ГАЗОНАПОРНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НАГРУЗКИ
GAS-PRESSURE LOAD INTERRUPTER SWITCH

Изобретение касается газонапорного выключателя нагрузки, снабженного расположенной между первым контактным элементом и вторым контактным элементом зоной электрической дуги, которая посредством питающего канала соединена с накопительным резервуаром для горячего газа, а накопительный резервуар для горячего газа, в свою очередь, соединен посредством перепускного канала с изменяющимся в объеме компрессионным резервуаром, а также снабженного имеющими по меньшей мере одно выходное отверстие, ограничивающими компрессионный резервуар стенками.
Такого рода газонапорный выключатель нагрузки описан, например, в описании полезного образца DE 20015563 U1. Описанный там газонапорный выключатель нагрузки имеет первый, а также второй контактный элемент, между которыми распространяется зона электрической дуги. Внутри зоны электрической дуги предусмотрено направление электрической дуги. Зона электрической дуги, в свою очередь, посредством питающего канала соединена с накопительным резервуаром для горячего газа, причем к накопительному резервуару для горячего газа примыкает изменяющийся в объеме компрессионный резервуар. Накопительный резервуар для горячего газа и компрессионный резервуар соединены друг с другом посредством перепускного канала. Кроме того, в ограничивающих компрессионный резервуар стенках расположено выходное отверстие.
Накопительный резервуар для горячего газа предусмотрен для того, чтобы вмещать в себя во время процесса переключения генерируемый горячий газ. В зависимости от процесса переключения, это количество газа может варьироваться. При этом возможно, что в накопительный резервуар для горячего газа будет поступать такое большое количество горячего газа, что давление внутри накопительного резервуара для горячего газа сильно повысится. Предусмотренное в компрессионном резервуаре выходное отверстие закрыто предохранительным клапаном. При достижении определенного давления в компрессионном резервуаре, выходное отверстие открывается.
Расположенный у выходного отверстия предохранительный клапан испытывает механическую, а также тепловую нагрузку, из-за чего может наступать износ предохранительного клапана. Вследствие этого у выходного отверстия должны регулярно выполняться проверки и техническое обслуживание или замена находящегося там предохранительного клапана.
Поэтому задачей изобретения является предложить газонапорный выключатель нагрузки, который позволит сократить затраты на техническое обслуживание.
В соответствии с изобретением эта задача у газонапорного выключателя нагрузки вышеназванного рода решается за счет того, что выходное отверстие по меньшей мере в состоянии контактирования контактных элементов постоянно открыто.
Газонапорные выключатели нагрузки являются электрическими приборами управления, которые служат для прерывания токов. Газонапорный выключатель нагрузки в состоянии надежно многократно прерывать как номинальные токи, так и аварийные токи, такие как токи короткого замыкания. В частности, при применении в области высоких и сверхвысоких напряжений для сокращения изоляционных промежутков предпочтительно применять для изоляции в выключателе нагрузки сжатый газ. Газонапорные выключатели нагрузки имеют блок прерывателя, который служит для направления и позиционирования контактных элементов. Блок прерывателя продувается и обдувается электрически изолирующим газом (изолирующим газом), который находится под повышенным давлением (сжатый газ). При повышении давления электрическая прочность изоляции газа повышается, так что отличающиеся друг от друга электрические потенциалы в небольшом конструктивном пространстве надежно изолированы друг от друга находящимся под давлением изолирующим газом. Газонапорные выключатели нагрузки имеют герметичный корпус, внутри которого расположен блок прерывателя. Внутри герметичный корпус наполнен находящимся под давлением изолирующим газом. Давление изолирующего газа при этом выше, чем давление окружающей герметичный корпус среды и может, например, составлять несколько бар. В качестве электрически изолирующего газа оказался предпочтителен, в частности, гексафторид серы. Однако могут также применяться другие надлежащие электрически изолирующие газы, такие как азот или смеси, которые содержат азот и/или гексафторид серы, и т.д.
Наряду с электрической изоляцией, сжатый газ служит также для поддержки принципа действия газонапорного выключателя нагрузки во время процесса переключения. Газонапорный выключатель нагрузки имеет по меньшей мере один первый и один второй контактные элементы, между которыми расположена зона электрической дуги. Оба контактных элемента могут быть, например, выполнены в виде контактных элементов электрической дуги, которые включены электрически параллельно первому и второму контактным элементам номинального тока. При этом контактные элементы электрической дуги выполнены таким образом, что они при процессе включения вступают в гальванический контакт друг с другом раньше контактных элементов номинального тока. Наоборот, при процессе выключения контактные элементы электрической дуги находятся в гальваническом контакте дольше, чем контактные элементы номинального тока. Так, при процессе включения контактные элементы электрической дуги действуют с опережением, а при процессе выключения - с запаздыванием по сравнению с соответствующими электрически параллельно включенными контактными элементами номинального тока. Благодаря такой конфигурации, можно направлять электрическую дугу предпочтительно между контактными элементами электрической дуги, так чтобы контактные элементы электрической дуги защищали контактные элементы номинального тока от эрозии и направляли и управляли электрической дугой. При этом возможна оптимизация контактных элементов номинального тока в отношении их способности нести электрическую нагрузку, в отличие от чего контактные элементы электрической дуги могут оптимизироваться в отношении устойчивости к обгоранию вследствие тепловых воздействий электрической дуги.
