УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (УВВП), СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УВВП И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
UNIVERSAL HIGH-VOLTAGE SWITCH-CONVERTER (UHVS), METHOD OF OPERATION UHVS AND CONVERTER UNIT (VERSIONS)

Группа изобретений относится к относится к области энергетики и может быть использована для создания сильноточных высоковольтных универсальных аппаратов с улучшенными регулировочными характеристиками, способных работать как высоковольтный быстродействующий выключатель постоянного или переменного тока, регулируемый высоковольтный инвертор, а также как высоковольтный преобразователь - выпрямитель и/или инвертор с функцией быстродействующего выключателя в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.
Из уровня техники известны различные типы высоковольтных выключателей. В конце прошлого столетия в мировой энергетике произошел прорыв в технологиях коммутационных аппаратов высокого напряжения. Масляные и воздушные выключатели стали постепенно уступать место вакуумным и элегазовым выключателям. Это объясняется отличными дугогасящими свойствами вакуума, а также газа с химической формулой SF6, именуемого элегазом, и повышенной безопасностью эксплуатации коммутационного оборудования с их применением. И хотя вакуумное и элегазовое оборудование недешево, пока что не найден достойный конкурент средам гашения дуги - вакууму и элегазу [1, 2, 3]. Хотя, как известно, что электрическая прочность воздуха при повышении давления до 4 МПа и более значительно возрастает «Импульсная энергетика и электроника / Г.А. Месяц. - М.: Наука, 2004. - 704 с». При этом общий недостаток всех известных конструкций высоковольтных выключателей - это сравнительно низкое быстродействие, которое не позволяет отключать и включать высоковольтный выключатель за время не более одного полупериода промышленной частоты и это не позволяет использовать эти устройства в качестве универсальных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы также в высоковольтных преобразовательных системах. Значительно, большим быстродействием отличаются электронные аппараты, которые уже могут быть использованы в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов и создание сильноточных электронных аппаратов является одним из перспективных направлений в области развития электроэнергетики. Принцип действия этих устройств основан на использовании характеристик полупроводниковых приборов, что позволяет создавать не только коммутационные аппараты, аналогичные существующим, с улучшенными характеристиками, но и аппараты с новыми возможностями. Научно-Исследовательский Институт Электроэнергетики (США) объявил о работах по созданию высоковольтного полупроводникового бесконтактного токоограничивающего выключателя (далее - ПБТВ) и его внедрению в массовое производство. Причем создаваемый ПБТВ будет рассчитан на номинальное напряжение 138 кВ, а для массового производства планируется разработать его аналоги и на среднее и более высокие напряжения вплоть до 600 кВ. Стоимость разработки и изготовления опытного образца ПБТВ оценивается примерно в 400000-500000 долларов, а время его реализации составит 2-3 года [4]. Недостатки выключателей такого типа высокая общая стоимость и неспособность использования на напряжении более 600 кВ переменного тока, а также для конструкций выключателей постоянного тока. Также известно, что интенсивно ведут разработки эффективных высоковольтных полупроводниковых выключателей для высоковольтных линий постоянного тока европейские компании АББ, Сименс и Альстом. Для переменного тока такая техника существует, а для постоянного нет и выключатели цепи постоянного тока высокого напряжения более сложны по конструкции, так как требуют наличия какого - либо механизма, встроенного в выключатель, для обнуления тока, иначе будет образовываться дуга, и износ контакта был бы слишком большим, чтобы обеспечить надежное переключение с возможностью множественных подключений к линиям электропередач постоянного тока для электроснабжения индивидуальных потребителей. Кроме того, для более интенсивного развития сетей с линиями электропередач постоянного тока требуется решить ряд проблем с преобразовательными подстанциями для линий электропередач постоянного тока. Как известно, одним из основных устройств преобразовательной подстанции является преобразовательный мост и его главный элемент - высоковольтный управляемый вентиль. Первые электропередачи постоянного тока, построенные в 50-60-х годах XX в., выполнялись с использованием высоковольтных ртутных вентилей. На некоторых электропередачах эти вентили используются и по настоящее время. Однако эти вентили обладают рядом крупных недостатков, определяемых физикой происходящих в них процессов, большой частотой обратных зажиганий и токсичностью ртути. Указанные недостатки, а также большие габариты и сложность