БЛОК ПРЕРЫВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА
BREAKER UNIT OF ELECTRIC SWITCHING DEVICE

Изобретение относится к блоку прерывателя электрического коммутационного аппарата с телом для направления потока, предназначенным для направления газа, истекающего в первом направлении, причем тело для направления потока собрано, по меньшей мере, из первого и второго элемента с образованием стыковочного зазора.
Подобный блок прерывателя с телом для направления потока известен, например, из патента США 3984651. Там тело для направления потока образовано из элемента тарельчатой формы и элемента стержневой формы, причем элемент стержневой формы прижимает элемент тарельчатой формы к цоколю. Между обоими элементами образуется стыковочный зазор.
В процессе выключения, ввиду конструктивного выполнения, возникают газы, нагретые электрической дугой. Эти газы отбрасываются на тело для направления потока и направляются им в определенные зоны. Это должно осуществляться по возможности установленным образом, чтобы либо избежать завихрений, либо целенаправленно вызывать завихрения. На основе высоких скоростей потока газы проникают и в места стыка. За счет температуры и скорости потока газов места стыка могут подвергаться эрозии, так что на механическую стабильность может оказываться негативное влияние.
Поэтому задачей изобретения является выполнение блока прерывателя с телом для направления потока вышеназванного типа предусмотреть таким образом, что обеспечивается нечувствительность по отношению к горячим газам.
В соответствии с изобретением эта задача в блоке прерывателя вышеназванного типа решается тем, что стыковочный зазор имеет участок, на котором оба элемента сформированы комплементарно по форме с образованием лабиринтной структуры.
За счет комплементарного по форме выполнения элементов возможно снизить время монтажа, так как положение элементов по отношению друг к другу однозначно определяется посредством выполнения формы элементов. Кроме того, за счет лабиринтной структуры стыковочного зазора достигается то, что проникающий газ за счет повторяющегося изменения направления внутри стыковочного зазора тормозится. Кроме того, за счет изменения направления и столкновения со стенками стыковочного зазора достигается охлаждение газа. Благодаря лабиринтному стыковочному зазору, действие горячего газа внутри стыковочного зазора снижается до допустимой величины. Таким образом, можно избежать коррозии/эрозии внутри стыковочного зазора, которая могла бы привести к распиранию обоих элементов тела для направления потока.
Кроме того, предпочтительным образом может быть предусмотрено, что участок, по меньшей мере, частично образован выступом первого элемента, который окружен стенками второго элемента.
Посредством выступа может быть простым способом достигнуто то, что образуется лабиринтная структура зазора. При этом под лабиринтной структурой понимается то, что зазор многократно изменяет направление примерно на 45 до 110°, предпочтительно на 90°. Форма стыковочного зазора должна выбираться таким образом, что газ, проникающий в стыковочный зазор, протекает, по меньшей мере, однократно противоположно первому направлению. Изменение направления осуществляется, соответственно, попеременно в различных направлениях. Тем самым достигается меандровая форма зазора. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что зазор в пределах компактного конструктивного пространства занимает сравнительно большую длину относительно плоскости сечения. Эта увеличенная длина зазора дает, кроме того, возможность осуществить эффективное охлаждение и расширение газа коммутации в стыковочном зазоре.
Выступ первого элемента может быть выполнен, например, по типу буртика, причем буртик после сборки со вторым элементом входит в зацепление со вторым элементом посредством паза, предусмотренного во втором элементе.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что первый и второй элементы являются вращательно-симметричными (осесимметричными) телами.