Контактные элементы могут, однако, как осуществлять направление электрической дуги, так и проводить номинальный ток. Эта конструкция, в частности, предпочтительна в недорогих приборах управления, к которым предъявляются лишь ограниченные требования в отношении коммутационной способности. Независимо от того, выполнены ли контактные элементы в виде отдельных контактных элементов электрической дуги и отдельных контактных элементов номинального тока, или в виде комбинации из контактных элементов электрической дуги и номинального тока; должно быть, однако, предусмотрено, чтобы при процессе переключения происходило движение контактных элементов друг относительно друга. По меньшей мере один из контактных элементов для этого установлен подвижно относительно другого контактного элемента. Однако может быть также предусмотрено, чтобы оба контактных элемента электрической дуги устанавливались подвижно, так чтобы скорость размыкания контакта при процессе выключения или, соответственно, скорость контактирования при процессе включения могла увеличиваться простым образом.
При процессе включения, по мере приближения двух контактных элементов может происходить возникновение электрических дуг (предварительные пробои). Между контактными элементами могут возникать электрические дуги включения внутри зоны электрической дуги. Возникающие при этом тепловые эффекты вызывают нагрев находящегося внутри зоны электрической дуги изолирующего газа. Этот изолирующий газ нагревается и при этом расширяется и преобразуется в так называемый горячий контактный газ или, соответственно, горячий газ. Горячий газ должен отводиться из зоны электрической дуги и охлаждаться или же накапливаться в буфере. При процессе включения предусмотрен гальванический контакт двух контактных элементов в конце процесса включения, так что возникающие при известных условиях предварительные пробои автоматически гасятся.
Гораздо сложнее складывается ситуация при выключении, т.е. при прерывании электрической цепи, по которой протекает ток. Поступающая в выключатель нагрузки от электрической дуги выключения тепловая энергия по существу пропорциональна величине подлежащего прерыванию тока, а также продолжительности горения электрической дуги выключения. При выключении происходит гальваническое размыкание двух контактных элементов друг с другом. Даже при высокой скорости размыкания контактов вряд ли возможно немедленно привести к затуханию вызываемый разностью потенциалов электрический ток, протекающий в подлежащей прерыванию электрической цепи. Электрический ток часто сначала продолжает течь в зоне электрической дуги по электрической дуге. Только в особенно короткие моменты, т.е. в моменты, в которые, например, при колебании тока или, соответственно, напряжения, например, в системе переменного напряжения, ток как раз проходит через нуль, и происходит размыкание контактов, возникает лишь небольшая или совсем не возникает электрическая дуга. Однако часто бывает так, что размыкание контактных элементов происходит в произвольный момент времени, в который, как правило, не происходит естественного затухания тока. В частности, при выключениях в аварийном случае, прерывание следует осуществлять как можно быстрее. Имеющиеся состояния колебания именно тогда, как правило, незначительны.
В зоне электрической дуги, в случае выключения часто возникает горящая электрическая дуга. Горящая в зоне электрической дуги электрическая дуга расширяет находящийся вокруг нее электрически изолирующий газ, а также эродирует другие находящиеся в ближайших окрестностях конструктивные элементы газонапорного выключателя нагрузки. При этом в зоне электрической дуги вокруг электрической дуги образуется облако плазмы из нагретого электрически изолирующего газа, а также испаренных материалов, таких как полимерные материалы или металлы. Для затухания электрической дуги это облако плазмы должно быть как можно быстрее удалено из зоны электрической дуги. Чтобы создать соответствующее течение, нагретый электрической дугой и преобразовавшийся в горячий газ электрически изолирующий газ направляется по питающему каналу в накопительный резервуар для горячего газа. Чем большей мощностью обладает электрическая дуга, т.е. чем больше подлежащий выключению ток, и чем дольше горит электрическая дуга, тем больше горячего газа под действием электрической дуги нагнетается в накопительный резервуар для горячего газа, при этом повышается давление в накопительном резервуаре для горячего газа. Благодаря питающей электрической дуге невозможно непосредственно обратное течение из накопительного резервуара для горячего газа. В частности, может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы питающий канал за счет положения контактных элементов друг относительно друга перекрывался или открывался. Для этого, например, возможно применение форсунки из изолирующего материала, которая служит для направления и управления, а также ограничения горящей электрической дуги, при этом канал, например, суженная часть форсунки из изолирующего материала, может перекрываться посредством контактного элемента. При этом возможно также управление оттоком горячих контактных газов в питающий канал посредством положения контактных элементов друг относительно друга. Дополнительно к повышению давления внутри накопительного резервуара, для горячего газа предусмотрен изменяющийся в объеме компрессионный резервуар, который при механическом сжатии изолирующего газа внутри компрессионного резервуара вызывает повышение давления. По перепускному каналу находящиеся в компрессионном резервуаре и в накопительном резервуаре для горячего газа газы могут сообщаться друг с другом, так что, например, может происходить смешивание находящегося ранее в компрессионном резервуаре газа с газом, находящимся ранее в накопительном резервуаре для горячего газа. Так, например, можно сжимать в компрессионном резервуаре преимущественно электрически изолирующий газ низкой температуры и заставлять его переходить в накопительный резервуар для горячего газа, и там осуществлять охлаждение горячего газа.
При открывании пути оттока можно заставить испытывающий высокое давление, находящийся ранее в резервуаре для горячего газа, а также в компрессионном резервуаре газ течь в зону электрической дуги по питающему каналу. Все еще горящая там электрическая дуга обдувается вытекающим назад по питающему каналу потоком газа, и облако плазмы выталкивается из зоны электрической дуги, при этом электрическая дуга охлаждается и обдувается, так что в итоге происходит прерывание электрической дуги и вместе с тем тока, текущего в подлежащей прерыванию электрической цепи.
Газонапорные выключатели нагрузки могут применяться для переключения токов произвольной величины до токов короткого замыкания. Так, выключатель нагрузки должен, например, обладать возможностью надежного выключения номинального тока, но также тока короткого замыкания. При необходимости текущий через выключатель нагрузки ток составляет, однако, только некоторую долю номинального тока. Каждый из этих токов должен надежно выключаться. Так как, независимо от величины подлежащего прерыванию тока, в каждом случае следует ожидать зажигания электрической дуги выключения, выключатель нагрузки должен для каждого случая переключения производить достаточное общее количество газа с повышенным давлением для обдувания электрической дуги выключения.