систем охлаждения и управления не позволяют использовать ионные приборы и других типов в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы также в высоковольтных выключателях. После создания достаточно мощных кремниевых управляемых вентилей - тиристоров в 70-х годах XX в. все новые электропередачи и вставки постоянного тока сооружаются только на их основе. Мощность, которую может преобразовать единичный тиристор, в настоящее время составляет 500-1000 кВт при напряжении, которое он способен выдержать в закрытом состоянии, 4-5 кВ (последние образцы до 7 кВ). Этого недостаточно для мощных преобразовательных мостов с напряжением в сотни или тысячи киловольт. Поэтому для создания высоковольтных тиристорных вентилей (ВТВ) с необходимыми параметрами по напряжению прибегают к последовательному соединению единичных тиристоров. При этом количество тиристоров в этой последовательной цепочке может достигать нескольких сотен или более. К параллельному соединению тиристоров сейчас не прибегают, поскольку современные тиристоры способны пропустить необходимый ток. Недостатки ВТВ: большие размеры и необходимость отчуждения больших земельных участков для преобразовательных подстанций, общая сложность конструкции, включая системы водяного охлаждения и световодного управления тиристорами и как следствие низкая общая надежность, с необходимостью вывода из работы для замены поврежденных блоков ВТВ, высокая общая стоимость преобразовательных подстанций такого типа, а также технико - экономическая нецелесообразность использования для электроустановок на напряжение выше 1000 кВ.
Из уровня техники известны применяемые в настоящее время тиристорные преобразовательные установки (подстанции) для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот, которые являются наиболее близкими по технической сущности к заявленному техническому решению «Преобразовательные установка» и поэтому приняты за прототип. Прототип представляет собой комплексные конструкции, состоящие из трансформаторов переменного тока с выпрямителями и/или инверторами, К недостаткам полупроводниковых высоковольтных преобразовательных подстанций относится то, что конверторы дороги, конверторы сопряжения с HVAC сталкиваются с проблемой реактивной мощности, конверторы генерируют гармоники и требуются фильтры и также то, что форма их выходного напряжения сильно зависит от формы входного, например, постоянный ток выпрямительных подстанций имеет пульсирующий характер, а форма переменного тока инверторных далека от синусоидальной, и кроме того имеются эксплуатационные трудности, такие как возникновение значительных перенапряжений, возникающих в следующих режимах: при нормальной работе из-за неравномерного деления напряжения между последовательно соединенными первичными обмотками трансформаторов в те интервалы времени, когда идет коммутация вентилей у одних мостов и не идет у других, эти перенапряжения воздействуют на оборудование не коммутирующих в данный момент мостов; при запирании или пропусках зажигания вентилей у части мостов (в наиболее неблагоприятном случае у одного из мостов), этим перенапряжениям подвергается оборудование мостов, в которых произошло нарушение работы; при перекрытиях изоляции, пробоях разрядников и обратных зажиганиях вентилей у части мостов, этим перенапряжениям подвергается оборудование остальных ("здоровых") мостов, что снижает общую надежность полупроводниковых высоковольтных преобразовательных подстанций и также имеется большая сложность (и как следствие меньшая надежность) в построении мультитерминальной (сети с множеством потребителей) системы. Также недостатки прототипа, это большие размеры и необходимость отчуждения больших земельных участков для преобразовательных подстанций, общая сложность конструкции, включая системы водяного охлаждения и световодного управления тиристорами и как следствие низкая общая надежность, с необходимостью вывода из работы для замены поврежденных блоков ВТВ, высокая общая стоимость преобразовательных подстанций такого типа, а также технико-экономическая нецелесообразность использования для электроустановок на напряжение выше 1000 кВ.
Из уровня техники известно авторское свидетельство на изобретение СССР №120270 от 21.06.1958 г. «Ртутный вентиль» Автор: Л.С. Горенбург. Устройство состоит из анода, катода, анода возбуждения и ионизатора, представляющего собой радиоактивное соединение или элемент, создающего начальную ионизацию, необходимую для развития дугового разряда. Недостатками устройства являются большая частота обратных зажиганий и токсичность ртути, большие габариты и сложность систем охлаждения и управления, а также отсутствие устройства модуляции величины дугового промежутка, что не позволяют использовать ионные приборы таких типов в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы не только в преобразовательной технике, но и также в высоковольтных выключателях.
