СОПРОТИВЛЕНИЕ ВКЛЮЧЕНИЮ ДЛЯ СИЛОВОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
RESISTANCE TO START FOR POWER HIGH-VOLTAGE BREAKER

Изобретение относится к устройству сопротивления включению в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, а также к силовому высоковольтному выключателю с такого рода устройством сопротивления включению в соответствии с пунктом 7 формулы изобретения.
Силовой высоковольтный выключатель с устройством сопротивления включению известен из WO 93/02461. Известный силовой высоковольтный выключатель содержит имеющий форму трубы, наполненный изоляционным газом корпус с заземлением. В обеих концевых зонах силового высоковольтного выключателя располагается прокладка высокого напряжения на корпусе. Внутри корпуса, в направлении продольной оси, между обеими прокладками высокого напряжения, последовательно друг за другом расположены и подсоединены элемент прерывателя и устройства сопротивления включению. Чтобы после включения силового высоковольтного выключателя отсоединить от электрической цепи сопротивления включения устройства сопротивления включению, устройство сопротивления включению имеет проведенный параллельно сопротивлениям включения путь тока, который перекрывается с закрытием или сразу после закрытия элемента прерывателя.
Известное устройство сопротивления включению имеет большое количество последовательно подключенных друг к другу элементов сопротивления, которые расположены на двух проходящих параллельно друг другу штангах из изоляционного материала. Электрическое соединение между элементами сопротивления осуществляется посредством электродов, которые соединяют друг с другом, в основном, соседние элементы сопротивления на обеих штангах из изоляционного материала. Благодаря этому путь тока прокладывается через устройство сопротивления по извилистой траектории и, таким образом, механически параллельно расположенные рядом друг с другом элементы сопротивления оказываются электрически последовательно соединенными друг с другом.
2
Недостатком такого расположения является то обстоятельство, что в силу очень компактной конструкции данного устройства сопротивления включению могут плохо отводиться тепловые потери элементов сопротивления. Из-за этого известный силовой выключатель в определенный промежуток времени после первого включения и последующего за ним выключения не может быть включен в течение этого промежутка времени второй раз, так как в противном случае может возникнуть перегрев устройства сопротивления включению. Эта проблема, в частности, усугубляется в том случае, если осуществляется переход на более высокое сетевое напряжение, так как для мощности Р электрического тока действительно выражение (U - напряжение; R - сопротивление) P=U/R.
Другое электрическое устройство сопротивления известно из патента FR 940438. Это известное устройство сопротивления имеет изменяющееся количество элементов сопротивления, которые удерживаются посредством несущей трубы. Для лучшего охлаждения элементов сопротивления между элементами сопротивления располагают металлические пластины. Аналогичное устройство сопротивления известно также из патента US 2870307.
Из патента ЕР 0041470 известно другое, штабелированное устройство сопротивления, в частности, для высоковольтных установок.
Задачей изобретения является создание улучшенного в сравнении с уровнем техники устройства сопротивления включению и силового выключателя с такого рода устройством сопротивления включению, которые не имеют недостатков, очевидных из уровня техники. В частности, должно быть создано сопротивление включению или силовой высоковольтный выключатель, который допускает многократное включение при высоких напряжениях электрической сети.
Эта задача решается посредством устройства сопротивления включению в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения и посредством силового высоковольтного выключателя в соответствии с пунктом 7 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением устройство сопротивления включению имеет большое количество охлаждающих элементов, через которые отводят тепло от элементов сопротивления устройства сопротивления включению. Благодаря этому разогретые в процессе включения силового высоковольтного выключателя элементы сопротивления эффективно охлаждаются и, таким образом, при последующем включении не перегреваются.