При низких токах нельзя ожидать создания в резервуаре для горячего газа давления выше среднего. В частности, при возникновении номинальных токов или токов короткого замыкания электрическая дуга может, однако, достигать такой интенсивности, что могут достигаться пределы разрушения накопительного резервуара для горячего газа или, соответственно, компрессионного резервуара. В этом случае необходимо, чтобы через выходное отверстие обеспечивалась возможность оттока лишнего количества газа, так чтобы обеспечивалось ограничение давления, создаваемого в резервуаре для горячего газа или, соответственно, компрессионном резервуаре. Если при этом предусмотрено, что выходное отверстие по меньшей мере в состоянии контактирования контактного элемента постоянно открыто, то постоянно обеспечивается обмен масс газа между внутренней областью компрессионного резервуара и примыкающими областями блока прерывателя или, соответственно, внутренней областью герметичного корпуса. Таким образом может происходить постоянное втекание и вытекание масс газа. При этом компрессионный резервуар в этот момент времени в каждом случае соединен через выходное отверстие с окружающими областями. При этом отсутствует разность давлений между компрессионным резервуаром и той областью, которая сообщается через выходное отверстие с компрессионным резервуаром. Таким образом может предотвращаться нежелательная «предварительная загрузка» компрессионного резервуара с предварительным сжатием.
При этом может быть предпочтительно, чтобы выходные отверстия закрывались не раньше, чем в тот момент времени, когда происходит гальваническое размыкание контактных элементов, т.е. закрытие выходного отверстия происходит одновременно с возможным зажиганием электрической дуги. Может быть также предусмотрено, чтобы закрытие выходного отверстия происходило в тот момент времени, когда происходит открытие питающего канала, т.е. момент времени, когда начинается обратное течение горячего газа, ранее расширившегося и помещенного в накопительный резервуар для горячего газа. С открытием питающего канала накопительный резервуар для горячего газа может разгружаться, и вместе с тем выходное отверстие также в этот момент времени может подлежать закрытию.
Однако предпочтительно может быть предусмотрено, чтобы выходное отверстие было постоянно открыто.
В этом случае в стенках компрессионного резервуара предусмотрено выходное отверстие, которое, независимо от положения контактных элементов друг относительно друга, постоянно является отверстием в стенках компрессионного резервуара. Кажется, что такого рода конструкция противоречит принципу действия изменяющегося в объеме компрессионного резервуара, так как через постоянно открытое выходное отверстие следует ожидать более или менее быстрого улетучивания находящегося под давлением газа изнутри компрессионного резервуара. При соответственно большом поперечном сечении одного или нескольких выходных отверстий может осуществляться относительно быстрое уменьшение избыточного давления газа, сжатого ранее при изменении объема компрессионного резервуара. При соответствующем уменьшении поперечного сечения уменьшение давления может происходить соответственно замедленно.
Накопительный резервуар для горячего газа и компрессионный резервуар могут сообщаться друг с другом через перепускной канал. Таким образом, посредством перепускного канала можно заставлять массы газа переходить из одного резервуара в другой резервуар. При расположении выходного отверстия в компрессионном резервуаре, может обеспечиваться защита от избыточного давления предшествующего накопительного резервуара для горячего газа посредством выходного отверстия внутри компрессионного резервуара.
Величина изменения изменяющегося в объеме компрессионного резервуара задана при механическом расчете газонапорного выключателя нагрузки. Независимо от величины подлежащего прерыванию тока, при изменении объема в компрессионном резервуаре механически создается всегда одинаковое компрессионное давление. Накопительный резервуар для горячего газа, однако, наполняется в большей или меньшей степени горячим газом пропорционально мощности подлежащего выключению тока и горящей электрической дуги. Токи низкой мощности вызывают лишь незначительную загрузку накопительного резервуара для горячего газа. Токи соответствующей более высокой силы, такие как, например, токи короткого замыкания, вызывают соответственно более сильное наполнение накопительного резервуара для горячего газа. Так, например, возможно, что при относительно малых токах, которые вызывают лишь незначительную загрузку накопительного резервуара для горячего газа, обдув электрической дуги обусловливается по существу воздействием изменяющегося в объеме компрессионного резервуара. В отличие от этого горячие газы, создаваемые электрической дугой и находящиеся ранее в накопительном резервуаре для горячего газа, имеют скорее второстепенное значение. В обратном случае, при большой мощности выключения, т.е. при сильном токе, который создает соответственно электрическую дугу большой мощности, можно отметить сверхпропорциональное наполнение накопительного резервуара для горячего газа горячими контактными газами и вместе с тем сверхпропорциональное повышение давления в накопительном резервуаре для горячего газа. После открытия питающего канала и обдува электрической дуги, т.е. газы, находящиеся ранее в накопительном резервуаре для горячего газа или, соответственно, в компрессионном резервуаре, снова вытекают в направлении зоны электрической дуги; контактные газы, прежде всего, помещенные в буфер в накопительном резервуаре для горячего газа, создают при токах сильной мощности обдув электрической дуги, в отличие от чего газы, сжатые в компрессионном резервуаре, имеют второстепенное значение.
Другой предпочтительный вариант осуществления может предусматривать, что по ходу перепускного канала расположен дифференциальный клапан.