Из уровня техники известен также патент на полезную модель RU 166768 «Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь», который является наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению и поэтому принят за прототип. Прототип содержит унифицированную фазу или полюс, который включает в себя первый высоковольтный электрический ввод, подключенный через щеточный аппарат к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом, содержащим электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме правильного полукруга, щеточный аппарат узла коммутации для подключения первого высоковольтного электрического ввода, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, второй высоковольтный электрический ввод, подключенный к неподвижному контакту первого междугового промежутка, третий высоковольтный электрический ввод, подключенный к неподвижному контакту второго междугового промежутка. Недостатками прототипа являются общая слаботочность аппарата, так как щеточный узел надежно работает в диапазоне только до 200-250 ампер, а токи короткого замыкания (КЗ) значительно больше, например коммутационные аппараты на напряжение 500 кВ рассчитываются на токи КЗ не менее 40 кА. Кроме того к недостаткам прототипа можно также отнести отсутствие эффективного регулирования процесса горения дуги в междуговых промежутках за счет оптимального регулирования зазора в контактных поверхностях междугового промежутка.
Из уровня техники также известны различные способы регулирования зазора в контактных поверхностях, например механический, электромеханический, гидромеханический, пневмомеханический, вакуумно-механический и другие, а также всевозможные их комбинации.
Из уровня техники также известен способ преобразования кислорода воздуха в углекислый газ в замкнутом объеме методом выжигания кислорода, который наглядно иллюстрируется опытом из курса физики общеобразовательной средней школы, когда подопытную мышку вместе с горящей свечой герметично накрывают стеклянным колпаком и при полном выгорании кислорода с преобразованием кислорода воздуха в углекислый газ свеча гаснет, а подопытная мышка погибает из-за отсутствия кислорода в преобразованном составе воздуха в этом замкнутом объеме, что также подтверждает отсутствие окислительных процессов в этом преобразованном составе воздуха этого замкнутого объема.
Таким образом, остается актуальной задача создания сильноточного, простого, недорогого, надежного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключатели с улучшенными регулировочными характеристиками универсального использования для систем переменного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируемых выпрямителей или инверторов, а также главных элементов сильноточных преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.
Задачей достижения технического результата, на который направлена заявленная группа изобретений, является создание сильноточного, простого, недорогого, надежного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключатели с улучшенными регулировочными характеристиками универсального использования для систем переменного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируемых выпрямителей или инверторов, а также главных элементов сильноточных преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен смесью газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризующийся тем, что фаза или полюс которого включают в себя три высоковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме усеченного полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный последовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы также параллельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Другим отличием исполнения является то, что содержит электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение синхронным электродвигателем переменного тока, а в узле коммутации установлено дополнительное устройство контроля чередования фаз.
Следующим отличием исполнения является то, что содержит электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение асинхронным электродвигателем переменного тока.
Следующим отличием исполнения является то, что содержит электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем постоянного тока.
Технический результат достигается также в способе функционирования универсального высоковольтного выключателя - преобразователя, (далее УВВП), заключающийся в том, что включение в работу электромеханического модулятора величин расстояния в четырех междуговых промежутках, подготавливает к включению электрическую цепь постоянного или переменного тока, для разделения одного направления входного тока на два выходных раздельных направления тока через УВВП, или наоборот, для объединения двух входных раздельных направлений тока в одно направление выходного тока через УВВП, а непосредственный запуск процессов протекания и обнуления электрического постоянного или переменного тока через полюс или фазу УВВП осуществляются импульсами излучения радиоактивных ионизаторов для зажигания электрической дуги, инициирующими протекание и обнуление электрического постоянного или переменного тока при минимальных зазорах в четырех междуговых промежутках электромеханического модулятора с частотой, равной промышленной частоте.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложена преобразовательная установка для реверсивной связи энергосистем переменного и постоянного тока, характеризующаяся тем, что включает в себя, как минимум, один универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, один регулирующий, согласующий автотрансформатор или трансформатор с изолированной нейтралью, который одной стороной подключен к энергосистеме переменного тока, а другой стороной подключен к первому высоковольтному электрическому вводу универсального высоковольтного выключателя - преобразователя, одну высоковольтную линию связи постоянного тока, которая с одной стороны подключена ко второму и третьему высоковольтным электрическим вводам универсального высоковольтного выключателя - преобразователя, а с другой стороны к энергосистеме постоянного тока.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложена преобразовательная установка для реверсивной связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот, характеризующаяся тем, что включает в себя, как минимум, два универсальных высоковольтных выключателя - преобразователя, два регулирующих, согласующих автотрансформатора или трансформатора с изолированной нейтралью и одну высоковольтную линию связи постоянного тока.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7.