Несколько элементов сопротивления располагаются параллельно друг другу между двумя охлаждающими элементами и через охлаждающие элементы электрически параллельно соединены друг с другом. Благодаря этому можно осуществить особо компактную конструкцию устройства сопротивления включению. Охлаждающий элемент служит, во-первых, для охлаждения граничащих элементов сопротивления, а во-вторых, для электрического соединения расположенных параллельно друг другу элементов сопротивления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения согласно пункту 2 формулы изобретения охлаждающие элементы выполнены плоскими и выступают из зоны контакта, внутри которой элементы сопротивления термически связаны с охлаждающим элементом, из этого элемента сопротивления. Благодаря зоне контакта тепло от элемента сопротивления может перетекать на охлаждающий элемент. За счет плоского исполнения охлаждающего элемента образуется большая поверхность, по сравнению с общим объемом охлаждающего элемента, благодаря чему тепло может эффективно передаваться от элемента сопротивления через охлаждающий элемент.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления согласно пункту 3 формулы изобретения охлаждающий элемент имеет, в основном, круглую, внутри внешней кромочной зоны плоскую форму, причем кромочная зона выгнута наружу из плоскости средней зоны. Благодаря этому возбуждаемое устройством сопротивления включению электрическое поле является максимально однородным, поэтому можно осуществить компактный силовой выключатель с устройством сопротивления включению в соответствии с изобретением. К тому же, элементы сопротивления, расположенные между двумя соседними охлаждающими элементами, экранируются.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения согласно пункту 5 формулы изобретения устройство сопротивления включению имеет активную группу. Посредством расположенных параллельно друг другу штанг активной группы, каждая из которых удерживается в обеих концевых зонах посредством несущих пластин, охлаждающие элементы и элементы сопротивления механически соединяются друг с другом. За счет параллельного расположения нескольких элементов сопротивления мощность тока распределяется на несколько элементов сопротивления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения согласно пункту 9 формулы изобретения элемент прерывателя и устройство сопротивления включению расположены каждый внутри собственной корпусной детали. Благодаря этому достигается особо компактная конструкция, так как форма первой корпусной детали может быть согласована с формой элемента прерывателя, а форма второй корпусной детали может быть согласована с формой устройства сопротивления включению.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в последующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Далее предмет изобретения разъясняется более подробно на основании предпочтительного варианта осуществления, где схематично изображено:
фиг.1 - силовой высоковольтный выключатель в соответствии с изобретением с первой корпусной деталью с расположенным там элементом прерывателя и со второй корпусной деталью с расположенным там устройством сопротивления включению в соответствии с изобретением, которое подключено параллельно элементу прерывателя;
фиг.2 - блок-схема силового высоковольтного выключателя в соответствии с изобретением, согласно фиг.1;
фиг.3 - частично в разрезе (продольный разрез) устройство сопротивления включению, согласно фиг.1;
фиг.4 - вид охлаждающего элемента и пяти элементов сопротивления устройства сопротивления включению в соответствии с изобретением;
фиг.5 - охлаждающий элемент и два элемента сопротивления в поперечном сечении вдоль разреза V-V, согласно фиг.4.
Используемые на чертежах позиции и их значения сведены воедино на листе обозначений. В принципе, одинаковые или одинаково функционирующие детали снабжены на чертежах одинаковыми или аналогичными обозначениями. Для лучшего восприятия изобретения несущественные детали частично не изображены. Описанный пример осуществления изобретения подходит для предмета изобретения и не имеет ограниченного действия.
6
На фиг.1 представлен размещенный в металлическом корпусе силовой высоковольтный выключатель 10 для газоизолированного распределительного устройства. Блок-схема силового высоковольтного выключателя показана на фиг.2. В газоизолированных распределительных устройствах в качестве изоляционного газа используется, к примеру, гексафторид серы (SF). Вместо этого газа может использоваться также и другой газ с хорошими изоляционными свойствами. Такого рода силовые высоковольтные выключатели используются для переключения токов в сетях свыше 400 кВ (киловольт), в частности свыше 800 кВ.