По причинам, обусловленным диэлектриком, блоки прерывателей коммутационных аппаратов, которые используются в диапазоне средних, высоких и сверхвысоких напряжений, то есть в диапазоне свыше 1000 В, в частности, в диапазоне от 10000 В до 20000 В, 50000 В и 1,1 МВ, должны выполняться по возможности без заострений и кромок. Даже малые выступы или кромки могут привести к возникновению частичных разрядов и, тем самым, повредить изоляцию. Осесимметричное тело для направления потока может быть выполнено, например, полым, так что наряду с действием направления потока тела для направления потока, также может использоваться диэлектрическое экранирующее действие тела для направления потока. Так возможно, что в теневых участках экрана размещаются дополнительные конструктивные узлы, которые, например, имеют форму, неблагоприятную с точки зрения диэлектрика. При применении осесимметричного тела для направления потока предпочтительным является, если стыковочный зазор также размещен осесимметрично относительно оси вращения тела для направления потока. Стыковочный зазор в краевой зоне стыковочного зазора должен быть ориентирован, по существу, косо, то есть радиально к первому направлению.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что на участке стыковочный зазор изменяет направление на своем протяжении, по меньшей мере, на 180°.
Предпочтительное выполнение участка с лабиринтной структурой обеспечивается в том случае, если стыковочный зазор изменяет направление на, по меньшей мере, 180°, то есть посредством двукратного изменения направления на 90° в том же самом направлении. За счет подобного изменения направления проникающий в стыковочный зазор газ тормозится и принудительным образом направляется в противоположном направлении. Тем самым обеспечивается эффективное охлаждение и расширение горячего газа в зоне изменения направления на 180°.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что стыковочный зазор перед и после изменения направления имеет меньшую толщину, чем в зоне изменения направления на, по меньшей мере, 180°.
Расширение и охлаждение газа может далее поддерживаться посредством специального выполнения зоны изменения направления на, по меньшей мере, 180°. В зоне изменения направления зазор должен иметь большее сечение. За счет этого газ размыкания в этой зоне зазора расширяется, чтобы затем в следующей за этим зоне протекать с повышенным сопротивлением потока. За счет изменяющихся сопротивлений потока газ тормозится импульсным или волнообразным способом.
За счет изменения направления на 180° участок снабжен структурой, в которой стыковочный зазор имеет одинаково ориентированные участки, которые при втекающем потоке газа переключения протекаются в различном направлении. Предпочтительным образом, эти зоны должны выбираться приблизительно параллельными или коаксиальными к направлению потока (первому направлению) истекающего газа, которое преобладает во внешней среде тела для направления потока.
Особенно предпочтительным является, если осуществляется двукратное изменение направления стыковочного зазора на, по меньшей мере, 180° относительно плоскости сечения. Тем самым формируется двойная S-образная структура, при которой несколько участков стыковочного зазора ориентированы приближенно параллельно друг к другу.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что один из элементов направляет подвижный контактный элемент блока прерывателя.
На основе ограниченных соотношений по площади в большинстве электрических коммутационных аппаратов является предпочтительным, если наряду с задачей направления потока тело для направления потока берет на себя выполнение и других задач. При этом особенно выгодно использовать его как вспомогательную конструкцию, чтобы позиционировать другие конструктивные узлы блока прерывателя. Часто многие контактные элементы блока прерывателя являются подвижными по отношению друг к другу. За счет направления подвижного контактного элемента можно отказаться от дополнительных сложных удерживающих механизмов для подвижного контактного элемента. В частности, вследствие использования диэлектрически экранирующих свойств элементов, контактный элемент может устанавливать электрический контакт, например, в экранирующей зоне элемента. Для электрического контактирования могут, например, использоваться гибкие ленты между подвижным контактным элементом и неподвижной точкой контактирования. Однако также может быть предусмотрено, что упругие контактные пальцы взаимодействуют со стационарной точкой контактирования и образуют узел скользящего контакта с подвижным контактным элементом. При осесимметричном выполнении блока прерывателя может быть предпочтительным, если подвижный контактный элемент выполнен в форме стержня и установлен с возможностью смещения вдоль продольной оси стержня. На элементе для направления подвижного контактного элемента может в этом случае размещаться соответствующая втулка, которая направляет подвижный контактный элемент.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что один элемент, по существу, образован из электрически изолирующего материала, а другой элемент, по существу, образован из электрически проводящего материала.