Благодаря применению дифференциального клапана, можно сначала заставить предварительно накопленные в накопительном резервуаре для горячего газа контактные газы, которые имеют соответственно более высокое давление, чем сжатые в компрессионном резервуаре изолирующие газы, выходить по питающему каналу в зону электрической дуги. Благодаря разности давлений, предотвращается перетекание сжатого изолирующего газа из компрессионного резервуара в накопительный резервуар для горячего газа и затем по питающему каналу в зону электрической дуги. Только когда накопительный резервуар для горячего газа разгружен, т.е. давление в нем упало ниже предельного давления, изолирующий газ, давление которого было повышено в компрессионном резервуаре, втекает в накопительный резервуар для горячего газа и оттуда по питающему каналу в зону электрической дуги. Однако, если подлежащая прерыванию электрическая дуга имеет лишь небольшую мощность, возможно, что нельзя создать достаточное избыточное давление внутри накопительного резервуара для горячего газа; так что находящийся в компрессионном резервуаре изолирующий газ с повышенным давлением перетекает в накопительный резервуар для горячего газа и оттуда течет по питающему каналу в зону электрической дуги, чтобы обдувать горящую там электрическую дугу слабой мощности, охлаждать и вытеснять облако плазмы из зоны электрической дуги.
Для управления в зависимости от разности давлений на перепускном канале может быть установлен соответствующий клапанный узел, который открывает или запирает этот канал в зависимости от разности давлений в накопительном резервуаре для горячего газа и в компрессионном резервуаре.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что гидравлическое сопротивление пропускающего перепускного канала меньше или равно гидравлическому сопротивлению открытого выходного отверстия.
Путем расчета гидравлических сопротивлений перепускного канала, а также выходного отверстия можно управлять оттоком независимо от каких-либо клапанов у выходного отверстия. Так, при применении перепускного канала с меньшим, в частности, существенно меньшим гидравлическим сопротивлением, чем гидравлическое сопротивление выходного отверстия (отверстий), можно отметить, что отток сжатого в компрессионном резервуаре изолирующего газа через выходное отверстие пренебрежимо мал, и обеспечивается возможность достаточного сжатия внутри компрессионного резервуара. Тем самым обеспечивается возможность освободить выходное отверстие от подвижных конструктивных узлов, которые при необходимости перекрывают выходное отверстие.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы компрессионный резервуар был ограничен подвижным относительно стенок поршнем, при этом выходное отверстие периодически закрыто этим поршнем.
Компрессионный резервуар представляет собой механическое компрессионное устройство, которое, благодаря изменению объема, сжимает находящийся внутри изолирующий газ и повышает его давление. Компрессионный резервуар имеет для этого подвижный относительно стенок поршень. Используя ход поршня относительно стенок, можно осуществлять следящее управление закрытием выходного отверстия. При этом можно синхронизировать момент времени закрытия выходного отверстия с моментом времени размыкания контактов или, соответственно, открытия питающего канала или с определенным расстоянием между контактами и пр. Для этого движение поршня посредством соответствующей передаточной системы синхронизируется с движением контактных элементов друг относительно друга. В простейшем случае имеется кинематическая цепь между поршнем и одним из контактных элементов, который может двигаться относительно другого. Следящее управление обладает также тем преимуществом, что выходное отверстие перекрывается необходимыми для других целей конструктивными узлами. Поэтому отсутствуют дополнительные клапаны или тому подобное, и получается прочная конструкция.
Предпочтительным образом при этом может быть предусмотрено, чтобы стенки представляли собой круглую цилиндрическую боковую поверхность компрессионного резервуара.
Компрессионный резервуар может, например, иметь боковую поверхность круглого цилиндра. Внутри этой боковой поверхности может двигаться соответственно комплементарный по форме поршень, который может перемещаться по продольной оси цилиндра круглой цилиндрической боковой поверхности. Если же выходное отверстие выполнено в боковой поверхности, то за счет положения выходного отверстия в боковой поверхности момент времени перекрытия может регулироваться в зависимости от относительного положения поршня. Так, например, возможно также поочередное во времени перекрытие нескольких выходных отверстий и при этом варьируемое задание гидравлического сопротивления совокупности выходных отверстий в ходе процесса переключения. Благодаря этому, возможно уменьшать эффективность компрессионного устройства в начале хода сжатия посредством выходных отверстий с соответствующим размером поперечного сечения, например, посредством множества открытых выходных отверстий, в отличие от чего по мере закрытия выходного отверстия компрессионное действие компрессионного устройства повышается.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы стенки представляли собой противолежащую поршню в направлении движения торцевую сторону компрессионного резервуара.
Торцевые стенки для расположения выходного отверстия позволяют постоянно держать открытым выходное отверстие в компрессионном устройстве, независимо от положения компрессионного поршня компрессионного устройства, и тем самым всегда предоставлять в распоряжение путь, обеспечивающий возможность расширения сжатого внутри компрессионного резервуара электрически изолирующего газа. Так, например, возможно, чтобы само выходное отверстие при достижении конечного положения, т.е. того положения, в котором следовало бы ожидать максимального сжатия, служило отверстием для оттока сжатого электрически изолирующего газа из компрессионного резервуара.
Ниже один из примеров осуществления изобретения схематично изображается на чертеже и затем описывается более подробно.
При этом показано:
фиг.1: сечение газонапорного выключателя нагрузки в первом варианте осуществления, фрагментарно;
фиг.2: сечение газонапорного выключателя нагрузки во втором варианте осуществления, и
фиг.3: сечение газонапорного выключателя нагрузки в третьем варианте осуществления, фрагментарно.
Сначала в качестве примера для фиг.1, 2 и 3 поясняется конструкция и принцип действия газонапорного выключателя нагрузки. При этом на фиг.1, 2 и 3 для однотипных в каждом случае деталей конструкции используются одинаковые ссылочные обозначения, и только для отличающихся друг от друга деталей используются альтернативные ссылочные обозначения.
Общим для всех трех фигур является то, что ось 2 симметрии делит фигуры на первую и вторую половины изображения. На фигурах показано соответственно на первой половине изображения включенное состояние газонапорного выключателя нагрузки, а также на второй половине изображения выключенное состояние газонапорного выключателя нагрузки.