Силовой высоковольтный выключатель 10 в соответствии с изобретением может быть размещен вместо газоизолированного распределительного устройства также и в гибридном распределительном устройстве, в котором элементы конструкции газоизолированного распределительного устройства скомбинированы с элементами конструкции воздухоизолированного распределительного устройства.
Силовой высоковольтный выключатель 10 имеет первую корпусную деталь 12, в которой расположен элемент 14 прерывателя, и расположенную параллельно первой корпусной детали 12 вторую корпусную деталь 16, в которой расположено устройство 18 сопротивления включению. Первая корпусная деталь 12, так же как и вторая корпусная деталь 16, изготовлены из металла, в частности из алюминия или из стали, и в процессе работы газоизолированного распределительного устройства заземлены. Вместо одного элемента 14 прерывателя могут использоваться также несколько, к примеру четыре, элемента прерывателя, которые последовательно подключены друг к другу.
Первая корпусная деталь 12, так же как и вторая корпусная деталь 16, снабжены, соответственно, с обеих сторон соединительными зонами 20, 21, 22, 23, которые позволяют подсоединить первую корпусную деталь 12 ко второй корпусной детали 16. Для этого соединительные зоны 20, 21, 22, 23 имеют, соответственно, боковые соединительные муфты 24, 25, 26, 27 с фланцами. Между соединительными зонами 20, 21, 22, 23 первая корпусная деталь 12, а также вторая корпусная деталь 16 выполнены, в основном, в форме трубы. Внутри имеющего, в основном, форму трубы участка первой корпусной детали 12 расположен элемент 14 прерывателя, причем расположен он, в основном, вдоль первой, определяемой посредством участка в форме трубы, оси А1 корпуса. Внутри имеющего, в основном, форму трубы участка второй корпусной детали 16 расположено устройство 18 сопротивления включению, причем расположено оно, в основном, вдоль второй, определяемой посредством участка в форме трубы, оси А2 корпуса. Вторая корпусная деталь 16 образована посредством двух, образующих соединительные зоны 22, 23 соединительных элементов 22', 23' и посредством расположенного между обоими соединительными элементами корпуса 28 трубы.
К одной соединительной зоне 20 первой корпусной детали 12 подсоединено известное приводное устройство 30, посредством которого элемент 14 прерывателя, а также переключатель 32 приводятся в действие с целью включения и выключения устройства 18 сопротивления включению. Переключатель 32 расположен внутри той соединительной зоны 22 второй корпусной детали 16, которая находится ближе к приводному устройству 30. Механическое соединение между приводным устройством 30 и элементом 14 прерывателя осуществляется посредством приводной тяги 34 из изоляционного материала, которая проходит в направлении первой оси А1 корпуса. Механическое соединение между приводным устройством 30 и переключателем 32 осуществляется посредством известного, не изображенного механического устройства.
Обе соединительные зоны 20, 21 первой корпусной детали 12 имеют каждая по выходному штуцеру 36, посредством которого силовой высоковольтный выключатель 10 может соединяться с другими элементами газоизолированного распределительного устройства. Выходные штуцера 36 расположены сбоку относительно первой оси А1 корпуса, напротив соединительных муфт 24, 25.
Для электрического соединения силового высоковольтного выключателя 10 с другими элементами газоизолированного распределительного устройства через выходные штуцера 36 соединительной зоны 20 с приводной стороны проходит провод 40, который посредством известных изоляционных элементов (не показаны) удерживается на расстоянии от первой корпусной детали 12. Провод 40 проходит от отверстия выходного штуцера 36 к переключателю 32. Провод 40 электрически связан с подвижным коммутационным контактом 46 переключателя 32 и с элементом 14 прерывателя.
