РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
SF6-GAS INSULATED SWITCHGEAR

Изобретение относится к распределительным устройствам с элегазовой изоляцией для среднего и высокого напряжения, т.е. для напряжения выше 1000 В.
В области техники хорошо известно, что вдоль электрической сети предусмотрено несколько электрических подстанций для передачи и распределения электроэнергии от вырабатывающего энергию источника к нагрузкам и потребителям, подсоединенным к питающей сети. Эти подстанции могут быть конфигурированы в соответствии с различными схемами в зависимости от применения, например схемы вход/выход или Т-образные схемы, Н-образные схемы и т.д., они реализуются путем использования электрических элементов, таких как разъединители, прерыватели, измерительные трансформаторы, системы управления.
В соответствии с более традиционными решениями электрические подстанции реализуются путем использования нескольких элементов, конструктивно независимых и соответствующим образом соединенных друг с другом и с линией электропередачи при сборке для того, чтобы получить необходимую схему и осуществить соответствующую предназначенную им функцию. В таких традиционных решениях при практическом использовании проявились некоторые недостатки, главным образом из-за большого количества элементов, необходимых для создания даже минимальной конфигурации, и из-за их конструктивного и функционального разделения. Эти аспекты приводят к жестким требованиям к техническому обслуживанию каждого отдельного используемого элемента и к значительному увеличению общих размеров подстанции, увеличению затрат на монтаж, техническое обслуживание и ремонт, а также на воздействие на окружающую среду.
Для преодоления вышеуказанных недостатков в последние годы было разработано несколько новых компактных распределительных устройств с элегазовой изоляцией, объединенных в одном устройстве и способных выполнять несколько электрических функций, которые в более традиционных подстанциях осуществляют с использованием множества конструктивных элементов.
В частности, такие устройства содержат внешний корпус, имеющий гондолообразный участок, на котором установлены два или три проходных изолятора, каждый из которых содержит электрический вывод для входных/выходных соединений с линией электропередачи и/или другими элементами подстанции. Внутри гондолообразного участка обычно предусмотрены по меньшей мере блок разъединения и блок прерывания, которые соответствующим образом сконструированы и электрически соединены друг с другом и с электрическими выводами таким образом, чтобы осуществлять действия по электрическому разъединению или прерыванию соответственно.
Примеры такого типа распределительных устройств с элегазовой изоляцией раскрыты в международной заявке WO 0024099 и в патенте США 5 796 060.
Такой тип распределительного устройства с элегазовой изоляцией внес значительный вклад в уменьшение количества необходимых элементов и позволил реализовать более компактные подстанции с меньшим зрительным воздействием на окружающую среду и пониженными затратами на монтаж, техническое обслуживание и ремонт. Тем не менее, эти устройства могут быть дополнительно усовершенствованы в том, что касается их конструкции, набора осуществляемых электрических операций, особенно в отношении числа возможных комбинаций и координирования действий прерывателя и разъединителя, и способа их осуществления. Например, перед приведением в действие блока разъединителя для разъединения одного или более входных/выходных соединений обычно нужно сначала разомкнуть прерыватель цепи, прервав таким образом электрический ток, и тем самым выводя из эксплуатации целиком все устройство. Это не совсем удобно, например, когда устройство имеет входное соединение и два выходных соединения, только одно из которых должно быть отсоединено, например, для обслуживания и ремонта, в то время как другие соединения с нагрузкой должны продолжать работать.
Технической задачей настоящего изобретения является создание распределительного устройства среднего или высокого напряжения вышеупомянутого типа с элегазовой изоляцией, обладающего, по сравнению с известными устройствами, улучшенным функционированием и возросшей универсальностью с точки зрения электрических операций, которые могут быть осуществлены и скоординированы, и имеющего рабочие схемы, которые могут быть реализованы во время практического использования, а также оптимизированную конструкцию.