На фиг.1 фрагментарно показано сечение газонапорного выключателя нагрузки. Газонапорный выключатель нагрузки имеет герметичный корпус 1. Герметичный корпус 1 в настоящем случае выполнен по существу в форме трубы и ориентирован коаксиально оси 2 симметрии. В настоящем случае изображен герметичный корпус 1, состоящий из изолирующего материала. Однако может быть также предусмотрено, что герметичный корпус 1 выполнен электрически проводящим. Внутри герметичного корпуса 1 расположен блок прерывателя газонапорного выключателя нагрузки. Блок прерывателя ориентирован по существу коаксиально оси 2 симметрии. При применении электрически изолирующего герметичного корпуса 1, как изображено на фиг.1, блок прерывателя опирается непосредственно на герметичный корпус, при этом электрические выводы 3a, 3b проведены через герметичный корпус 1 непроницаемо для жидкостей. Герметичный корпус 1 полностью заключает в себе блок прерывателя и представляет собой газонепроницаемый барьер. При осуществлении герметичного корпуса 1 в виде электрически проводящего газонепроницаемого корпуса, блок прерывателя посредством изоляционной системы удерживается на расстоянии и электрически изолированно от герметичного корпуса 1. Выводы 3a, 3b соответственно электрически изолированно проведены через электрически проводящий герметичный корпус. Для этого могут, например, применяться наружные вводы. Однако выводы 3a, 3b пронизывают барьер герметичного корпуса, независимо от его конструкции, непроницаемо для жидкостей.
Один из вариантов осуществления газонапорного выключателя нагрузки, снабженного электрически изолирующим герметичным корпусом 1, называется маломасляным газонапорным выключателем нагрузки. Один из вариантов осуществления газонапорного выключателя нагрузки, снабженного электрически проводящим герметичным корпусом 1, называется баковым газонапорным выключателем нагрузки. Такого рода герметичный корпус может, например, состоять из металлического материала, который проводит потенциал земли.
Внутренняя область герметичного корпуса 1 наполнена электрически изолирующим газом. Электрически изолирующий газ находится под более высоким давлением, чем среда, которая окружает герметичный корпус 1. Электрически изолирующий газ представляет собой, например, гексафторид серы, азот или другой надлежащий газ. Электрически изолирующий газ протекает внутри всего герметичного корпуса 1. Герметичный корпус 1 действует в качестве газонепроницаемого барьера. Заключенный внутри герметичного корпуса 1 изолирующий газ может обладать избыточным давлением в несколько бар и промывает и протекает через все находящиеся внутри герметичного корпуса 1 конструктивные узлы. Как таковой он промывает также конструктивные элементы блока прерывателя.
Конструкцию расположенного внутри герметичного корпуса 1 блока прерывателя, независимо от вида герметичного корпуса 1, можно считать по существу однотипной. В настоящем случае блок прерывателя имеет первый контактный элемент 4, а также второй контактный элемент 5. Первый контактный элемент 4, а также второй контактный элемент 5 обладают возможностью движения вдоль оси 2 симметрии друг относительно друга. При этом первый контактный элемент 4 в настоящем случае выполнен неподвижно, в то время как второй контактный элемент 5 может смещаться относительно герметичного корпуса 1. Однако может быть предусмотрено, что обратным образом первый контактный элемент 4 является подвижным, а второй контактный элемент 5 выполнен в виде неподвижного контактного элемента, или оба контактных элемента 4, 5 выполнены подвижно. В настоящем случае первый контактный элемент 4 выполнен в виде пальца, в отличие от чего второй контактный элемент 5 выполнен ответно в виде втулки. Первый контактный элемент 4 коаксиально охвачен первым контактным элементом 6 номинального тока. Первый контактный элемент 6 номинального тока, а также первый контактный элемент 4 соединены друг с другом электрически проводящим соединением, так что первый контактный элемент 4, а также первый контактный элемент 6 номинального тока всегда проводят одинаковый электрический потенциал. Второй контактный элемент 5 охвачен вторым контактным элементом 7 номинального тока. Также второй контактный элемент 5 соединен со вторым контактным элементом 7 номинального тока электрически проводящим соединением, так что второй контактный элемент 7 номинального тока и второй контактный элемент 5 всегда проводят одинаковый электрический потенциал. Так же, как и первый контактный элемент 4, первый контактный элемент 6 номинального тока установлен неподвижно относительно герметичного корпуса 1. Второй контактный элемент 5, а также второй контактный элемент 7 номинального тока посредством своего электрически проводящего соединения соединены друг с другом под жестким углом, так что вследствие движения второго контактного элемента 5 относительно первого контактного элемента 4 также происходит движение второго контактного элемента 7 номинального тока относительно первого контактного элемента 6 номинального тока. В настоящем случае первый контактный элемент 6 номинального тока выполнен в виде втулки, так что в выемку, имеющую форму втулки, первого контактного элемента 6 номинального тока может вставляться и контактировать второй контактный элемент 7 номинального тока. Кроме того, может быть также предусмотрено, чтобы и первый контактный элемент 6 номинального тока мог двигаться относительно герметичного корпуса 1, а второй контактный элемент 7 номинального тока был выполнен неподвижно относительно герметичного корпуса 1. Может быть также предусмотрено, чтобы как первый контактный элемент 6 номинального тока, так и второй контактный элемент 7 номинального тока были подвижны относительно герметичного корпуса. Выбор подвижности или, соответственно, возможности изменения места двух контактных элементов 4, 5 или, соответственно, двух контактных элементов 6, 7 номинального тока может осуществляться по необходимости. При движении каждого из двух контактных элементов 4, 6 или двух контактных элементов 6, 7 номинального тока, которое в каждом случае должно происходить в противоположном направлении, скорость размыкания контактов при процессе выключения или, соответственно, скорость контактирования при процессе включения может повышаться.