За счет применения различных материалов для обоих элементов тела для направления потока можно, с одной стороны уменьшить массу тела для направления потока. Использование электрически изолирующего материала, предпочтительно, газовыделяющего пластика, например политетрафторэтилена, может дополнительно обеспечивать охлаждение истекающих газов. При применении электрически проводящего материала для другого элемента последний может действовать в качестве экранирующего тела. Тем самым, за счет комбинации материалов формируется тело для направления потока с уменьшенной массой, которое также действует как диэлектрический экран.
Другой предпочтительный вариант осуществления может предусматривать, что стыковочный зазор в сечении испытывает двукратное изменение направления на, по меньшей мере, 180°.
По меньшей мере, двукратное изменение направления стыковочного зазора позволяет выполнить зазор в пределах малого пространства с увеличенной длиной и принудительно обеспечить частое изменение направления газа, втекающего в стыковочный зазор.
Другое предпочтительное выполнение может предусматривать, что первый элемент при промежуточном расположении контактного элемента связан с несущим элементом, причем второй элемент через стыковочный зазор поддерживается между несущим элементом и первым элементом с геометрическим замыканием.
Расположение с геометрическим замыканием контактного элемента между одним элементом и несущим элементом дает возможность простого контактирования подвижного контактного элемента. Так промежуточным образом установленный контактный элемент может быть выполнен, например, по типу тюльпанообразного контактного элемента, который имеет множество контактных пальцев, причем контактные пальцы прилегают к подвижному контактному элементу, выполненному предпочтительно в стержнеобразной форме. Тем самым создается возможность соединить подвижный контактный элемент со стационарной точкой контактирования блока прерывателя. Предпочтительно эта структура должна размещаться в зоне экрана, который создается телом для направления потока. Тем самым контактный элемент может оптимизироваться в отношении своей функции и диэлектрически экранироваться телом для направления потока.
Для того чтобы контактный элемент жестко запрессовать между элементами, стыковочный зазор может служить для компенсации допусков изготовления. Тем самым возможно, что стыковочный зазор в своем поперечном сечении является переменным. Ненадлежащее качество, то есть большие отклонения допусков, может привести к возникновению большего стыковочного зазора, так что в стыковочный зазор может втекать большее количество газа. За счет лабиринтной структуры, однако, и в этом случае надежным образом предотвращается возникновение расширения, коррозии или разрушение стыковочного зазора и, тем самым, предотвращается нарушение эффективного действия тела для направления потока.
Кроме того, предпочтительным образом может быть предусмотрено, что второй элемент удерживается в геометрическом замыкании плавающим образом.
За счет плавающего соединения с геометрическим замыканием второго элемента последний может, наряду со своей функцией направления потока, также брать на себя функцию уплотнения некоторого рода. В частности, если второй элемент образован из пластика, то допуска могут компенсироваться улучшенным образом.
Ниже более подробно описывается пример выполнения изобретения, схематично представленный на чертежах, где показано следующее:
Фиг.1 - сечение блока прерывателя высоковольтного силового выключателя и
Фиг.2 - деталь из фиг.1 с телом для направления потока.
