УСТРОЙСТВО ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
ELECTRIC ARC QUENCHING DEVICE

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от электрической дуги короткого замыкания, возникающей в высоковольтном электрооборудовании.
В настоящее время гашение электрической дуги короткого замыкания в высоковольтном оборудовании, содержащем высоковольтные выключатели, отделители, короткозамыкатели, трансформаторы и др., производится путем его отключения от питания с помощью выключателя по сигналам от устройств дуговой защиты [1].
Недостатком такого решения является необходимость проводить отключение при максимально допустимом токе через выключатель, что приводит снижению его ресурса, а также большое время отключения из-за складывающихся времен срабатывания устройства дуговой защиты и выключателя.
Известно устройство создания искусственного металлического короткого замыкания, так называемые убийцы дуги (arc killer) [2], содержащее датчик давления или датчик оптического излучения, подключенный через электронную схему к электромагниту, удерживающему взведенную пружину, к которой прикреплен шунт. При возникновении электрической дуги датчик воздействует через электронную схему на электромагнит, который освобождает пружину, в результате чего происходит короткое замыкание через шунт фаз цепи, где возникла электрическая дуга. Происходит понижение напряжения на столбе электрической дуги практически до нуля и тем самым прекращается ее горение.
Недостатком устройства является низкое быстродействие из-за использования пружинного привода для осуществления искусственного металлического короткого замыкания.
Наиболее близким к заявляемому является распределительное устройство с подвижной стенкой [3], которая может поворачиваться под действием давления раскаленного воздуха (газов), соприкасающегося со столбом электрической дуги, соединенной с ножами короткозамыкателя, и вместе с специальной пружиной является газовым приводом. При возникновении электрической дуги на стенку воздействует давление раскаленного воздуха и поворачивает ее. После прохождения мертвой точки специальная пружина воздействует на ножи короткозамыкателя, соединенные с фазами, которые под ее действием замыкаются на землю, создавая искусственное металлическое короткое замыкание, приводящее к гашению дуги.
Недостатками прототипа является высокий порог срабатывания (более 10 кА) и низкое быстродействие из-за его большой массивности (порядка 0,12 с).
Техническим результатом является снижение порога срабатывания и увеличение быстродействия срабатывания дуговой защиты.
Технический результат достигается тем, что устройство гашения электрической дуги, содержащее короткозамыкатель с газовым приводом, дополнительно содержит волоконно-оптический датчик оптического излучения, выход которого подсоединен к оптическому пиропатрону, причем выход оптического пиропатрона через газовый привод подключен к входу короткозамыкателя.
На чертеже приведена схема устройства.
Принятые обозначения:
1 - волоконно-оптический датчик оптического излучения;
2 - оптический пиропатрон;
3 - газовый привод;
4 - короткозамыкатель;
А, В, С - обозначения фаз трехфазной высоковольтной сети.
Устройство состоит из волоконно-оптического датчика 1 оптического излучения, который обоими своими торцами подключен через оптический пиропатрон 2 к газовому приводу 3. Выход газового привода 3 подключен к короткозамыкателю 4. Волоконно-оптический датчик 1 устанавливается вблизи высоковольтной цепи, на которой может возникнуть электрическая дуга таким образом, чтобы датчик 1 мог воспринимать свет от возможной дуги.
Устройство работает следующим образом.
В отсутствие электрической дуги короткозамыкатель 4 разомкнут. При возникновении электрической дуги свет от нее падает на волоконно-оптический датчик оптического излучения 1 и формирует в нем оптический сигнал, который поступает на оптический пиропатрон 2 и поджигает в нем метательное вещество. Горение метательного вещества в пиропатроне 2 сопровождается бурным выделением газов и приводит к резкому повышению давления, которое с выхода пиропатрона поступает в газовый привод, что приводит к его срабатыванию. Механическое усилие от газового привода передается на короткозамыкатель, который осуществляет искусственное металлическое короткое замыкание фаз высоковольтной цепи с землей. Так как сопротивление металлического соединения много меньше, чем сопротивление электрической дуги, то весь ток начинает течь через металлическое короткое замыкание, напряжение питания падает, и дуга гаснет.
В качестве волоконно-оптического датчика оптического излучения 1 можно использовать волоконный световод, выполненный из оптического волокна или жгута волокон с сердцевиной из лазерного стекла, аналогичный световоду из [4], который протянут внутри КРУ вблизи возможного возникновения электрической дуги, причем один или оба торца (в последнем случае он изогнут в виде петли, как показано на чертеже) которого подключены к оптическому входу пиропатрона 2. Пиропатрон 2 может быть выполнен, например, в виде цилиндрического корпуса, внутри которого размещено метательное вещество, например, в виде дымного пороха, причем торец или торцы световода волоконно-оптического датчика 1 находятся в непосредственном контакте с метательным веществом. Другой торец пиропатрона 2 имеет отверстие (выход), через которое газы метательного вещества могут перетекать в газовый привод 3.
В качестве газового привода и короткозамыкателя можно использовать устройство гашения ARC-AT фирмы ARCON [5], содержащее цилиндр, внутри которого может перемещаться поршень, механически связанный с заземляющими ножами.
2
Порог срабатывания устройства определяется яркостью источника света, в данном случае яркостью электрической дуги, Известно, что яркость электрической дуги уже при токе 500 А может создать в световоде из лазерных волокон оптический поток до 1000 Вт/см, что существенно выше необходимого уровня поджига метательного вещества.
Время срабатывания короткозамыкателя будет определяться, в основном, временем срабатывания газового привода и короткозамыкателя, которое составляет не более 1,5 мс.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет по сравнению с прототипом существенно понизить порог срабатывания и сократить время горения электрической дуги и тем самым уменьшить причиняемый ей ущерб.
Источники информации
1. Нагай В.И. «Быстродействующие дуговые защиты КРУ. Современное состояние и пути совершенствования» // Новости электротехники, №5, 2003 г.
2. Daniel Piccoz, Christophe Preve, Fabrice Buffa, Patrice Grosjean «The ″arc killer″: the internal fault suppressor», 20th International Conference on Electricity Distribution, Prague, 8-11 june 2009, paper 0177.
3. Дорошев К.И. «Эксплуатация КРУ 6-220 кВ». - М.: Энергоатомиздат, 1987, рис. 3.41-3.42 (прототип).
6
4. Пиротехническое устройство. Заявка на изобретение РФ №96106015, 26.03.1996, МПК F42B 3/113.
5. ARCON: Arc-Fault Protection System, Manual, replaces 02/09 AWB46-1246GB, EATON. ftp://ftp.moeller.net/DOCUMENTATION/AWB_MANUALS/MN01405001Z_EN.pdf.