Второй элемент 54 передачи выполнен с возможностью передачи вращательных движений от второго исполнительного механизма 50 с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта 43b. Первый элемент 52 передачи механически включен между первым исполнительным механизмом 48 и подвижным контактом 3b первой дугогасительной камеры 42, а второй элемент 54 передачи механически включен между вторым исполнительным механизмом 50 и подвижным контактом 43b второй дугогасительной камеры 44. Первый и второй исполнительные механизмы 48, 50 заключены в общем корпусе 45. Таким образом, первый и второй исполнительные механизмы совмещены в один блок.
Сопрягая две дугогасительные камеры 42, 44 с корпусом стандартного Т-образного механизма и перенося электроэнергию в область высокого напряжения посредством беспроводной передачи электроэнергии для привода двух отдельных исполнительных механизмов, например - электродвигателей, приводов или линейных исполнительных механизмов, создают возможность значительно уменьшить опорную площадь автоматического выключателя. Линейные исполнительные механизмы основаны на более простых конструкциях, чем электродвигатели (отталкивание и притяжение структур «катушка-магнит» или «катушка-катушка»), а их линейное перемещение позволяет сосредоточить внимание на направлении прерывания. Автоматический выключатель 40 дополнительно содержит опорную конструкцию в форме опорной рамы 6 для придания опоры дугогасительным камерам 42 и 44, а также механизму 46 приведения в действие, и удержания их на безопасном расстоянии от грунта. Опорная рама 6 включает в себя основание 8, расположенное в области заземления, т.е., основание 8 электрически подключено к потенциалу земли. Опорная рама 6 дополнительно включает в себя полую изолирующую часть 10, именуемую также опорным изолятором и проходящую между основанием 8 и дугогасительными камерами 42, 44. Изолирующая часть заполнена изолирующей средой, например - SF6. Изолирующая часть 10 обеспечивает электрическую изоляцию между основанием 8 на уровне грунта и дугогасительными камерами в области высокого напряжения. Механизм 46 приведения в действие находится над изолирующей частью 10 и на том же уровне напряжения, что и дугогасительная камера. В этом варианте осуществления механизм 46 приведения в действие крепится к дугогасительным камерам 42 и 44.
Источник 19 электроэнергии находится в области заземления для подачи электроэнергии в механизм 46 приведения в действие. Источник 19 электроэнергии представляет собой, например, батарею или преобразователь электроэнергии, генерирующий электроэнергию предпочтительно вплоть до 1 кВт (или более) в диапазоне частот 10-100 кГц. Подвод начальной электроэнергии возможен от сети электроэнергии постоянного тока или частоты 50 Гц и отличается от одного прерывателя к другому. Если сеть электроэнергии является одной и той же, источник электроэнергии будет ненадежным, например, в момент срабатывания прерывания.
Автоматический выключатель 40 дополнительно содержит средство 23а передачи электроэнергии, предназначенное для передачи электроэнергии из источника 19 электроэнергии к механизму 46 приведения в действие. Конфигурация средства передачи электроэнергии обеспечивает подачу электроэнергии в исполнительные механизмы 48, 50. Средство 23a передачи электроэнергии содержит устройство 25 передачи электроэнергии, конфигурация которого обеспечивает беспроводную подачу электроэнергии в механизм 46 приведения в действие. Электроэнергию можно передавать без проводов посредством ряда разных технологий передачи электроэнергии, которые предусматривают использование изменяющихся во времени электрического, магнитного или электромагнитного полей. В одном варианте осуществления изобретения, передатчик может быть излучателем ультразвука, а приемник может быть пьезоэлектрическим приемником. При беспроводной передаче электроэнергии, беспроводной передатчик, подсоединенный к источнику электроэнергии, передает энергию поля через промежуточное пространство в приемник, где она преобразуется обратно в электрический ток, а потом используется.
Устройство беспроводной передачи электроэнергии, например, такое, как показанное на фиг.2, предложено как воплощение способа передачи электроэнергии от источника электроэнергии в области заземления в область высокого напряжения, где будет находиться исполнительный механизм автоматического выключателя. Устройство 25 передачи электроэнергии содержит, по меньшей мере, один передатчик электроэнергии, конфигурация которого обеспечивает беспроводную передачу электроэнергии, и, по меньшей мере, один приемник электроэнергии, конфигурация которого обеспечивает беспроводной прием электроэнергии из передатчика электроэнергии. Эта система находится внутри полой изолирующей части 10, где раньше находилась механическая тяга, которая воплощала известный способ передачи исполнительного воздействия туда, где оно требовалось при высоком электрическом потенциале. В предпочтительном варианте, горизонтальный размер устройства 25 передачи электроэнергии примерно на 20 % меньше, чем диаметр пространства внутри полой изолирующей части, чтобы разрешить электрические нагрузки. Вместо этого, описанный вариант осуществления предусматривает передачу электрической энергии в верхнюю область высокого напряжения, где ее можно потом преобразовать в механическое исполнительное воздействие или аккумулировать для последующего использования в связи с операциями привода автоматического выключателя. В дополнение к этому, переданную энергию можно использовать для других необходимых действий, например - осуществления управления, диагностики и связи при высоком уровне напряжения.