Неподвижный коммутационный контакт 48 переключателя 32, который с целью прекращения работы переключателя 32 взаимодействует с подвижным коммутационным контактом 46, расположен внутри соединительного элемента 22' с приводной стороны второй корпусной детали 16. От неподвижного коммутационного контакта 48 сквозь расположенный с приводной стороны соединительный элемент 22' второй корпусной детали 16 проходит провод 41 и соединяет неподвижный контакт 48 с первым соединительным контактом 50 устройства 18 сопротивления включению.
Второй соединительный контакт 52 устройства 18 сопротивления включению посредством другого провода 42, который проходит сквозь соединительный элемент 23' второй корпусной детали 16, соединен с проводом 43, проходящим от соединительной муфты 25 обращенной от привода 30 соединительной зоны 21 первой корпусной детали 12 к выходному штуцеру 36 той же самой соединительной зоны 21. Посредством этого провода 43 соединен также элемент 14 прерывателя. Провода 40, 41, 42, 43 посредством известных, дискообразных или конических изоляторов удерживаются внутри первой или второй корпусной детали 12, 16 таким образом, что они в радиальном направлении относительно проводов 40, 41, 42, 43 имеют по возможности равномерные зазоры с первой или со второй корпусными деталями 12, 16.
В качестве альтернативы представленного на фиг.1 расположения элемента 14 прерывателя в первой корпусной детали 12 и устройства 18 сопротивления включению во второй корпусной детали 16 элемент прерывателя и устройство сопротивления включению могут располагаться также и в общей корпусной детали, к примеру в вышеописанной первой корпусной детали, причем в этом случае можно отказаться от второй корпусной детали. Направление проводов должно быть согласовано с таким расположением.
Представленное на фиг.1 и фиг.3 устройство 18 сопротивления включению в представленном на рассмотрение примере осуществления изобретения состоит из трех активных групп 56, расположенных вдоль второй оси А2 корпуса и последовательно друг за другом. В зависимости от конструкции устройства 18 сопротивления включению может быть выбрано также и другое количество активных групп, в частности также и одна-единственная. Центральная ось А устройства 18 сопротивления включению совпадает со второй осью А2 корпуса. Три активные группы 56 насажены на проходящую вдоль центральной оси А несущую трубу 58 из изоляционного материала и посредством нее удерживаются или поддерживаются в положении. В обеих оконечных зонах несущей трубы 58 расположен, соответственно, один из двух соединительных контактов 50, 52. Соединительные контакты 50, 52 прочно соединены с проводами 41 или с проводами 42, так что устройство 18 сопротивления включению удерживается посредством проводов 41, 42. Соединительные контакты 50, 52 изготовлены из хорошо проводящего материала, к примеру из алюминия. Наряду с их функцией соединительных контактов 50, 52, они служат также для экранирования устройства 18 сопротивления включению в направлении второй оси А2 корпуса или центральной оси А.
Каждая из представленных на фиг.1 и фиг.3 активных групп 56 имеет множество расположенных последовательно друг за другом охлаждающих элементов 60. Как показано, в частности, на фиг.4 и фиг.5, каждый охлаждающий элемент 60 имеет круглую, в центральной зоне плоскую форму, причем внешняя кромочная зона 62 охлаждающего элемента 60 выгнута из плоскости таким образом, что охлаждающий элемент 60 в поперечном сечении (см. фиг.5) имеет форму литеры С. По центру каждый охлаждающий элемент 60 имеет проходное отверстие 64, через которое проходит насквозь несущая труба 58. Диаметр проходного отверстия 64 выбран больше, чем диаметр несущей трубы 58, так что охлаждающие элементы 60 находятся на расстоянии от несущей трубы 58 или, по меньшей мере, с достаточно большим зазором могут смещаться вдоль несущей трубы 58. Несущая труба 58 проходит ортогонально плоскости каждого охлаждающего элемента 60.
