БАКОВЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ВАКУУМНОЙ ДУГОГАСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРОЙ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к баковым выключателям высокого напряжения с вакуумной дугогасительной камерой.
К вакуумным выключателям высокого напряжения (110 кВ и выше) предъявляются высокие требования по номинальному току (2500 A и более) и по номинальному току отключения (31,5 кА и более). При работе выключателя в его токоведущей цепи и деталях конструкции возникают потери части электрической энергии, которая повышает температуру деталей выключателя. Тепловая энергия рассеивается в окружающей среде.
Известен высоковольтный выключатель (US 8110770 B2, МПК: H01H 33/66, опубл. 07.02.2012) - [1], где вакуумная камера расположена в заземленном баке, заполненным изоляционной средой - сухим воздухом. Особенностью данной конструкции является то, что вакуумная камера и монолитные токовводы ее контактов находятся в изоляционной среде, имеющей давление до 0,4 МПа, чем обеспечивается достаточная электрическая изоляция от заземленного бака. В то же время сильфон вакуумной камеры выделен в отдельный узел, объем которого отделен от основного объема бака выключателя и в котором поддерживается атмосферное давление, что благоприятно сказывается на надежности и сроке работы сильфона.
Недостатком устройства - аналога [1] является то, что конструкция токоввода не обеспечивает достаточного отвода тепла от конструктивных элементов вакуумной камеры и самих токовводов. Что не позволяет достичь большого номинального тока.
Ближайшим по технической сущности к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является вакуумный выключатель (US 7115831 В2, МПК: H01H 33/66, опубл. 03.10.2006) - [2], в котором вакуумная камера помещена в изоляционную покрышку (изолятор), заполненную изоляционным газом. Неподвижный контакт вакуумной камеры соединен с верхней металлической крышкой изолятора, на которой расположена клемма присоединения внешней электрической цепи. Подвижный контакт вакуумной камеры сочленяется со штоком, который через скользящий токосъемный узел соединен с токовводом. Данный токоввод со стороны подвижного контакта выполнен полым и имеет систему сквозных отверстий, обеспечивающих возможность движения газа. Токосъемный узел и внутренняя поверхность полого токоввода образует подобие поршневого устройства, которое организует движение газовой среды при операциях коммутации. Такое решение увеличивает теплоотвод из межконтактной зоны вакуумной камеры.
Недостатком такой конструкции токовводов является неэффективный отвод тепловой энергии путем конвекции из-за небольшой поверхности теплоотдачи. При этом можно отметить, что такое выполнение устройства наиболее эффективно работает при оперировании выключателем.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания конструкции бакового выключателя высокого напряжения с вакуумной дугогасительной камерой, позволяющей снизить рабочую температуру токовводов подвижного и неподвижного контактов вакуумной дугогасительной камеры.
Техническим результатом от реализации поставленной задачи является возможность увеличить номинальный ток за счет эффективного отвода тепла от нагревающихся элементов конструкции путем дополнительной конвекции и увеличения площади теплоотводящих поверхностей токовводов подвижного и неподвижного контактов вакуумной дугогасительной камеры.
Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в баковом выключателе высокого напряжения с вакуумной дугогасительной камерой, содержащем заземленный бак, заполненный изоляционной средой, в атмосфере которой размещена вакуумная дугогасительная камера с подвижным и неподвижным контактами, электрически и механически соединенные с ними токовводы, которые размещены вне вакуумной дугогасительной камеры в изоляционной среде бака и выполнены полыми, при этом боковая стенка токоввода подвижного контакта имеет сквозные отверстия, дополнительно в устройстве боковая стенка токоввода неподвижного контакта имеет сквозные отверстия, а внешние и/или внутренние поверхности боковых стенок токовводов подвижного и неподвижного контактов выполнены с оребрением.
Выполнение стенки токоввода неподвижного контакта со сквозными отверстиями увеличивает отвод тепла за счет конвекции.
Выполнение внешних и/или внутренних поверхностей боковых стенок токовводов подвижного и неподвижного контактов с оребрением значительно увеличивает площадь теплоотводящей поверхности, что также способствует эффективному отводу тепла от токовводов, а также контактов вакуумной дугогасительной камеры.
На основании изложенного выше можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
На фиг.1 схематически изображен баковый выключатель высокого напряжения с вакуумной дугогасительной камерой в разрезе.
На фиг.2 схематически изображен баковый выключатель высокого напряжения с вакуумной дугогасительной камерой в сечении А-А.