На чертеже фиг. 1 (а), (b), (с), (d) представлена функциональная схема фазы или полюса универсального высоковольтного выключателя - преобразователя (далее - УВВП) фиг. 1 (а), с вариантом исполнения узла коммутации фиг. 1 (b), который описан в описании прототипа изобретения (патент на полезную модель RU 166768) и с вариантом исполнения узла коммутации фиг. 1 (с) в предлагаемом изобретении, с двумя вариантами формы сегмента (в форме правильного или усеченного полукруга) из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением фиг. 1 (d). На чертеже фиг. 1 (а) представлена функциональная схема фазы или полюса УВВП, которая содержит первый высоковольтный электрический ввод А1, второй высоковольтный электрический ввод А2 и третий высоковольтный электрический ввод A3, подключенные к узлу коммутации 3, с фланцем 5, оси электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, к которому механически подключен через изолирующую ось 2 синхронный электродвигатель 1. На чертеже фиг. 1 (b) представлена функциональная схема электромеханического модулятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, содержащая корпус 3, в котором размещены ось вращения 4, с боковыми фланцами 5 для объединения с узлами коммутации других фаз или полюсов УВВП описанного в прототипе. На оси вращения 4 закреплены в противофазе два сегмента 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме правильного полукруга, щеточный аппарат 8 узла коммутации 3 для подключения первого высоковольтного электрического ввода А1, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт 6, первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу А2, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт 11 второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу A3, радиоактивный ионизатор 9 для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор 10 для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке. На чертеже фиг. 1(c) представлена функциональная схема электромеханического модулятора величин расстояния в четырех междуговых промежутках УВВП в предлагаемом изобретении, содержащая корпус 3, в котором размещены ось вращения 4, с боковыми фланцами 5 для объединения с узлами коммутации других фаз или полюсов УВВП. На оси вращения 4 закреплены в противофазе два сегмента 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга (с вариантами исполнения правильного или усеченного полукруга чертеж фиг. 1(d), и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт 6, первого междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу А2, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт 11 второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу A3, а также расположенные, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт 14, третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу А1, и напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт 17 четвертого междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу А1, радиоактивный ионизатор 9 для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор 10 для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор 15 для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор 16 для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке. На чертеже фиг. 1(d) представлены предпочтительные варианты исполнения сегмента 7 из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, на оси 4, в форме правильного полукруга 12 или усеченного полукруга 13.
На чертеже фиг. 2 представлена сборочная схема трех фаз УВВП, собранных в общее трехфазное устройство, которое может выполнять функции трехфазного высоковольтного выпрямителя или инвертора, а также быстродействующего высоковольтного трехфазного выключателя переменного тока. На чертеже фиг. 2(а) три фазы УВВП объединены общей осью 2 вращения от (основного и резервного) синхронного электродвигателя 1, к узлам коммутации 3, фазы А с электрическим вводом фазы А1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +А2, подключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с электрическим вводом - A3, подключаемым к шине «-» сети постоянного тока, фазы В с электрическим вводом фазы В1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +В2, подключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с электрическим вводом - В3, подключаемым к шине «-» сети постоянного тока и фазы С с электрическим вводом фазы С1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +С2, подключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с электрическим вводом - С3, подключаемым к шине «-» сети постоянного тока. При этом сегменты 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, в электромеханических модуляторах величин расстояния в междуговых промежутках 3, всех трех фаз А, В и С соединены между собой изолирующими вставками общей оси 2 с угловым сдвигом в 120 градусов, в соответствии с чертежом фиг. 2(b). Для многофазных сетей угол фазового сдвига будет определяться числом фаз сети переменного тока. Этот же вариант устройства может работать в режиме высоковольтного выключателя переменного тока при объединении вводов +А2 и - A3 в общую фазу А, +В2 и -В3 в общую фазу В, +С2 и - С3 в фазу общую С сети переменного тока.