Поставленная задача решена путем создания распределительного устройства с элегазовой изоляцией, содержащего первую оболочку, в которой размещены по меньшей мере первый вывод для входного/выходного соединения, разъединительный блок, содержащий по меньшей мере первый неподвижный контакт, функционально соединенный с первым выводом, и соответствующий первый подвижный контакт, который может быть электрически соединен/разъединен с первым неподвижным контактом во время работы разъединительного блока, прерыватель цепи , электрически соединенный с разъединительным блоком и содержащий по меньшей мере пару контактов прерывания, которые могут быть приведены в действие во время работы прерывателя цепи, между замкнутым положением прерывателя, когда они электрически соединены, и разомкнутым положением прерывателя, когда они электрически разъединены, средство приведения в действие для управления разъединительным блоком и прерывателем цепи, вторую оболочку, функционально соединенную со средством приведения в действие, в которой размещены контакты прерывания и на внешней поверхности которой установлен по меньшей мере первый подвижный контакт, при этом распределительное устройство характеризуется тем, что вторая оболочка установлена с возможностью поворота внутри первой оболочки так, чтобы вращать первый подвижный контакт во время работы разъединительного блока, причем пара контактов прерывания функционально соединена со средством приведения в действие так, чтобы оставаться электрически соединенными в замкнутом положении прерывателя и в основном неподвижными по отношению друг к другу во время вращения второй оболочки.
Другие признаки и преимущества распределительного устройства в соответствии с настоящим изобретением станут более ясны из описания предпочтительных, но не ограничивающих, вариантов осуществления распределительного устройства в соответствии с изобретением, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает вид сбоку первого варианта осуществления распределительного устройства согласно изобретению;
фиг.2 - частичный разрез распределительного устройства согласно изобретению;
фиг.3 - часть участка, обведенного кружком на фиг.2, согласно изобретению;
фиг.4 - вид сбоку предпочтительного варианта выполнения распределительного устройства согласно изобретению.
6
Распределительное устройство с элегазовой изоляцией высокого и среднего напряжения в соответствии с изобретением содержит первую неподвижную оболочку 1 (фиг.1), которая частично или полностью заполнена изолирующим элегазом, например SF, и имеет гондолообразный участок 2 и один или более проходных изоляторов, механически установленных на гондолообразном участке 2. Каждый проходной изолятор содержит соответствующий электрический вывод или шину для входного/выходного соединения распределительного устройства с линией электропередачи и/или другими элементами, такими как трансформаторы, нагрузки и т.д. На фиг.1 показаны только два проходных изолятора 3 и 4, в которых размещены соответствующие выводы 5 и 6 соответственно. Как схематично показано на фиг.4, оболочка 1 предпочтительно содержит третий проходной изолятор 7, в котором размещен соответствующий третий вывод 70.
Распределительное устройство в соответствии с изобретением также содержит расположенный внутри первой оболочки 1 разъединительный блок, имеющий по меньшей мере первый неподвижный контакт 8, электрически соединенный с первым выводом 5, и соответствующий первый подвижный контакт 9, который может приводиться в действие во время работы разъединительного блока для осуществления электрического соединения с первым подвижным контактом 8 или отсоединения от него. Разъединительный блок  содержит также второй неподвижный контакт 14, электрически соединенный со вторым выводом 6 и соответствующим вторым подвижным контактом 15. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения разъединительный блок содержит третий неподвижный контакт 71 (фиг.4), который подсоединен к соответствующему третьему выводу 70. Соответственно второй подвижный контакт 15 может быть размещен так, что он может быть электрически соединен также с третьим неподвижным контактом 71 или отсоединен от него. Альтернативно разъединительный блок содержит третий подвижный контакт 72, который может быть электрически соединен с третьим неподвижным контактом 71 или отсоединен от него, тогда как второй подвижный контакт 15 соединен только с соответствующим вторым неподвижным контактом 14 или отсоединен от него. Наконец, разъединительный блок может содержать один или более дополнительных неподвижных контактов 4 (фиг.1, 2), непосредственно установленных на первой оболочке 1, которая находится при нулевом потенциале. Каждый контакт 40 может быть подсоединен к соответствующему подвижному контакту 9 или 15, или 72 так, чтобы обеспечить заземление.