Охлаждающий элемент 60 изготовлен из металла, в частности из алюминия, и имеет форму пластины. Толщина стенки охлаждающего элемента 60 составляет, к примеру, менее 5 мм, предпочтительно менее 3 мм или менее 1 мм. Значение диаметра охлаждающего элемента 60 находится, к примеру, в пределах от 30 см до 150 см, предпочтительно в пределах от 80 см до 120 см. В частности, плоскостное удлинение охлаждающего элемента 60 обычно на 2-3 порядка больше, чем толщина стенки охлаждающего элемента 60.
Каждый охлаждающий элемент 60 имеет пять монтажных отверстий 66, расположенных по кругу (не изображено) на равном расстоянии друг от друга. Центр указанного круга располагается конгруэнтно центру проходного отверстия 64. Радиус круга выбран таким образом, что круг располагается, в основном, посередине между проходным отверстием 64 и кромочной зоной 62.
Охлаждающие элементы 60 каждой активной группы 56 ориентированы относительно друг друга таким образом, что пять монтажных отверстий 66 и проходное отверстие 64 каждого охлаждающего элемента 60 в направлении центральной оси А соответственно конгруэнтны. Через выровненные относительно друг друга монтажные отверстия 66 проведено по одной из штанг 68, изготовленных из изоляционного материала.
Между двумя смежными в направлении центральной оси А охлаждающими элементами 60 каждой активной группы 56 расположено, соответственно, пять элементов 70 сопротивления. Каждый из пяти элементов 70 сопротивления удерживается посредством одной из пяти штанг 68.
Чтобы удерживать активные группы 56 на несущей трубе 58, каждая активная группа 56 имеет две круглые, удерживаемые несущей трубой 58 несущие пластины 72, 72', которые со своей стороны удерживают штанги 68 каждой активной группы 56. Штанги 68 удерживают охлаждающие элементы 60, а также элементы 70 сопротивления. Две несущие пластины 72, 72' имеют, соответственно, посередине отверстие, через которое проходит несущая труба 58, и несущая пластина 72, 72' плотно удерживается на несущей трубе 58. Каждая несущая пластина 72, 72' имеет далее, по аналогии с охлаждающими элементами 60, пять монтажных отверстий 66, через которые проведено по одной штанге 68, и удерживается в направлении периферии, а также в радиальном направлении. В направлении центральной оси А штанга 68 проходит с возможностью движения через несущие пластины 72, 72'. Вышеописанные элементы 70 сопротивления и охлаждающие элементы 60 расположены между обеими несущими пластинами 72, 72' каждой активной группы 56.
Между одной несущей пластиной 72' каждой активной группы 56 и граничащим с этой несущей пластиной 72' охлаждающим элементом 60 также расположены пять элементов 70 сопротивления, которые удерживаются, соответственно, посредством одной из штанг 68. Между этой несущей пластиной 72' и расположенной по ту же сторону утолщенной концевой зоной 74 каждой штанги 68 на штангу 68 насажена спиральная пружина 76.
Между другой несущей пластиной 72 каждой активной группы 56 и граничащим с этой несущей пластиной 72 охлаждающим элементом 60 расположено в общей сложности пять колец 78 предварительного натяжения, причем на каждой штанге 68 плотно удерживается по одному кольцу 78 предварительного натяжения. Каждое из этих колец 78 предварительного натяжения взаимодействует с утолщенной концевой зоной 74 штанги 68 и со спиральной пружиной 76 таким образом, что расположенные между кольцом 78 предварительного натяжения и утолщенной концевой зоной 74 охлаждающие элементы 60, элементы 70 сопротивления и одна из несущих пластин 72' в направлении штанги 68 плотно прилегают друг к другу. Благодаря этому между охлаждающими элементами 60 и элементами 70 сопротивления обеспечивается хорошее электрическое, а также термическое соединение. Данное расположение служит далее для того, чтобы линейное расширение в силу термического удлинения, в частности линейное расширение элементов 70 сопротивления, компенсировалось при помощи пружины 76.