На чертеже фиг. 3 представлена компоновочная схема установки на подстанции варианта трехфазного исполнения УВВП переменного тока, который может выполнять функции быстродействующего высоковольтного трехфазного выключателя или высоковольтного преобразователя (высоковольтные ввода не показаны) и описываемый универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь содержит узел коммутации 3 фазы А, узел коммутации 3 фазы В, узел коммутации 3 фазы С, каждый из которых содержит электромеханический модулятор величин расстояния в междуговых промежутках, соединенных в общую ось 2, подключенную с фазовым сдвигом через 120 градусов для каждого узла коммутации, через поворот типовых фланцевых соединений 5, соединяющих осевые изоляторы 2, приводимую во вращение (основным или резервным) синхронными электродвигателями 1, подключенными к общей оси вращения через осевые изоляторы 2, и вся сборочная конструкция смонтирована на опорных изоляторах 18 относительно монтажной поверхности 19.
На чертеже фиг. 4 показана схема охлаждения для варианта трехфазного исполнения универсального высоковольтного выключателя - преобразователя переменного тока (высоковольтные ввода не показаны), где узлы коммутации 3 трех фаз А, В и С, в нижней точке, подключены трубопроводами к общему коллектору 20 холодного изолирующего газа и в верхней точке подключены трубопроводами к общему коллектору 24 горячего изолирующего газа. Холодный изолирующий газ подается по трубопроводу 21 например, из стандартной системы ресиверов 4 МПа и баллонов высокого давления 20 МПа - 22, в которую закачивают изолирующий газ компрессоры 23 компрессорной. Горячий изолирующий газ из общего коллектора 24 по трубопроводу 26 подается на теплообменник 25 и далее охлажденный изолирующий газ подается компрессорами 23 в стандартную систему ресиверов 4 МПа и баллонов высокого давления 20 МПа - 22, образуя, таким образом, замкнутую систему охлаждения - подпитка изолирующим газом требуется только для компенсации эксплуатационных утечек.
На чертеже фиг. 5 показана схема варианта исполнения двухполюсного быстродействующего высоковольтного выключателя постоянного тока, в котором узел коммутации 3 полюса плюс и узел коммутации 3 полюса минус, соединены осью 2, без фазового сдвига между сегментами в электромеханических модуляторах величин расстояния в междуговых промежутках относительно каждого полюса УВВП, привод которой может быть от электродвигателя 1 постоянного тока или асинхронного двигателя. При этом высоковольтный электрический ввод II и высоковольтный электрический ввод III объединены в общую электрическую точку подключения IV в каждом полюсе высоковольтного выключателя постоянного тока, быстродействие которого определяется скоростью вращения электродвигателя 1.
На чертеже фиг. 6 показана схема варианта исполнения преобразовательной установки для реверсивной связи энергосистем постоянного и переменного тока, включающей в себя высоковольтную линию постоянного тока 30 (ВЛПТ), один УВВП 29 и регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, подстанцию энергосистемы переменного тока 27 и подстанцию энергосистемы постоянного тока 34.
На чертеже фиг. 7 показана схема варианта исполнения преобразовательной установки для реверсивной связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот, включающей в себя ВЛПТ 30, первый УВВП 29 и первый регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, подстанцию энергосистемы переменного тока 27 одной промышленной частоты, второй УВВП 31 и второй регулирующий, согласующий автотрансформатор 32, с изолированной нейтралью, и подстанцию энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты.
Работа описанного по схемам фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 варианта исполнения трехфазного УВВП переменного тока с электромеханическими модуляторами величин расстояния в междуговых промежутках, для варианта использования в качестве высоковольтного преобразователя (выпрямителя - инвертора) осуществляется следующим образом.