С первым контактным элементом 6 номинального тока, который установлен неподвижно относительно герметичного корпуса 1, первый вывод 3a находится в электрически проводящем контактировании. Второй контактный элемент 6 номинального тока снабжен круглой цилиндрической наружной боковой поверхностью и вдается внутрь направляющей втулки 8. Направляющая втулка 8 установлена неподвижно относительно герметичного корпуса 1. Второй контактный элемент 7 номинального тока обладает возможностью перемещения вдоль оси 2 симметрии в направляющей втулке 8. Между вторым контактным элементом 7 номинального тока и направляющей втулкой 8 расположена не изображенная подробно на фигуре система электрических скользящих контактов внутри направляющего зазора, так что обеспечивается электрически проводящее контактирование направляющей втулки 8 со вторым контактным элементом 7 номинального тока и затем также со вторым контактным элементом 5. Второй вывод 3b соединен электрически проводящим соединением с направляющей втулкой 8. Таким образом, начинаясь от первого вывода 3a, через первый контактный элемент 6 номинального тока, или, соответственно, первый контактный элемент 4, а также второй контактный элемент 7 номинального тока, или, соответственно, второй контактный элемент 5, и направляющую втулку 8 обеспечивается электрическая цепь ко второму выводу 3b, которая может размыкаться или, соответственно, устанавливаться посредством газонапорного выключателя нагрузки.
Оба контактных элемента 6, 7 номинального тока служат при этом электрической цепью номинального тока, которая выполнена с как можно более низким полным сопротивлением, так что контактное сопротивление внутри блока прерывателя газонапорного выключателя нагрузки является как можно более низким. Оба контактных элемента 4, 5 действуют в качестве контактных элементов электрической дуги. При процессе выключения сначала размыкаются контактные элементы 6, 7 номинального тока. Протекающий ток коммутирует с еще замкнутыми контактными элементами 4, 5. После размыкания контактных элементов 4, 5 может происходить зажигание электрической дуги. Электрическая дуга направляется на контактных элементах 4, 5. Поэтому оба контактных элемента 4, 5 рассчитаны и выполнены с высокой устойчивостью к обгоранию.
Второй контактный элемент 5 со своей втулочной конфигурацией на своем обращенном к первому контактному элементу 4 конце снабжен множеством эластично деформируемых контактных пальцев. Контактные пальцы установлены на трубе 9 привода с торцевой стороны. Труба 9 привода ориентирована коаксиально оси 2 симметрии и может смещаться вдоль оси 2 симметрии. На втором контактном элементе 7 номинального тока расположена форсунка 10 из изолирующего материала. Форсунка 10 из изолирующего материала выполнена во вращательно-симметричной форме и ориентирована коаксиально оси 2 симметрии. Форсунка 10 из изолирующего материала соединена со вторым контактным элементом 7 номинального тока под жестким углом и соответственно при движении второго контактного элемента 7 номинального тока движется вместе с ним. Форсунка 10 из изолирующего материала охватывает контактные пальцы второго контактного элемента 5 и выдается за них в направлении первого контактного элемента 4. Форсунка 10 из изолирующего материала имеет суженную часть 11 форсунки, которая распространяется с торцевой стороны перед отверстием втулки второго контактного элемента 5. Суженная часть 11 форсунки по существу представляет собой цилиндрическую выемку, которая проходит коаксиально оси 2 симметрии. Поперечное сечение суженной части 11 форсунки соответствует при этом поперечному сечению первого контактного элемента 4, при этом поперечное сечение суженной части 11 форсунки несколько больше, чем поперечное сечение первого контактного элемента 4. Отходящий от второго контактного элемента 7 номинального тока конец форсунки 10 из изолирующего материала опирается под жестким углом на соединенную с первым контактным элементом 6 номинального тока опорную втулку 12. Форсунка 10 из изолирующего материала скользит внутри опорной втулки 12 во время осуществления движения включения. Между двумя контактными элементами 4, 5 распространяется зона электрической дуги, внутри которой должна предпочтительно направляться электрическая дуга. Электрическая дуга может возникать как при процессе включения, так и выключения, при этом электрическая дуга предпочтительно должна гореть со своими начальными точками на двух контактных элементах 4, 5. Для обеспечения своевременной коммутации с контактными элементами 4, 5 при процессе включения предусмотрено опережающее контактирование двух контактных элементов 4, 5 перед контактированием двух контактных элементов 6, 7 номинального тока. При процессе выключения предусмотрено размыкание двух контактных элементов 6, 7 номинального тока перед размыканием контактных элементов 4, 5, т.е. контактные элементы 4, 5 выполнены с запаздыванием по сравнению с контактными элементами 6, 7 номинального тока. Зона электрической дуги распространяется между двумя контактными элементами 4, 5 или, соответственно, вокруг двух контактных элементов 4, 5. В настоящем случае зона электрической дуги находится также внутри суженной части 11 форсунки 10 из изолирующего материала. Зона электрической дуги через питающий канал 13 соединена с накопительным резервуаром 14 для горячего газа. В настоящем случае питающий канал 13 распространяется через форсунку 10 из изолирующего материала. Может быть предусмотрено, чтобы питающий канал 13 в виде кольцевого канала пронизывал форсунку 10 из изолирующего материала и таким образом делил форсунку 10 из изолирующего материала на внутренний и наружный участки. Однако может быть также предусмотрено, чтобы один или несколько каналов пронизывали стенки форсунки 10 из изолирующего материала и впадали в суженную часть 11 форсунки. Накопительный резервуар 14 для горячего газа распространяется коаксиально оси 2 симметрии и имеет в настоящем случае по существу круглую цилиндрическую форму. Накопительный резервуар 14 для горячего газа распространяется коаксиально оси 2 симметрии и располагается по периметру второго контактного элемента 5 и ограничен вторым контактным элементом 7 номинального тока. Таким образом, накопительный резервуар 14 для горячего газа имеет форму, подобную кольцу, которое пронизано трубой 9 привода и, в свою очередь, в радиальном направлении ограничено вторым контактным элементом 7 номинального тока. На торцевой стороне, на которой питающий канал 13 впадает в накопительный резервуар 14 для горячего газа, накопительный резервуар 14 для горячего газа также ограничивается форсункой 10 из изолирующего материала. На противоположном ему конце находящаяся там торцевая сторона выполнена в виде перегородки 15. В перегородке 15 расположен перепускной канал 16. В настоящем случае перепускной канал 16 реализован в виде нескольких находящихся в перегородке 15 сверлений, причем эти сверления проходят параллельно оси 2 симметрии. В настоящем случае перепускной канал 16 может закрываться посредством дифференциального клапана, в частности, одноходового клапана 17.