Внутри оболочки 1 предусмотрен также прерыватель цепи, электрически соединенный с разъединительным блоком и содержащий по меньшей мере пару контактов прерывания, т.е. первый главный контакт 10 и второй главный контакт 11, которые могут приводиться в действие во время работы прерывателя цепи между замкнутым положением прерывателя, когда они электрически соединены, и разомкнутым положением прерывателя (фиг.2), когда они электрически разъединены. Прерыватель цепи содержит также дугогасительные контакты 12 и 13, структура и функции которых хорошо известны в данной области техники.
6
6,
2
Кроме того, устройство содержит средство приведения в действие, предназначенное для управления разъединительным блоком и прерывателем цепи при выполнении электрических операций, например размыкании/замыкании прерывателя цепи и/или соединения/разъединения входного/выходного соединений. Устройство содержит также вторую оболочку 100 (фиг.1), которое функционально соединено с упомянутым средством приведения в действие и в котором размещены контакты прерывателя цепи, и на внешней поверхности которого установлен по меньшей мере первый подвижный контакт 9. Вторая оболочка 100 также заполнена изолирующим газом, например SF. Альтернативно можно заполнить первым изолирующим газом с высокими диэлектрическими свойствами, например SFтолько вторую оболочку 100, которая может быть герметизирована, и заполнить оставшийся внутренний объем первой оболочки 1 воздухом или другими соответствующими изолирующими газами, например азотом (N), благородными газами или смесями.
Предпочтительно в устройстве согласно изобретению вторая оболочка 100 состоит из нескольких частей, жестко соединенных друг с другом и образующих единое вращающееся тело. В частности, как показано на фиг.1 и 2, вторая оболочка предпочтительно содержит камеру 101 прерывания прерывателя цепи, которая в свою очередь может быть образована из одной или более частей, жестко соединенных друг с другом, электрический экран 102, закрепленный у первого конца камеры 101 прерывания, и полый вращающийся опорный элемент 103. Вторая оболочка 100 оперативно связана с противоположными концами первой оболочки 1 посредством вала 105 средства вращения вала и элемента 103, которые соединены с оболочкой 1 посредством, например, подшипников, фланцев и т.п.
Предпочтительно в распределительном устройстве согласно изобретению вторая оболочка 100 установлена с возможностью поворота внутри первой оболочки 1 и функционально связана со средством приведения в действие так, что когда разъединительный блок работает под управлением средства приведения в действие, он вращается, вовлекая во вращение по меньшей мере первый подвижный контакт 9. Предпочтительно в устройстве согласно изобретению и второй подвижный контакт 15 жестко установлен на второй оболочке 100 и жестко вращается с ним, так что он может быть электрически соединен с неподвижным контактом 14 и третьим неподвижным контактом 71, если используется, или электрически отсоединен от них во время работы разъединительного блока. Например, второй подвижный контакт 15, как и первый подвижный контакт 9, может представлять собой нож с профилем в форме кругового сектора, при этом второй и третий неподвижные контакты 14, 71 расположены так, что находятся на плоскости вращения второго подвижного контакта 15, а первый неподвижный контакт 8 расположен в плоскости вращения соответствующего подвижного контакта 9. Аналогично третий подвижный контакт 72, если он используется, также может быть выполнен в виде ножа в форме кругового сектора, который жестко закреплен на второй оболочке 100 и вращается с ней.
Кроме того, средство приведения в действие функционально связано с парой главных контактов 9, 10 прерывания, а также со второй оболочкой 100 (которая на практике действует как средство приведения в действие), таким образом, что когда вторая оболочка 100 вращается во время работы разъединительного блока, контакты прерывания 9, 10 остаются электрически соединенными в замкнутом положении прерывателя цепи и в основном неподвижны по отношению друг к другу, т.е. они не совершают перемещений по отношению друг к другу (не считая неизбежной механической инерции).