В этом варианте осуществления средство 23a передачи электроэнергии содержит устройство 25 беспроводной передачи электроэнергии, кабель 18, подсоединенный между источником 19 электроэнергии и устройством 25 передачи электроэнергии, и кабель 27, подсоединенный между устройством 25 передачи электроэнергии и механизмом 46 приведения в действие. Кабель 27 подсоединен между устройством 25 передачи электроэнергии и исполнительными механизмами 48, 50. В этом варианте осуществления устройство 25 передачи электроэнергии содержит передающую электроэнергию катушку 26a, конфигурация которой обеспечивает беспроводную передачу электроэнергии, и принимающую электроэнергию катушку 26b, конфигурация которой обеспечивает беспроводной прием электроэнергии из передающей электроэнергию катушки 26a. Конфигурация передающей электроэнергию катушки 26a и принимающей электроэнергию катушки 26b обеспечивает прием и передачу электроэнергии посредством индуктивной связи. В конструкции принимающей электроэнергию катушки 26b и передающей электроэнергию катушки 26a возможно приемлемое использование магнитно-мягкого материала. Принимающая электроэнергию катушка 26b также может включать в себя множество конденсаторов. Во время передачи электроэнергии, между принимающей электроэнергию катушкой 26b и передающей электроэнергию катушкой 26 генерируется магнитное поле.
Область высокого напряжения простирается через кабель 27 к принимающей электроэнергию катушке 26b устройства 25 передачи электроэнергии. Таким же образом, область заземления простирается через кабель 18 к передающей электроэнергию катушке 26a. Таким образом, устройство 25 передачи электроэнергии приспособлено для беспроводной передачи электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения. Между передающей электроэнергию катушкой 26a и принимающей электроэнергию катушкой 26b имеется зазор. Размер зазора связан непосредственно с напряжением в области высокого напряжения. Расстояние, на которое происходит беспроводная передача электроэнергии, является таким же, как зазор между катушками. Размер зазора зависит от напряжения в области высокого напряжения, изолирующей среды, окружающей катушки 26a-b, и давления в изолирующей части 10. Например, если изолирующей средой является SF6, а напряжение в области высокого напряжения составляет примерно 145 кВ, то зазор между катушками 26a-b составляет примерно 50 мм. Для меньших напряжений, таких, как 1 кВ, в SF6 возможны меньшие зазоры. Соответственно, зазор составляет примерно 1/3 горизонтальных диаметров катушек 26a-b. В этом примере внутренний диаметр полой изолирующей части составляет примерно 180 мм, а диаметры катушек 26a-b составляют примерно 150 мм.
В одном варианте осуществления, каждая из принимающей электроэнергию катушки 26b и передающей электроэнергию катушки 26a содержит катушку, намотанную как соленоид вокруг концентратора, выполненного из магнитно-мягкого материала с высокой относительной магнитной проницаемостью (μr > 1000). Этот материал может быть собран из Si-Fe ламинатов, например - содержащих 6,5 % Si, что предпочтительно для относительно низких частот вплоть до 10 кГц. В альтернативном варианте, можно выбрать твердый Mn-Zn феррит (для умеренно высоких частот) или Ni-Zn феррит (для частот > 1 MГц). Возможен широкий диапазон частот. Кроме того, широко применяемый в различных областях (индуктивная кулинария, зарядка батарей электромобилей) диапазон частот составляет 20-100 кГц, поэтому возможны экономичные компоненты. Для этой конкретной частоты предпочтителен материал Mn-Zn.
Форма магнитного концентратора такова, что острые кромки отсутствуют; это сделано во избежание электрических разрядов между катушками. Аналогично, между катушками и внутренней стенкой опорной изоляции необходим достаточный зазор. В качестве конкретного примера, отметим, что для изолятора с внутренним диаметром 180 мм промежуток между принимающей и передающей катушками составляет 50 мм, а длина сердечника составляет 150 мм. Оценка высокого напряжения, в частности - 145 кВ, для этой геометрии дает напряжение пробоя, как раз такое же, как в воздухе. Для напряжений свыше 145 кВ, геометрические параметры масштабируются по тем же причинам. Кроме того, внутри полой изолирующей части 10 окружающей средой является SF6, имеющий напряжение пробоя, которое на один порядок величины выше, чем напряжение пробоя в воздухе при одинаковых условиях (давление, температура и влажность). Таким образом, параметры устройства 25 передачи электроэнергии позволяют выдерживать электрические нагрузки внутри изолирующей части 10.
