БАКОВЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
VACUUM DEAD-TANK CIRCUIT BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным аппаратам высокого напряжения.
Элегаз обладает превосходными электроизоляционными и дугогасительными свойствами, благодаря чему были созданы компактные КРУЭ, значительно сократившие габариты подстанций.
Известны баковые элегазовые выключатели, в том числе выключатели комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ), содержащие заземленный герметичный корпус с элегазовым дугогасительным устройством, которое закреплено на опорной изоляции внутри этого корпуса, электрические вводы в корпус и привод с передаточным механизмом к дугогасительному устройству.
Однако у элегаза есть свои недостатки. При работе выключателя в нем образуются токсичные продукты, и требуется специальная технология по их утилизации. Нарастающее использование элегазового оборудования приводит к нарастающему росту производства элегаза, который, в конечном счете, оказывается в атмосфере, что чревато экологическими проблемами. Кроме того, его использование в районах с суровым климатом затруднено вследствие конденсации элегаза при низких температурах.
Известен баковый выключатель с газовой изоляцией, в котором в качестве коммутирующего элемента используется вакуумная дугогасительная камера (ВДК) (патент WO №2011052010, класс H02B 13/02 опубл. 05.05.2011 г.), находящаяся в газовой среде.
Вакуумная дугогасительная камера состоит из изоляционного корпуса (стекло, керамика), внутри которого расположены подвижный и неподвижный контакты, сильфон для обеспечения движения подвижного контакта и изоляционная тяга.
Из-за недостаточной механической прочности изоляционного корпуса ВДК и сильфона давление газа в таком баковом выключателе должно быть весьма низким и близким к атмосферному давлению. Это необходимо также для снижения усилия при обеспечении требуемой скорости движения подвижного контакта ВДК и, соответственно, использования привода с меньшей энергией.
Низкое давление газа ведет к потере электрической прочности газовой изоляции, что приводит к значительному росту габарита бака выключателя.
Наиболее близким к предлагаемому решению является баковый вакуумный выключатель (далее - выключатель), в котором также используется вакуумная дугогасительная камера (Патент США №4458119, класс H01H 33/04 опубл. 03.07.1984 г.), содержащий, по меньшей мере, один газонаполненный бак, с размещенными внутри него полого изолятора, формирующего герметичную камеру, вакуумную дугогасительную камеру (ВДК), состоящую из изолятора с двумя фланцами, причем один из фланцев герметично скреплен с первым фланцем полого изолятора, с расположенными внутри изолятора ВДК подвижного и неподвижного контактов и сильфона, герметично соединенного с фланцем изолятора ВДК, изоляционную тягу, скрепленную с подвижным контактом и проходящую через сильфон ВДК и узел подвижного уплотнения полого изолятора.
Бак выключателя заполнен элегазом при давлении до 0.5 МПа. С целью защиты ВДК от воздействия давления элегаза, она помещена в указанную герметичную камеру. Недостатком такого решения является недостаточная надежность выключателя. Корпус ВДК и герметичная камера конструктивно полностью автономны и не имеют связи с баком выключателя. С течением времени будет иметь место натекание элегаза через подвижное уплотнение в герметичную камеру, что приведет к повышению давления внутри нее и создаст угрозу функционированию ВДК (механическая нагрузка на сильфон и корпус ВДК, снижение скорости движения подвижного контакта). Поскольку герметичная камера не связана с баком выключателя, защита от повышения давления внутри нее возможна только при значительном усложнении конструкции, ведущей к снижению надежности работы выключателя.
Известно, что использование элегаза в выключателях при необходимом для отключения токов короткого замыкания давлении ограничивает применение последних в районах с низкими температурами окружающего воздуха. Для этих целей используют смеси элегаза с другими газами. Однако при этом суммарное давление смеси обычно существенно выше того, которое имеет место в чисто элегазовых выключателях. В этом случае применение рассматриваемого решения еще более снижает надежность выключателя.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности бакового вакуумного выключателя, его экологической безопасности и безопасности окружающей среды, а также расширение сфер применения выключателей на районы с суровыми климатическими условиями.
Указанный технический результат достигается тем, что в баковом вакуумном выключателе, содержащем, по меньшей мере, один газонаполненный бак, с размещенными внутри него полого изолятора, формирующего герметичную камеру, вакуумную дугогасительную камеру (ВДК), состоящую из изолятора с двумя фланцами, причем один из фланцев герметично скреплен с первым фланцем полого изолятора, с расположенными внутри изолятора ВДК подвижного и неподвижного контактов и сильфона, герметично соединенного с фланцем изолятора ВДК, изоляционную тягу, скрепленную с подвижным контактом, и проходящую через сильфон ВДК и узел подвижного уплотнения полого изолятора, новым является то, что второй фланец полого изолятора также герметично скреплен с газонаполненным баком выключателя.
