ТРЕХСТАДИЙНЫЙ СПОСОБ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
THREE-STAGE METHOD OF ELECTRICAL SWITCHING

Область техники
Изобретение относится к области электротехники, а именно к вакуумной коммутационной аппаратуре высокого напряжения.
Уровень техники
Основным элементом вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера (ВДК). При отключении цепи контакты ВДК размыкаются и между ними образуется дуговой промежуток, от длины которого зависит индукция магнитного поля, создаваемого контактной системой, и электрическая прочность промежутка после погасания дуги.
Известен способ коммутации сильноточной электрической цепи вакуумным выключателем, заключающийся в том, что перед размыканием контактов через них пропускают от дополнительного источника импульс тока, направление которого противоположно направлению коммутируемого тока [Патент № RU 2299487, публ. 20.05.2007]. Недостатком этого решения является сложность реализации, обусловленная необходимостью формирования мощного импульса тока противоположного направления.
Указанный недостаток устранен в решении по патенту [№1157334319 (В2), публ. 26.02.2008), который выбран в качестве прототипа.
Согласно прототипу размыкание вакуумных контактов происходит в две стадии, при этом устанавливают максимальную скорость размыкания контактов на первой стадии, уменьшают скорость размыкания на второй стадии и поддерживают ее до завершения хода контактов вакуумного выключателя.
Недостатком прототипа является появление большого количества повторных пробоев (особенно при отключении емкостных токов) под воздействием восстанавливающегося напряжения.
Цель предлагаемого решения - устранение указанного недостатка.
Раскрытие изобретения
Технический результат изобретения - снижение вероятности повторных пробоев электрического промежутка вакуумного выключателя.
Предметом изобретения является способ коммутации электрической цепи вакуумным выключателем, заключающийся в том, что производят трехстадийное размыкание контактов вакуумного выключателя, при этом устанавливают максимальную скорость размыкания контактов на первой стадии, уменьшают скорость размыкания, как минимум, в пять раз на второй стадии и увеличивают скорость размыкания контактов, как минимум, вдвое на третьей стадии.
Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что длительность первой стадии устанавливают 5-6 мс, длительность второй стадии - 10-12 мс, а третьей стадии - до завершения хода контактов вакуумного выключателя.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена зависимость скорости V увеличения межконтактного промежутка ВДК от времени, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа.
На фиг.2 показана конструкция ВДК, а на фиг.3 приведены элементы привода выключателя для осуществления предлагаемого способа.
Осуществление изобретения с учетом его развития
ВДК на фиг.2 состоит из подвижного 1 и неподвижного 2 контактов, экранной системы 3, вакуумно-плотного корпуса 4 и отключающей пружины 5. На фиг.3 показаны следующие элементы: вал 6, кинематически связанный с подвижным контактом 1, рычаг 7, установленный на валу 6, рычаг 8, закрепленный на неподвижной оси и связанный с неподвижно закрепленным демпфером 9. Рычаги 7 и 8 сцеплены роликами 10 и 11.
Способ осуществляется следующим образом.
1
Во включенном положении ВДК, которое фиксируется приводом, контакт 1 примыкает к контакту 2, а пружина 5 растянута. Ролики 10 и 11 рычагов 7 и 8 в составе привода выведены из зацепления и демпфер 9 не имеет кинематической связи с подвижным контактом 1. Для отключения электрической цепи привод освобождает пружину 5 и под ее действием контакт 1 приходит в движение с максимальной скоростью V (обычно она выбирается в диапазоне 3-3,5 м/с). С этой же скоростью увеличивается промежуток между контактами 1 и 2. Высокая скорость увеличения межконтактного промежутка на этой стадии необходима для того, чтобы сократить время горения короткой дуги, при которой дуга существует в сжатой форме, а также для того, чтобы как можно быстрее обеспечить длину межконтактного промежутка, при котором дуга становится диффузной и межконтактный промежуток выдерживает переходное восстанавливающееся напряжение.
Перемещающийся контакт 1 вращает вал 6 с рычагом 7 вправо (см. фиг.3). По истечении 5-6 мс от начала процесса размыкания, когда ролик 10 входит в зацепление с роликом 11, начинает поворачиваться рычаг 8, связанный с демпфером 8, и начинается вторая стадия.
2
3
Кинематическая связь подвижного контакта 1 с демпфером на этой (второй) стадии снижает скорость перемещения контакта 1, как минимум, в пять раз (до скорости V). При этом создаются наиболее благоприятные условия для гашения вакуумной дуги. Здесь индукция магнитного поля, создаваемого контактной системой, близка к оптимальной, а межконтактный промежуток способен выдержать переходное восстанавливающееся напряжение. Пониженная скорость Vконтакта 1 на второй стадии позволяет сохранить благоприятные условия гашения дуги в течение 10-12 мс (на время горения дуги), за которые длина межконтактного промежутка мало изменяется, а дуга гаснет.
3
3
1
По истечении 10-12 мс от начала второй стадии процесса размыкания ролик 10 выходит из зацепления с роликом 11 и демпфер 8 теряет кинематическую связь с подвижным контактом 1, после чего скорость движения контакта 1 возрастает, как минимум, вдвое до скорости V (скорость V не достигает скорости V из-за ослабления усиления пружины 5, стягивающейся до свободного состояния).
Соотношения скоростей движения контакта 1 на трех стадиях размыкания иллюстрирует фиг.1.
Ниже приводятся экспериментальные примеры, подтверждающие достижение вышеуказанного результата.
Пример 1. Была собрана ВДК на напряжение 110 кВ и изготовлен выключатель на напряжение 110 кВ.
Размыкание контактов осуществлялось в две стадии. На первой стадии скорость подвижного контакта составляла 3 м/с в течение 5 мс. Затем на второй стадии скорость уменьшалась до 0,5 м/с до полного размыкания контактов. Полный ход контактов составлял 60 мм. На первой стадии контакт перемещался на расстояние 15 мм. Остальные 45 мм хода контакт преодолевал с малой скоростью за время 90 мс. Такое длительное воздействие напряжения на промежуток привело к возникновению 4-х повторных пробоев в серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий.
Примеры 2 и 3. Был изготовлен вакуумный выключатель на напряжение 110 кВ, размыкание контактов в котором осуществлялось в три стадии в соответствии с предлагаемым способом. При этом на первой стадии скорость движения контакта 1 совпадала с указанной в примере 1.
В примере 2 на второй стадии скорость движения подвижного контакта составляла 0,6 м/с, а на третьей стадии - вдвое больше (1,2 м/с). Продолжительность третьей стадии - 30 мс. В серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий наблюдался один повторный пробой.
В примере 3 на второй стадии скорость движения контакта 1 составляла 0,5 м/с, а на третьей стадии - 2 м/с. Продолжительность третьей стадии - 22,5 мс. В серии из 48 опытов по отключению ненагруженных линий повторных пробоев не наблюдалось.