Предварительно выполнены следующие работы: поверка правильности сборки осей 2, соединяющих электромеханические модуляторы величин расстояния в междуговых промежутках с фазовым сдвигом через 120 градусов для каждого узла коммутации 3 фазы А, фазы B, фазы С (фиг. 2-b-). Система охлаждения узлов коммутации (фиг. 4) заполнена, например изолирующим газом под давлением 4 МПа, наиболее предпочтительным недорогим вариантом, которого является обычный воздух, в котором для исключения окислительных процессов кислород преобразован в углекислый газ и для этого, например, может быть использовано простое устройство, на входе теплообменника 25 (фиг. 4) может быть установлена, например, горелка природного газа с запальником и датчиком кислорода, которая при наличии кислорода автоматически зажигается и выжигает кислород воздуха (на чертеже фиг. 4 это устройство не показано, так как конкретное исполнение устройства преобразования кислорода воздуха в углекислый газ в замкнутом объеме, сущность изобретения не изменяет) и горячий изолирующий газ охлаждается в теплообменнике 25, а непрерывную циркуляцию изолирующего газа в системе охлаждения узлов коммутации осуществляют компрессоры 23 и ресиверы сжатого изолирующего газа 22 (фиг. 4). В качестве радиоактивных ионизаторов 9, 10, 15 и 16 (фиг. 1-е-) могут быть установлены например импульсные рентгеновские генераторы, с возможностью регулировки интенсивности и жесткости генерируемого излучения (например, см. авторское свидетельство на изобретение СССР №510815 от 07.01.1972 г. «Способ управления излучением импульсной рентгеновской трубки» Авторы: Ю.М. Толченов, А.В. Чепек. Для увеличения общей надежности работы устройства используются два синхронных электродвигателя 1 (фиг. 2) - при отключении основного, автоматически включается резервный. Общее управление (во всех вариантах исполнения) универсальным высоковольтным выключателем - преобразователем, включая управление дополнительными полупроводниковыми коммутирующими элементами и контроль фаз в электромеханических модуляторах, а также величин зазоров в междуговых промежутках осуществляет блок автоматического управления и контроля фазы (далее БАУКФ), (любыми известными способами из уровня техники и на сущность изобретения это не влияет) и поэтому на схемах фиг. 1-4 не показано.
В исходном положении, радиоактивные ионизаторы 9, 10, 15 и 16 (фиг. 1-е-) и синхронные (основной и резервный) электродвигатели 1 (фиг. 3) отключены и ось вращения 2 (фиг. 3) остановлена. При подаче напряжения от БАУКФ, синхронного с напряжением на высоковольтных вводах A1, B1, С1 (фиг. 2-а-), на основной синхронный электродвигатель 1 (фиг. 3), он разворачивается до подсинхронной скорости в асинхронном режиме и далее при подаче на него тока возбуждения от БАУКФ, основной синхронный электродвигатель 1 (фиг. 3) втягивается в синхронизм, а БАУКФ контролирует совпадение чередования и соответствие фаз входного напряжения на высоковольтных вводах A1, B1, С1 (фиг. 2-а-) с положением вращающихся с синхронной скоростью сегментов в электромеханических модуляторах величин расстояния в междуговых промежутках, на примере для фаза А (фиг. 1-е-), синхронное положение, например, медного сегмента 7 около неподвижного контакта 6 должно соответствовать прохождению положительных полупериодов переменного напряжения на высоковольтном вводе А1, а синхронное положение противофазного медного сегмента 7 около неподвижного контакта 11 должно соответствовать прохождению отрицательных полупериодов переменного напряжения на высоковольтном вводе А1. При несовпадении чередования фаз, БАУКФ снимает на определенное время ток возбуждения с синхронного электродвигателя 1 (фиг. 3), для изменения с определенным скольжением пространственного положения ротора относительно синхронного вращающегося поля статора, и затем снова подает ток возбуждения на синхронный электродвигатель 1 (фиг. 3), с последующей проверкой совпадении чередования фаз и при совпадении чередования фаз БАУКФ выдает сигнал готовности к включению в работу УВВП. По команде оператора или автоматической системы управления радиоактивные ионизаторы 9, 16 и 10, 15 попарно (фиг. 1-c-) генерируют импульсы рентгеновского ионизирующего излучения регулируемой интенсивности и жесткости для зажигания дуги в моменты прохождения медного сегмента 7 около неподвижного контакта 6 (радиоактивные ионизаторы 9, 16) для формирования положительных полупериодов напряжения на высоковольтном вводе А2 и в моменты прохождения противофазного медного сегмента 7 около неподвижного контакта 11 (радиоактивные ионизаторы 10, 15) для формирования отрицательных полупериодов напряжения на высоковольтном вводе A3 (фиг 1-с-). Соответственно соединение высоковольтных вводов А2, В2, С2 формирует положительную шину, а соединение высоковольтных вводов A3, В3, С3 (фиг. 2-а-) формирует отрицательную шину высоковольтного напряжения варианта использования УВВП в качестве высоковольтного преобразователя (выпрямителя - инвертора). Описанное устройство является обратимым и может использоваться в