Перегородка 15 выполнена в виде поршня, который может перемещаться внутри направляющей втулки 8 вдоль оси 2 симметрии. Поршень ограничивает изменяющийся в объеме компрессионный резервуар 18. Накопительный резервуар 14 для горячего газа помещается внутри поршня. Компрессионный резервуар 18 распространяется, начинаясь от зоны электрической дуги, в направлении оси 2 симметрии, позади накопительного резервуара 14 для горячего газа. Компрессионный резервуар 18 аналогично накопительному резервуару 14 для горячего газа имеет форму полого цилиндра, при этом обеспечивается ограничение компрессионного резервуара 18 направляющей втулкой 8. Ограничение компрессионного резервуара 18 со стороны боковых стенок обеспечивается трубой 9 привода. Перегородка 15, а также труба 9 привода соединены друг с другом под жестким углом. Перегородка 15 образует с торцевой стороны подвижное ограничение компрессионного резервуара 18. Кроме того, компрессионный резервуар 18 имеет неподвижную торцевую стенку 19. Неподвижная торцевая стенка 19 соединена с направляющей втулкой 8 под жестким углом. Неподвижная торцевая стенка 19 пронизана трубой 9 привода, а труба 9 привода подвижна относительно неподвижной торцевой стенки 19. В боковой поверхности компрессионного резервуара 18, т.е. в стенках направляющей втулки 8, расположены несколько выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d. Положения выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d могут выбираться в стенках направляющей втулки 8 по необходимости. Кроме того, количество выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d также может варьироваться. Гидравлическое сопротивление выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d, однако, в сумме больше, чем гидравлическое сопротивление не закрытого клапаном 17 перепускного канала 16. В настоящем примере осуществления, в соответствии с фиг.1, положение выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d выбрано таким образом, что первые из выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d в ходе процесса выключения перекрываются именно тогда, когда первый контактный элемент 4 открыл суженную часть 11 форсунки.
Благодаря последовательности расположенных друг за другом в осевом направлении нескольких выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d, происходит ступенчатое уменьшение поперечного сечения, обеспечиваемого несколькими выходными отверстиями 20a, 20b, 20c, 20d. При этом осуществляется ступенчатое повышение общего гидравлического сопротивления выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d.
Положение выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d при этом выбрано таким образом, что при относительном движении второго контактного элемента 7 номинального тока внутри направляющей втулки 8 контактный элемент 7 номинального тока или, соответственно, поршень/перегородка 15 перемещаются вперед выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d.
Ниже в качестве примера будет описан принцип действия изображенного на фиг.1 газонапорного выключателя нагрузки. Сначала будет описан процесс включения, причем следует исходить из половины изображения фиг.1, на которой оба контактных элемента 4, 5, а также оба контактных элемента 6, 7 номинального тока разомкнуты друг с другом. В ходе процесса включения контактные элементы 4, 5, а также контактные элементы 6, 7 номинального тока приводятся в гальванический контакт друг с другом.
Посредством приводного устройства труба 9 привода движется вдоль оси 2 симметрии таким образом, что соединенный с ней второй контактный элемент 5, а также второй контактный элемент 7 номинального тока движутся в направлении ответного первого контактного элемента 4 или, соответственно, ответного первого контактного элемента 6 номинального тока. На этом пути первый контактный элемент 4 погружается в суженную часть 11 форсунки 10 из изолирующего материала. При достаточном приближении пространственно опережающих контактных элементов 4, 5 возможно возникновение так называемого предварительного пробоя. При гальваническом контактировании двух контактных элементов 4, 5 предварительный пробой гасится.
При процессе выключения движение привода передается на трубу 9 привода, благодаря чему она движется вдоль оси 2 симметрии в направлении, противоположном, чем при процессе включения. Теперь сначала происходит размыкание двух контактных элементов 6, 7 номинального тока. Два контактных элемента 4, 5 в этот момент времени еще остаются в гальваническом контакте. Текущий между двумя выводами 3a, 3b электрический ток коммутирует с образованным между контактными элементами 6, 7 номинального тока токопроводом. Относительное движение между двумя контактными элементами 4, 5 продолжается. В определенный момент времени происходит гальваническое размыкание двух контактных элементов 4, 5. Вследствие имеющейся между двумя выводами 3a, 3b разности потенциалов через токопровод и контактные элементы 4, 5 подается электрический ток. При соответствующем колебании тока, например, вследствие пускового переменного напряжения, может происходить естественное затухание тока, т.е. электрическая дуга выключения не возникает. В соответственно более неблагоприятный момент времени возникает электрическая дуга выключения, которая горит между двумя контактными элементами 4, 5. Вследствие осевого расширения суженной части 11 форсунки в направлении оси 2 симметрии даже после размыкания двух контактных элементов 4, 5 суженная часть 11 форсунки продолжает перекрываться первым контактным элементом 4. Горящая между контактными элементами 4, 5 электрическая дуга передает в зону электрической дуги тепловую энергию и нагревает находящийся там электрически изолирующий газ, и нагревает его, превращая в контактный газ или, соответственно, горячий газ. Кроме того, может происходить обгорание изолирующего материала или материала проводника, так что в зоне электрической дуги образуется также облако плазмы. Избыточное давление в зоне электрической дуги может, например, снижаться посредством течения горячего газа с помощью трубы 9 привода в направлении оси 2 симметрии.