Вакуумная дугогасительная камера расположена внутри полого изолятора, при этом его первый фланец герметично скреплен с фланцем изолятора ВДК со стороны ее неподвижного контакта.
Вакуумная дугогасительная камера расположена снаружи полого изолятора, при этом его первый фланец герметично скреплен с фланцем изолятора ВДК со стороны ее подвижного контакта.
Полый изолятор состоит из нескольких частей
Герметичная камера снабжена предохранительным устройством.
Применение указанного полого изолятора, скрепленного с баком выключателя вторым фланцем, формирует герметичную камеру, изолированную от остального объема газонаполненного бака (далее - бак), внутри которой может располагаться ВДК. В этом случае, внутри нее давление газа поддерживается постоянно низким, что обеспечивает нормальное функционирование ВДК. Для этой же цели герметичная камера может заполняться изоляционной жидкостью. В остальном объеме бака для уменьшения его габаритов может использоваться газовая изоляция под повышенным давлением. Предотвращение повышения давления газа внутри герметичной камеры обеспечивается предохранительным устройством. Поскольку второй фланец герметичной камеры связан с баком предохранительное устройство имеет выход через стенку бака в окружающую среду.
Вариант с расположением ВДК снаружи полого изолятора также возможен в случае, если материал корпуса ВДК способен выдержать повышенное давление газа. В этом случае герметичная камера с более низким давлением обеспечивает надежное функционирование сильфона, подвижного уплотнения и привода ВДК.
Изолятор герметичной камеры может быть выполнен из нескольких частей. В этом случае упрощается выполнение токосъема с фланца ВДК, связанного с подвижным контактом.
На фиг.1 представлен пример исполнения бакового вакуумного выключателя с ВДК, расположенной внутри полого изолятора.
На фиг.2 приведен пример исполнения бакового вакуумного выключателя с ВДК, расположенной снаружи полого изолятора.
Баковый вакуумный выключатель содержит металлический газонаполненный бак 1. Если баковый выключатель состоит из нескольких дугогасительных разрывов, то он может состоять из нескольких баков. Внутри бака размещены: полый изолятор 2 (фиг.2), который может состоять из нескольких частей 2а и 2б (фиг.1), с двумя фланцами 3, 4; вакуумная дугогасительная камера 5; изоляционная тяга 6, связанная с приводом выключателя. В баке выключателя расположены изоляторы высоковольтных вводов 7. Полый изолятор (фиг.1) формирует герметичную камеру, внутри которой располагают ВДК, состоящую из изолятора 8 с двумя фланцами 8а, 8б, подвижного 9 и неподвижного 10 контактов, сильфона 11. Сильфон герметично соединен с фланцем 86 изолятора ВДК. Изоляционная тяга 6 скреплена с подвижным контактом ВДК и проходит через сильфон ВДК и узел подвижного уплотнения 12 полого изолятора. Герметичная камера имеет предохранительное устройство 13, поддерживающее требуемое давление внутри полого изолятора, например, предохранительный клапан.
Герметичная камера образована за счет того, что первый фланец 3 полого изолятора 2 герметично скрепляют с фланцем 8а изолятора ВДК со стороны ее неподвижного контакта 10, а его второй фланец 4 - с баком выключателя. Здесь ВДК располагается внутри герметичной камеры (фиг.1). Но она может располагаться и снаружи герметичной камеры (фиг.2). Тогда первый фланец 3 полого изолятора герметично скрепляют с фланцем 86 изолятора ВДК со стороны ее подвижного контакта 9, а его второй фланец 4 - с баком выключателя.
Снаружи полого изолятора давление газа может быть любым в соответствии с конкретными техническими требованиями на выключатель по температуре окружающей среды и габариту. Внутри этого изолятора в герметичной камере давление выбирается из условия допустимого давления для надежной работы ВДК.
Операции включения и отключения выключателя выполняют посредством передачи через изоляционную тягу 6, проходящую через сильфон 11 и узел подвижного уплотнения 12, импульса движения от привода к подвижному контакту ВДК 9. Сильфон при этом обеспечивает герметичность самой вакуумной дугогасительной камеры и не испытывает опасных механических нагрузок, поскольку внутри него также как внутри полого изолятора давление газа низкое или газ заменен изоляционной жидкостью. Тоже самое можно сказать про узел подвижного уплотнения.
В предлагаемом решении в качестве основной изоляции можно использовать газовые смеси с более высоким давлением. А использование в качестве изолирующего газа сжатого воздуха обеспечит неограниченную климатическую зону эксплуатации выключателя и гарантирует его полную экологическую чистоту.
При этом использование предохранительного устройства обеспечит защиту ВДК от опасного для нее повышенного давления.