На фиг.3 показана эквивалентная схема устройства беспроводной передачи электроэнергии в конфигурации, обеспечивающей последовательно-параллельную компенсацию. Источник 19 электроэнергии обеспечивает стандартное напряжение сети частоты 50 Гц, которое проходит через преобразователь переменного тока в переменный (не показан), приобретая желаемую форму сигнала, например - частоты 20 кГц. Возможно также наличие источника электроэнергии постоянного тока и преобразование постоянного тока в переменный. Левая сторона схемы, показанной на фиг.3, принимает электроэнергию из преобразователя источника 19 электроэнергии. Правая сторона схемы, показанной на фиг.3, подсоединена к механизму 46 приведения в действие под высоким электрическим потенциалом. На этом чертеже, катушки 26a-b обозначены символами L1 и L2. Каждый из конденсаторов C1 и C2 представляют собой набор параллельно соединенных конденсаторов, которые вместе с принимающей и передающей электроэнергию катушками L1 и L2 и ферритовыми конденсаторами образуют резонансную LC-цепь со взаимной индуктивностью M. Между принимающей электроэнергию катушкой L1 и передающей электроэнергию катушкой L2 имеется зазор d. В этом примере зазор d составляет примерно 50 мм. Во избежание какой бы то ни было электрической нагрузки, приходится также придавать схемным соединениям гладкость формы. На фиг.2 показано направление мгновенного магнитного поля. Магнитный поток оптимально движется внутри первого ферритового сердечника, который осуществляет связь со следующим индуктором, заставляя поток двигаться через второй ферритовый сердечник. Это приводит к генерированию индуцируемого напряжения на клеммах катушки вторичной обмотки. Соответствующая электроэнергия по-прежнему является высокочастотной, и будет полезнее, если ее преобразовать в электроэнергию постоянного тока путем выпрямления, как указано на фиг.3. Таким образом, ее можно использовать для аккумулирования энергии или непосредственно.
В этом варианте осуществления изолирующая часть 10 является полой, а устройство 25 передачи электроэнергии находится внутри полой изолирующей части 10. Например, изолирующая часть 10 является трубчатой. В альтернативном варианте осуществления устройство 25 передачи электроэнергия может находиться частично или полностью снаружи изолирующей части 10. Полая изолирующая часть 10, высота которой в известном техническом решении составляет примерно 1460 мм, взята вследствие удобства беспроводной передачи электроэнергии и газообразного SF6 на следующий каскад. В известном техническом решении функция упомянутой части также заключалась в том, чтобы содержать тягу. В автоматическом выключателе, соответствующем изобретению, можно уменьшить высоту полой изолирующей части 10, например, до 1000 мм, и система по-прежнему выдержит операцию передачи.
На фиг.4 показан подвешиваемый автоматический выключатель 60, имеющий спаренные дугогасительные камеры 42, 44, в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Автоматический выключатель подвешен под общей опорной конструкцией 62, например - опорной конструкцией сборной шины, поддерживающей прерыватель 42, 44 и механизм 46 приведения в действие. В этом варианте осуществления дугогасительные камеры 42, 44 и механизм 46 приведения в действие подвешивается или вывешивается под опорной конструкцией 62, например - подстанции, чтобы уменьшить необходимый объем фундамента. Это означает, что опорную раму 6, включающую в себя основание 8 и изолирующую часть 10, можно пропустить, и поэтому можно получить более компактный и экономичный автоматический выключатель. Механизм 46 приведения в действие расположен в области высокого напряжения, т.е., находится на том же уровне напряжения, что и дугогасительные камеры 42, 44. Источник 19 электроэнергии расположен в области заземления, а система для передачи электроэнергии содержит устройство 25 беспроводной передачи электроэнергии, конфигурация которого обеспечивает беспроводную подачу электроэнергии в механизм 46 приведения в действие в области высокого напряжения.
Данное изобретение не ограничивается раскрытыми здесь вариантами осуществления, а может быть изменено и модифицировано в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. Например, количество катушек в устройстве передачи электроэнергии может быть больше двух. Кроме того, можно использовать другие технологии беспроводной передачи электроэнергии, например - с помощью лазерного излучателя и фотоэлемента в качестве воспринимающего элемента, или с помощью ультразвукового генератора в качестве передатчика, а пьезоэлектрического элемента - в качестве приемника.