На фиг.1 показано сечение блока прерывателя высоковольтного силового выключателя. Плоскость сечения проходит через ось 5 вращения блока прерывателя. Блок прерывателя имеет первый контактный элемент 1 номинального тока, а также второй контактный элемент 2 номинального тока. Кроме того, блок прерывателя имеет первый контактный элемент 3 электрической дуги, а также второй контактный элемент 4 электрической дуги. Первый контактный элемент 1 номинального тока, а также первый контактный элемент 3 электрической дуги и второй контактный элемент 2 номинального тока, а также второй контактный элемент 4 электрической дуги связаны между собой электропроводным способом и, тем самым, имеют, соответственно, один и тот же потенциал. Первый контактный элемент 1 номинального тока, а также первый контактный элемент 3 электрической дуги установлены, соответственно, стационарно. Весь блок прерывателя сконструирован, в основном, осесимметрично относительно оси 5 вращения. Коаксиально к первому контактному элементу 1 номинального тока и первому контактному элементу 3 электрической дуги размещена форсунка 6 изолирующего материала, окружающая первый контактный элемент 3 электрической дуги и частично окружаемая первым контактным элементом номинального тока. Второй контактный элемент 2 номинального тока, а также второй контактный элемент 4 электрической дуги являются подвижными по отношению к первому контактному элементу 1 номинального тока и первому контактному элементу 3 электрической дуги. Второй контактный элемент 2 номинального тока и второй контактный элемент 4 электрической дуги для этого имеют возможность сдвига вдоль оси 5 вращения. Дополнительно, второй контактный элемент 4 электрической дуги, который выполнен в форме стержня, также является подвижным относительно второго контактного элемента 2 номинального тока. В процессе включения сначала контактируют контактные элементы 3, 4 электрической дуги, а вслед за ними контактные элементы 1, 2 номинального тока. В процессе выключения осуществляется гальваническое разделение сначала между контактными элементами 1, 2 номинального тока, а по времени вслед за ними между контактными элементами 3, 4 электрической дуги. Посредством этого способа переключения коммутационные дуги преимущественно возникают на контактных элементах 3, 4 электрической дуги. Чтобы на коммутационный процесс дополнительно оказывать позитивное воздействие, то есть, чтобы достичь более высокой скорости размыкания, второй контактный элемент 4 электрической дуги дополнительно отдельно управляется и перемещается относительно второго контактного элемента 2 номинального тока.
Показанный на фиг.1 блок прерывателя окружен флюидом, предпочтительно электроотрицательным газом, например гексафторидом серы или азотом. В коммутационном процессе, в частности, в процессе выключения, между обоими контактными элементами 3, 4 электрической дуги возникает электрическая дуга, которая нагревает и расширяет газ. Тем самым в зоне места размыкания возникает повышенное давление газа. На основе повышенного давления газа, нагретый газ течет, направляемый посредством форсунки 6 изолирующего материала, в первом направлении ко второму контактному элементу 4 электрической дуги. Чтобы заставить нагретый газ истекать определенным образом, в зоне второго контактного элемента 4 электрической дуги размещено тело 7 для направления потока. Детальная конструкция тела 7 для направления потока представлена на фиг.2.
На фиг.2 второй контактный элемент 2 номинального тока, а также второй контактный элемент 4 электрической дуги представлены частично. На несущем элементе 8 закреплен контактный элемент 9. Контактный элемент 9 имеет множество контактных пальцев, которые размещены коаксиально к оси 5 вращения. Контактный элемент 9 электрически проводящим способом соединен с несущим элементом 8. Несущий элемент 8 имеет гальваническое соединение со вторым контактным элементом 1 номинального тока и, тем самым, также имеет соединение с точкой контактирования блока прерывателя. Через эту цепь гальванических соединений и контактные пальцы контактного элемента 9, которые прилегают с упругим скольжением к внешней поверхности второго контактного элемента 4 электрической дуги, второй контактный элемент 4 электрической дуги также соединении со стационарной точкой контактирования блока прерывателя. Чтобы контактный элемент 9, а также узел скользящего контакта между контактным элементом 9 и вторым контактным элементом 4 электрической дуги защитить от отрицательного воздействия коммутационных газов, например, из-за повышающих сопротивление осаждений на поверхности второго контактного элемента 4 электрической дуги, предусмотрено тело 7 для направления потока. Тело 7 для направления потока имеет первый элемент 7а, а также второй элемент 7b. Первый элемент 7а тела 7 для направления потока выполнен, по существу, в капотной форме и на своем обращенном к первому контактному элементу 3 электрической дуги конце конически сужается. Первый элемент 7а выполнен осесимметричным и коаксиальным относительно оси 5 вращения. На конически сужающемся конце первый элемент 7а снабжен сквозной выемкой, через которую насквозь подвижно проходит второй контактный элемент 4 электрической дуги. Это отверстие служит в качестве подшипника скольжения для второго контактного элемента 4 электрической дуги. На своем конце, обращенном к несущему элементу 8, первый элемент 7а имеет внутреннюю резьбу, которая навинчена на внешнюю резьбу 8а, имеющуюся на несущем элементе 8. Первый элемент 7а в зоне внутренней резьбы имеет окружную выемку, в которую входит кольцевой окружной выступ контактного элемента 9. Через окружную выемку кольцевой окружной выступ контактного элемента 9а прижимается к контактной поверхности несущего элемента 8, как только внутренняя резьба первого элемента 7а приведена с внешней резьбой 8а несущего элемента 8 в геометрическое замыкание и прочно навинчена. Тело 7 для направления потока имеет, наряду с первым элементом 7а, также второй элемент 7b, который, по существу, выполнен в форме кольцевой шайбы и кольцевым отверстием надвинут на несущий элемент 8. В кольцевой зоне второго элемента 7b выполнены отверстия, через которые может протекать истекающий газ. За счет первого элемента и его конической формы текущий газ направляется в направлении этих отверстий. Во взаимодействии с первым элементом 7а, и отверстиями второго элемента 7b осуществляется управление истечением газа, то есть отводится целенаправленно определенное количество газа, благодаря чему осуществляется определенное ступенчатое по времени снижение давления газа. Второй элемент 7b изготовлен из пластика. Этот пластик представляет собой, например, политетрафторэтилен.