На фиг.1 и фиг.2 показаны: бак - 1, который заземлен; изоляционная среда - 2 (например, элегаз), которой заполнен бак 1; вакуумная дугогасительная камера - 3, которая размещена в баке 1 в атмосфере изоляционной среды 2; подвижный контакт - 4 вакуумной дугогасительной камеры 3; неподвижный контакт - 5 вакуумной дугогасительной камеры 3; токоввод подвижного контакта - 6, который выполнен полым; токоввод неподвижного контакта - 7, который выполнен полым; боковая стенка - 8 токоввода подвижного контакта 6; сквозные отверстия - 9 в боковой стенке 8 токоввода подвижного контакта 6; боковая стенка - 10 токоввода неподвижного контакта 7; сквозные отверстия - 11 в боковой стенке 10 токоввода неподвижного контакта 7; внешняя поверхность - 12 боковой стенки 8 токоввода подвижного контакта 6, которая может быть выполнена с оребрением; внешняя поверхность - 13 боковой стенки 10 токоввода неподвижного контакта 7, которая может быть выполнена с оребрением; внутренняя поверхность - 14 боковой стенки 8 токоввода подвижного контакта 6, которая может быть выполнена с оребрением; внутренняя поверхность - 15 боковой стенки 10 токоввода неподвижного контакта 7, которая может быть выполнена с оребрением.
Заземленный бак 1 предлагаемого выключателя заполнен изоляционной средой 2 (например, электроизоляционным газом или смесью газов), которая обеспечивает необходимые изоляционные характеристики промежутков между токопроводящими элементами устройства и баком 1.
Токовводы 6 и 7 электрически и механически соединены соответственно с подвижным 4 и неподвижным 5 контактами и могут иметь разное количество металлических ребер на внешних 12, 13 и/или внутренних 14, 15 поверхностях боковых стенок 8 и 10 соответственно. Электрическая связь токоввода 6 с подвижным контактом 4 вакуумной дугогасительной камеры 3 осуществляется через встроенный скользящий токосъемный узел (не показан) и шток (не обозначен), сочлененный с подвижным контактом 4. Механическая связь токоввода 6 с подвижным контактом 4 осуществляется за счет закрепления токоввода 6 на штоке с возможностью продольного перемещения штока вдоль оси устройства.
На фиг.2 показан вариант исполнения токоввода 7 неподвижного контакта 5 с ребрами на внешней 13 и внутренней 15 поверхностях стенки 10.
Для работы устройства ток посредством одного токопровода (не показан) подводится к токовводу 6 подвижного контакта 4, а отводится от токоввода 7 неподвижного контакта 5 посредством другого токопровода (не показан).
Для пояснения функционирования предлагаемого технического решения необходимо отметить следующее. Вакуумная дугогасительная камера 3 является одним из наиболее нагруженных элементов бакового выключателя с точки зрения нагрева, так как имеет достаточно большое переходное контактное сопротивление, что определяется конструктивными особенностями вакуумных камер на напряжение ПО кВ и выше. Как известно теплоотвод из контактной зоны подвижного 4 и неподвижного 5 контактов вакуумной камеры 3 осуществляется в аксиальном направлении главным образом посредством теплопроводности. Далее тепловой поток проходит через закрепленные на вакуумной камере 3 токовводы 6 и 7 соответственно подвижного 4 и неподвижного 5 контактов в газовую среду, являющуюся электрической изоляцией токоведущих частей выключателя, а далее через стенки заземленного бака 1 выключателя поглощается окружающей средой.
Предлагаемое конструктивное выполнение токовводов полезной модели способствует увеличению теплоотвода от вакуумной дугогасительной камеры 3 и ее конструктивных элементов во всех режимах работы выключателя.
Вследствие увеличения эффективной поверхности теплоотдачи токовводов 6 и 7 подвижного 4 и неподвижного 5 контактов вакуумной дугогасительной камеры 3 за счет выполнения ребер на их внешних 12, 13 и/или внутренних 14, 15 поверхностях и наличия сквозных отверстий 9 и 11 в стенках 8, 10 полых токовводов 6 и 7 организуется движение газовой среды 2 в баке 1 выключателя, что увеличивает перенос тепловой энергии от нагретых номинальным током токопроводящих частей выключателя через газовую среду 2 к заземленному баку 1. Увеличение теплоотвода с поверхностей 12, 13, 14, 15 токовводов 6 и 7 уменьшает температуру токопроводящих и примыкающих к ним изоляционных деталей выключателя. Благодаря этому возможно, при прочих равных условиях, увеличить номинальный ток выключателя до 30150 А.