Преимущественно в первом варианте осуществления устройства согласно изобретению, как будет описано более подробно ниже, пара контактов 10 и 11 прерывания функционально связана со средством приведения в действие и вращается при вращении второй оболочки 100 вокруг продольной оси 200 координат, в основном одновременно друг с другом (не считая неизбежной механической инерции), т.е. с той же угловой скоростью, оставаясь электрически соединенными в замкнутом положении прерывателя, но при этом перемещаются один по отношению к другому вдоль продольной оси 200 с сохранением неподвижности оболочки 100 во время замыкания/размыкания прерывателя цепи. Более предпочтительно пара главных контактов 10 и 11 прерывания функционально связана со средством приведения в действие и вращается во время вращения второй оболочки 100 в основном одновременно друг с другом и вместе со второй оболочкой 100 (не считая механической инерции). В соответствии с этим вариантом осуществления первый главный контакт 10 жестко связан со второй оболочкой 100, а средство приведения в действие содержит средство вращения с валом, содержащее вращающийся вал 105 и соединенное со второй оболочкой 100 и со средством 106 приведения в движение, расположенным снаружи первой оболочки 1. Кроме того, средство приведения в действие содержит средство в форме стержня, содержащее первую часть 16 стержня, например, выполненную из электропроводящего материала, которая соединена с главным контактом 11 и является опорой для главного контакта 11, и вторую часть 17 стержня, например, выполненную из электроизолирующего материала, которая выступает наружу из первой оболочки 1 и соединена со средством 107 приведения в движение. Первая часть 16 стержня и главный контакт 11 могут быть выполнены в виде одной части из электропроводящего материала.
В свою очередь средства 106 и 107 приведения в движение содержат один привод, например вращающийся электропривод, соединенный и альтернативно приводящий в движение средство в форме стержня или средство в виде вала во время работы разъединительного блока или прерывателя цепи, соответственно. Альтернативно могут быть предусмотрены два привода, каждый из которых приводит в движение отдельно средство в форме стержня и средство в виде вала, соответственно.
Два участка 16 и 17 расположены на одной продольной оси 200 и функционально связаны друг с другом и со второй оболочкой 100 посредством соответствующего соединительного средства. Упомянутое соединительное средство содержит первую втулку 18 (фиг.2, 3), которая расположена вокруг обращенных друг к другу концов первого и второго стержневых участков 16, 17 и соединена с первым концом второй оболочки 100. В частности, первая втулка 18 соединена с внутренней стороной электрического экрана 102 посредством размещения между ними герметизирующего средства 19, например кольца, выполненного из тефлона. Соединительное средство содержит также первый элемент 20 определенной формы, который вставляется в первую часть 16 стержня на его конце и имеет первое сквозное отверстие 21 и второе сквозное отверстие 22, которые размещены поперек по отношению к продольной оси 200. Элемент 20 определенной формы имеет также профилированную головку 35, предназначенную для закрывания отверстия стержня 36, предусмотренного на первой части 16. Соединительное средство дополнительно содержит первый штифт 23, который проходит внутрь первого сквозного отверстия 21 и соответствующего отверстия части 16 стержня и входит внутрь приемного гнезда, предусмотренного на первой втулке 18; второй штифт 24, который проходит внутри второго сквозного отверстия 22 и входит внутрь приемного гнезда, предусмотренного на первой части 16 стержня. Штифты 23 и 24 позволяют реализовать жесткие соединения между втулочным элементом 18, первой частью 16 стержня и элементом 20 определенной формы. Кроме того, первая полая трубка 25 расположена вдоль продольной оси 200 внутри второй части 17 стержня на его конце, а вторая полая трубка 26 расположена внутри второй части 17 стержня вокруг первой трубки 25 и снабжена сквозным каналом 27, проходящим поперек по отношению к оси 200. Соединительный штифт 28 вставляется внутрь сквозного канала 27 и входит в гнездо, размещенное на второй части 17 стержня. Соединительный штифт 28 имеет сквозное отверстие вдоль оси 200, в которое входит первая полая трубка 25. Наконец, предусмотрен фиксирующий элемент, например винт 29, который проходит через первую трубку 25 и имеет первый конец 30, который ввинчен в первый элемент 20 определенной формы, и головную часть 31, которая за счет фиксирования продвигает первую трубку 25 до упора в первый элемент 20 определенной формы. Рабочее соединение между различными элементами реализуется следующим образом: когда фиксация завершена, существует небольшой зазор между второй трубкой 26 и первой трубкой 25, а также между обращенными друг к другу поверхностями второй трубки 26 и первого элемента 20 определенной формы - первой частью 16 стержня, головной частью 31 и второй трубкой 26.