1. Высоковольтный автоматический выключатель (40; 60), содержащий:
- первую и вторую дугогасительные камеры (42, 44), находящиеся в области высокого напряжения, причем каждая дугогасительная камера включает в себя подвижный контакт (3b; 43b), выполненный с возможностью перевода между разомкнутым и замкнутым состояниями, и
- механизм (46) приведения в действие, находящийся в области высокого напряжения и выполненный с возможностью перевода подвижных контактов (3b; 43b) между разомкнутым и замкнутым состояниями, причем механизм приведения в действие содержит первый исполнительный механизм (48), выполненный с возможностью управления подвижным контактом (3b) первой дугогасительной камеры (42), и второй исполнительный механизм (50), выполненный с возможностью управления подвижным контактом (43b) второй дугогасительной камеры (44), а конфигурация первого и второго исполнительных механизмов обеспечивает перемещение подвижных контактов первой и второй дугогасительных камер (42, 44) независимо друг от друга, и
- источник (19) электроэнергии, находящийся в области заземления, и
- средство (23a) передачи электроэнергии, предназначенное для передачи электроэнергии из источника (19) электроэнергии в механизм (46) приведения в действие, содержащий устройство (25) беспроводной передачи электроэнергии, приспособленное для передачи электроэнергии между областью заземления и областью высокого напряжения,
отличающийся тем, что первый и второй исполнительные механизмы (48, 50) совмещены в единственный блок (51), находящийся между первой и второй дугогасительными камерами, а конфигурация упомянутого устройства (25) передачи электроэнергии обеспечивает подачу питания в первый и второй исполнительные механизмы.
2. Высоковольтный автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что механизм (46) приведения в действие содержит первый элемент (52) передачи, механически включенный между первым исполнительным механизмом (48) и подвижным контактом (3b) первой дугогасительной камеры (42), и второй элемент (54) передачи, механически включенный между вторым исполнительным механизмом (50) и подвижным контактом (43b) второй дугогасительной камеры (44).
3. Высоковольтный автоматический выключатель по п.2, отличающийся тем, что первый элемент (52) передачи выполнен для передачи вращательных движений от первого исполнительного механизма (48) с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта (3b) первой дугогасительной камеры (42), а второй элемент (54) передачи выполнен для передачи вращательных движений от второго исполнительного механизма (50) с преобразованием их в линейные движения подвижного контакта (43b) второй дугогасительной камеры (44).
4. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая и вторая дугогасительные камеры (42, 44) являются удлиненными и проходят на противоположных сторонах механизма (46) приведения в действие.
5. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый и второй исполнительные механизмы (48, 50) окружены общим корпусом (45).
6. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что механизм (46) приведения в действие и первая и вторая дугогасительные камеры (42, 44) объединены, образуя упомянутый единственный блок (51).
7. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что автоматический выключатель содержит общую опорную конструкцию (6; 62), выполненную с возможностью придавать опору первой и второй дугогасительным камерам (42, 44) и механизму (46) приведения в действие.
8. Высоковольтный автоматический выключатель по п.7, отличающийся тем, что упомянутая общая опорная конструкция (6) содержит основание (8), расположенное в области заземления, и полую изолирующую часть, проходящую между основанием и дугогасительными камерами (42, 44), а упомянутое устройство (25) передачи электроэнергии находится внутри упомянутой полой изолирующей части.
9. Высоковольтный автоматический выключатель по п.8, отличающийся тем, что полая изолирующая часть (10) заполнена изолирующим газом.
10. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что конфигурация упомянутого устройства (25) передачи электроэнергии обеспечивает передачу и прием электроэнергии посредством индуктивной связи.
11. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутое устройство (25) передачи электроэнергии содержит по меньшей мере одну передающую электроэнергию катушку (26a), конфигурация которой обеспечивает беспроводную передачу электроэнергии, и по меньшей мере одну принимающую электроэнергию катушку (26b), конфигурация которой обеспечивает беспроводной прием электроэнергии от передающей электроэнергию катушки.
12. Высоковольтный автоматический выключатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что напряжение в области высокого напряжения составляет более 1 кВ.
13. Применение высоковольтного автоматического выключателя по любому из пп.1-12 для прерывания многофазного тока, при этом конфигурация первой дугогасительной камеры (42) обеспечивает прерывание тока первой фазы, а конфигурация второй дугогасительной камеры (44) обеспечивает прерывание тока второй фазы.