В зоне кольцевого отверстия второго элемента 7b отформован выступающий в радиальном направлении окружной буртик 10, уменьшающий кольцевое отверстие. Посредством окружного буртика 10 второй элемент 7b фиксируется в радиальном направлении на несущем элементе 8. На кольцевом отверстии второго элемента 7b сформирован другой выступающий вперед буртик 11. Однако он сформирован не в радиальном направлении, а коаксиально оси 5 вращения, так что он имеет форму выступающего вперед участка полого цилиндра. Этот выступающий вперед участок полого цилиндра входит в имеющий кольцевую форму окружной паз 12 первого элемента 7а, так что в сечении возникает стыковочный зазор, который, исходя от внешней поверхности, сначала проходит в радиальном направлении, затем, сворачивая в противоположном направлении, проходит в первом направлении истекающего газа, затем вновь поворачивается дважды на 90°, так что зазор затем проходит в направлении истекающего газа. На вершине другого буртика 11 стыковочный зазор поворачивается на 180 градусов. Дальнейшее изменение направления на 180 градусов стыковочный зазор претерпевает в зоне буртика 10. Там аналогичным образом, как другой буртик 11 второго элемента 7b, сформирован имеющий форму полого цилиндра окружной буртик 13 на первом элемента 7а. Между буртиком 13 и буртиком 10 вновь предусматривается изменение направления стыковочного зазора на 180 градусов.
За счет двукратного изменения направления стыковочного зазора в сечении на 180 градусов реализуется двойная S-образная форма стыковочного зазора в сечении. Тем самым создается лабиринтная структура, которая по типу меандра попеременно совершает изменения направления.
В зоне стенок, ограничивающих стыковочный зазор в радиальном направлении, стыковочный зазор имеет меньшее поперечное сечение, чем в зонах изменения направления, в которых плоскости, лежащие радиально к оси 5 вращения, ограничивают стыковочный зазор. За счет этого сопротивление потока для газа, проникающего в стыковочный зазор, попеременно повышается или снижается. Во взаимодействии с изменением направления происходит охлаждение.
За счет сил трения в зоне стыковочного зазора между первым элементом 7а и вторым элементом 7b, второй элемент 7b удерживается в своем положении посредством фрикционного соединения. При соответствующем согласовании применяемых материалов для первого и второго элементов 7а, 7b или при соответствующем согласовании размеров в зоне выполненных комплементарными по форме участков между обоими элементами 7а, 7b, может быть предусмотрено, что второй элемент установлен в плавающей опоре. За счет плавающей опоры усилия, исходящие от газового потока, улавливаются улучшенным образом. Упругость всего узла тем самым повышается. Таким образом, ударные нагрузки в пластиковом теле второго элемента 7b могут улавливаться за счет упругих деформаций. Относительно жесткий первый элемент 7а, изготовленный из электропроводных материалов, таких как алюминий, электротехническая медь, медь-хром-цирконий и т.д., таким образом, защищен от повреждений вследствие ударных повышений давления.