На практике при нормальных условиях работы прерыватель цепи находится в замкнутом положении при электрически соединенных контактах 10, 11. Каждый из подвижных контактов разъединительного блока соединен с соответствующим неподвижным контактом, так что все входные/выходные соединения замкнуты. Когда нужно выполнить электрическую операцию, например разомкнуть прерыватель цепи из-за неполадки, средство 107 приведения в движение приводит в движение вторую стержневую часть 17 стержня, который перемещается вдоль оси 200 (стрелка 50 на фиг.2) и благодаря вышеописанным соединениям он вовлекает в совместное перемещение винт 29, трубки 25-26, соединительный штифт 28, два штифта 23, 24, элемент 20 определенной формы, втулку 18 (которая скользит по внутренней поверхности герметизирующего средства 19), первую часть 16 стержня и второй главный контакт 11, соединенный с первой частью 16 стержня, которая перемещается от первого главного контакта 10, при этом по отношению ко второй оболочке 100, т.е. первому главному контакту 10, средство 105 в виде вала остается в основном неподвижным. В конце перемещения (фиг.3) головка 35 определенной формы расположена так, что закрывает отверстие 36, препятствуя таким образом течению горячих газов, образованных при операции размыкания, по направлению к изолирующей второй части 17 стержня и, перемещая эти газы в соответствующую зону сброса внутри оболочки 100. Замыкание прерывателя осуществляется аналогичным образом при совместном перемещении тех же элементов в противоположном направлении (стрелка 60 на фиг.2).
При осуществлении работы блока разъединителя средство 106 приведения в движение приводит в движение средство в виде вала, в частности вал 105, который вращается вокруг оси 200 вместе с оболочкой 100, парой контактов 10, 11 (которые остаются электрически соединенными), герметизирующим средством 19, втулкой 18, элементом 20 определенной формы, штифтами 23, 24, первой частью 16 стержня, винтом 30 и первой трубкой 25; при этом вторая трубка 26, соединительный штифт 28 и вторая часть 17 стержня остаются в основном неподвижными. При вращении вторая оболочка 100 вовлекает во вращение подвижный(е) контакт(ы) 9 (15, 72) установленного на ней разъединительного блока.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления пара контактов 10 и 11 прерывания соединена со средством приведения в действие так, что во время вращения второй оболочки 100 они остаются неподвижными, т.е. не перемещаются, и электрически соединенными в замкнутом положении прерывателя цепи, но при этом они перемещаются по отношению друг к другу вдоль оси 200 во время операций замыкания/размыкания упомянутого блока прерывателя цепи, а вторая оболочка 100 остается в основном неподвижной. В соответствии с этим вариантом осуществления первый главный контакт 10 (так же, как и дугогасительный контакт 12) установлен на соответствующем опорном элементе 108 (фиг.2), который функционально соединен с оболочкой 100, например, в зоне, где вращающийся вал 105 соединен с оболочкой 100. В свою очередь второй главный контакт 11 соединен со средством в форме стержня, представляющим собой, например, одно тело в форме стержня или содержащим два отдельных стержневых участка, жестко соединенных друг с другом, например две части 16, 17 стержня предыдущего варианта осуществления. В этом варианте осуществления соединительное средство имеет такую форму, чтобы механически соединять вторую оболочку 100 с одной стороны с главным контактом 10 и средством в виде вала, а с другой стороны со средством в форме стержня посредством вращательной кинематической пары во время вращения второй оболочки 100 и посредством поступательной кинематической пары во время работы прерывателя цепи. В частности, соединительное средство может содержать по меньшей мере упорный подшипник. Предпочтительно предусмотрены два упорных подшипника, схематично обозначенных на фиг.1 квадратами из пунктирных линий 80, 90, которые расположены, например, один внутри электрического экрана 102, а другой на противоположном конце первой оболочки 100 в области, где опорный элемент 108 соединен с оболочкой 100. Согласно этому альтернативному варианту осуществления при осуществлении размыкания/замыкания прерывателя средство 107 приведения в движение приводит в движение средство в форме стержня, которое перемещается вдоль оси 200 и внутри подшипника 90 вместе со вторым главным контактом 11, который перемещается от первого контакта 10, при этом первый контакт 10 и оболочка 100 остаются неподвижными (поступательная кинематическая пара по отношению к оболочке 100). При управлении блоком разъединителя средство 106 приводит в движение вал 105, который вращается вместе с оболочкой 100 вокруг оси 200, в то время как благодаря упорным подшипникам 80, 90 контакты 10, 11, опорный элемент 108, функционально связанный с оболочкой 100 посредством подшипника 80, и средство в форме стержня остаются неподвижными при электрически соединенных контактах 10, 11 в замкнутом положении прерывателя (вращающаяся кинематическая пара оболочки 100 с группой контактов 10, 11 - средства в форме стержня - средства в виде вала).