Вблизи электрической дуги в суженную часть 11 форсунки из радиального направления впадает питающий канал 13, так что горячий газ также выводится из зоны электрической дуги по питающему каналу 13. Питающий канал 13 впадает в накопительный резервуар 14 для горячего газа, который имеет постоянный объем. По мере продолжительности горения электрической дуги выключения, в зоне электрической дуги все больше горячего газа нагнетается в накопительный резервуар 14 для горячего газа, так что внутри накопительного резервуара 14 для горячего газа происходит повышение имеющегося там давления, так как по питающему каналу 13 постоянно продолжает поступать горячий контактный газ.
Во время движения выключения при движении подвижной перегородки 15, которая, как подвижный поршень, уменьшает объем компрессионного резервуара 18, осуществляется механическое сжатие находящегося ранее внутри компрессионного резервуара 18 холодного изолирующего газа. Вследствие уменьшения объема компрессионного резервуара 18, повышается давление находящегося там холодного изолирующего газа. Во время процесса сжатия возможен выхлоп некоторого количества изолирующего газа через выходные отверстия 20a, 20b, 20c, 20d из компрессионного резервуара 18. Путем выбора имеющегося в распоряжении поперечного сечения для выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d это количество может, однако, ограничиваться. В дальнейшем перекрытие суженной части 11 форсунки посредством первого контактного элемента 4 устраняется. Электрическая дуга может также продолжать гореть между двумя контактными элементами 4, 5. При устранении перекрытия суженной части 11 форсунки накопленный в буфере внутри накопительного резервуара 14 для горячего газа горячий газ, давление которого было повышено, может течь назад в обратном направлении через питающий канал 13 в зону 11 электрической дуги и вследствие усиленного течения обдувать электрическую дугу и очищать зону 11 электрической дуги от находящегося там облака плазмы. При снижении давления в накопительном резервуаре 14 для горячего газа, в компрессионном резервуаре 18 механически сжатый изолирующий газ может переходить по перепускному каналу 16 в накопительный резервуар 14 для горячего газа и оттуда по питающему каналу 13 использоваться для обдува электрической дуги. Холодный изолирующий газ после первого очищения зоны электрической дуги посредством накопленного в буфере горячего газа оказывает дополнительное охлаждающее действие и поэтому особенно подходит для того, чтобы охлаждать, обдувать и, наконец, заставлять затухать горячую электрическую дугу.
Благодаря расположению выходных отверстий 20a, 20b, 20c, 20d, эти выходные отверстия 20a, 20b, 20c, 20d после устранения перекрытия суженной части 11 форсунки первым контактным элементом 4 постепенно перекрываются вторым контактным элементом 7 номинального тока, так что к концу движения выключения может происходить дополнительное повышение давления внутри компрессионного резервуара 18, так как выхлоп сжатого изолирующего газа через выходные отверстия 20a, 20b, 20c, 20d возможен только лишь в ограниченной степени. По перепускному каналу 16 электрически изолирующий газ с повышенным давлением может втекать, расширяясь, в накопительный резервуар 14 для горячего газа.
На фиг.2 и 3 показаны теперь уже альтернативные варианты положений выходных отверстий. Функция и конструкция показанного на фиг.2, 3 газонапорного выключателя нагрузки соответствуют показанному на фиг.1 газонапорному выключателю нагрузки. На фиг.1 предусмотрено альтернативное расположение выходных отверстий 20e, 20f. Выходные отверстия 20e, 20f, в свою очередь, выполнены на боковой поверхности в компрессионном резервуаре 18, при этом положение, однако, выбрано таким образом, что даже в состоянии выключения не происходит перекрытия выходных отверстий 20e, 20f, т.е. выходные отверстия 20e, 20f в конструкции, показанной на фиг.2, постоянно свободны от какого-либо перекрытия и при этом постоянно открыты. В этом случае особенно важно взаимно согласовать гидравлические сопротивления перепускного канала 16, а также гидравлические сопротивления выходных отверстий 20e, 20f таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление перепускных каналов 16 было меньше (максимум равно гидравлическому сопротивлению выходных отверстий 20e, 20f), чем гидравлическое сопротивление выходного отверстия 20e, 20f.
На фиг.3 показано альтернативное положение выходных отверстий 20g, 20h, которые теперь уже расположены в неподвижной торцевой стенке 19 компрессионного резервуара 18. Выходные отверстия 20g, 20h в конструкции, показанной на фиг.3, также постоянно остаются свободными от какого-либо перекрытия, клапанного узла или т.п., так что они по своему действию соответствуют показанным на фиг.2 выходным отверстиям 20e, 20f. Показанные на фиг.3 выходные отверстия 20g, 20h осуществляют, однако, перепуск или, соответственно, выхлоп сжатого изолирующего газа из компрессионного резервуара 18 внутрь блока прерывателя. Перепускные отверстия 20g, 20h представляют собой путь из компрессионного резервуара 18 в охваченную направляющей втулкой 8 область. Через соответствующие выемки 21 в направляющей втулке 8 выходящий через выходные отверстия 20g, 20h электрически изолирующий газ может также выходить из блока прерывателя. Благодаря расположению выходных отверстий 20g, 20h, в неподвижной торцевой стенке 19 внутри блока прерывателя может возникать подпорная волна, которая может замедлять выход сжатого изолирующего газа из компрессионного резервуара 18.