Элементы 70 сопротивления изготовлены, к примеру, из порошкового материала и общеизвестны под названием Ceramic Carbon Resistor (керамические композиционные резисторы). Каждый элемент 70 сопротивления имеет форму прямого кругового цилиндра, причем элемент 70 сопротивления вдоль оси цилиндра имеет сквозное отверстие 80. Внутренний диаметр данного сквозного отверстия 80 соответствует внутреннему диаметру монтажных отверстий 66 охлаждающих элементов 60. Сквозное отверстие 80 элемента 70 сопротивления служит для того, чтобы удерживать его в положении на штанге 68 в радиальном направлении. Для этого штанга 68 проходит через сквозное отверстие 80. Обе торцевые поверхности каждого элемента 70 сопротивления выполнены в виде контактов и имеют для этого в предпочтительном варианте покрытие из хорошо проводящего ток материала и служат для того, чтобы осуществлять электрическое соединение с прилегающими охлаждающими элементами 60 или с прилегающей несущей пластиной 72'. Соединение имеет далее высокую теплопроводность между элементом 70 сопротивления и охлаждающим элементом 60, так что тепло элемента 70 сопротивления может отводиться к охлаждающим элементам 60.
Наружный диаметр элементов 70 сопротивления выбран максимально большим, однако большим лишь настолько, чтобы не касаться ни соседних элементов 70 сопротивления и несущей трубы 58, ни наружной кромочной зоны 62 охлаждающего элемента 60. Далее каждый элемент 70 сопротивления касается граничащего охлаждающего элемента 60 внутри зоны контакта, причем охлаждающий элемент 60 в направлении плоскости, определяемой посредством центральной зоны охлаждающего элемента 60, выступает из зоны контакта и, таким образом, из элемента 70 сопротивления. Благодаря этому тепло от элементов 70 сопротивления через зону контакта охлаждающих элементов 60 направляется в зоны охлаждающих элементов 60, к которым не прилегают элементы 70 сопротивления. В частности, тепло отводится во внешние кромочные зоны 62. В частности, от внешней кромочной зоны 62 тепло может передаваться в радиальном направлении наружу.
Три последовательно расположенные на несущей трубе 58 активные группы 56 устройства 18 сопротивления включению электрически последовательно соединены друг с другом. Для этого каждый из двух соединительных контактов 50, 52 посредством одного провода 82 соединен со смежными несущими пластинами 72, 72'. Электрическое соединение активных групп 56 между собой осуществляется также посредством проводов 82, которые соединяют друг с другом соседние несущие пластины 72, 72' соседних активных групп 56. Далее в каждой активной группе 56 провод 82 соединяет несущую пластину 72, расположенную внутри активной группы 56 на расстоянии от утолщенной концевой зоны 74 штанги 68 из изоляционного материала, с соседним охлаждающим элементом 60.
Для экранирования провода 82 между активными группами 56, на каждой несущей пластине 72' сформирован выпуклый экранирующий лист 90, который в радиальном направлении отгораживает пружины 76, утолщенные концевые зоны 74 и провод 82.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
10 силовой высоковольтный выключатель
12 первая корпусная деталь
14 элемент прерывателя
16 вторая корпусная деталь
18 устройство сопротивления включению
20-23 соединительные зоны
22', 23' соединительные элементы
24-27 соединительные муфты
28 корпус трубы
30 приводное устройство
32 переключатель
34 приводная тяга
36 выходной штуцер
40-43 провод
46 подвижный коммутационный контакт
48 неподвижный коммутационный контакт
50 первый соединительный контакт
52 второй соединительный контакт
56 активная группа
58 несущая труба
60 охлаждающие элементы
62 внешняя кромочная зона
64 проходное отверстие
66 монтажное отверстие
68 штанги
70 элемент сопротивления
72, 72' несущая пластина
74 концевая зона
76 спиральная пружина
78 диск предварительного натяжения
80 сквозное отверстие
82 провод
90 экранирующий лист
А центральная ось
А1 первая ось корпуса
А2 вторая ось корпуса