На практике было установлено, что устройство согласно изобретению полностью решает поставленную задачу, обеспечивая ряд значительных преимуществ и усовершенствований по сравнению с известными устройствами. В устройстве согласно изобретению вторая оболочка 100 преимущественно представляет собой и действует как элемент приведения в действие разъединительного блока, объединяя в своей конструкции несколько элементов, обычно предусмотренных в известных устройствах в виде отдельных элементов как конструктивно, так и функционально. Кроме того, благодаря специальным соединениям между различными частями, в частности между оболочкой 200, главными контактами 10, 11 прерывания и средством приведения в действие во время работы разъединительного блока важные замкнутые электрические контакты, в первую очередь сами главные контакты 10, 11 остаются электрически соединенными и без перемещения по отношению друг к другу. Следовательно, между замкнутыми частями нет трения, особенно между главными контактами прерывания, что предотвращает возможные повреждения и исключает или по меньшей мере ограничивает возникновение частиц, которые в противном случае остаются внутри оболочки, увеличивая риск частичных разрядов. Это приводит к получению нескольких возможных схем согласно желаемым входным/выходным рабочим соединениям более эффективно по сравнению с известными устройствами. В частности, благодаря вышеописанным решениям среди различных возможных комбинаций, которые могут быть реализованы (например, прерыватель в замкнутом положении при соединенных контактах 10, 11 и при всех подвижных контактах разъединительного блока 9, 15 (и 72, если используется), соединенных с соответствующими неподвижными контактами 8, 14 и 71) путем вращения оболочки 100 можно разъединять только одно из соединений (например, вывод 6) устройства с внешними элементами, такими как линия электропередачи или другая нагрузка, сохраняя в рабочем состоянии другие соединения (например, выводы 5-72), поскольку прерыватель поддерживается в замкнутом положении и обеспечен подвод питания.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.4:
а) прерыватель в замкнутом положении с соединенными контактами 10, 11, контакты 8-9 разъединительного блока соединены, второй подвижный контакт 15 соединен со вторым неподвижным контактом 14, а третий подвижный контакт (если используется, или тот же контакт 15, если используются только два подвижных контакта блока разъединителя) отсоединен от третьего неподвижного контакта 71; или альтернативно
б) прерыватель в замкнутом положении с соединенными контактами 10, 11, контакты 8, 9 разъединительного блока соединены, второй подвижный контакт 15 отсоединен от второго неподвижного контакта 14, а третий подвижный контакт 72 (если используется, или тот же контакт 15, если используются только два подвижных контакта блока разъединителя) соединен с третьим неподвижным контактом 71.
Распределительное устройство согласно изобретению, в частности, пригодно для использования на электрических подстанциях, предпочтительно с двойной системой шин. Настоящее изобретение относится также к подстанции передачи и распределения электроэнергии высокого и/или среднего напряжения, характеризующейся тем, что она содержит описанное выше распределительное устройство.
В объеме идеи изобретения возможны модификации и изменения распределительного устройства, все элементы могут быть заменены другими, технически эквивалентными элементами.