качестве универсального выпрямителя или инвертора с функцией быстродействующего выключателя, а также в составе преобразовательной установки для реверсивной связи энергосистем постоянного и переменного тока или составе преобразовательной установки для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот. В режиме работы УВВП в качестве высоковольтного инвертора в электромеханическом манипуляторе величин расстояния в междуговых промежутков могут применяться устройства имеющие возможность регулировать зазор в междуговом промежутке любым известным из уровня техники способом и на сущность изобретения это не влияет, а к выводным контактам могут быть подключены последовательно дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы для регулирования формы выходного напряжения и тока, а при необходимости регулирования частоты выходного переменного тока в режиме инвертора может использоваться дополнительный регулятор частоты в схеме питания синхронного электродвигателя привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках. Для режима работы УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя переменного тока выводы второго и третьего высоковольтных электрических вводов каждой фазы УВВП (фиг. 2-а-) объединяются в одну электрическую точку и быстродействие такого выключателя будет не более времени одного полупериода промышленной частоты. Для использования УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя только для систем постоянного тока в полюсе УВВП привод электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках подключается без фазового сдвига сегментов и выводы второго и третьего высоковольтных электрических вводов каждого полюса УВВП (фиг. 5) объединяются в одну электрическую точку IV и может использоваться для электродвигателя 1 привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках асинхронный электродвигатель или электродвигатель постоянного тока, частота вращения которого будет определять быстродействие УВВП в режиме выключателя постоянного тока и общий алгоритм работы этих устройств аналогичен вышеописанному УВВП по схемам фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.
Возможность плавного регулирования тока при всех вариантах исполнения универсального высоковольтного выключателя - преобразователя имеется также за счет регулировки времени включения-отключения, интенсивности и жесткости генерируемого излучения импульсных рентгеновских генераторов в составе радиоактивных ионизаторов 9, 10, 15 и 16 (фиг. 1-е-).
Также для увеличения рабочего напряжения УВВП до 2000 кВ или более целесообразно использовать дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы, которые могут быть подключены последовательно к высоковольтным электрическим вводам каждого полюса или фазы УВВП.
Работа преобразовательной установки для реверсивной связи энергосистем постоянного и переменного тока по схеме фиг. 6 осуществляется следующим образом. В исходном состоянии коммутационные аппараты подстанции энергосистемы переменного тока 27 и подстанции энергосистемы постоянного тока 34 отключены. Далее включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 27 подают напряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 29. Затем включают в режиме инвертора в работу УВВП 29, выполняющий функции обратимого трехфазного высоковольтного выпрямителя или инвертора, тем самым подавая напряжение постоянного тока на ВЛПТ 30 до отключенных коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы постоянного тока 34. Регулированием РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью, выставляют напряжение на ВЛПТ 30 равным напряжению на шинах подстанции энергосистемы постоянного тока 34 и далее включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы постоянного тока 34 замыкают в транзит преобразовательную установку для связи энергосистем постоянного и переменного тока. Величину и направление перетока мощности регулируют устройством РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью. При этом УВВП 29 может также отключать транзит в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя под действием устройств релейной зашиты и автоматики.
Работа преобразовательной установки для реверсивной связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот по схеме фиг. 7 осуществляется следующим образом. В исходном состоянии коммутационные аппараты подстанции энергосистемы переменного тока 27 одной промышленной частоты и подстанции энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты отключены. Далее включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 27 одной промышленной частоты подают напряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 29. Затем включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты подают напряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 32, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 31. Далее регулированием РПН на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью и регулированием РПН на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 32, с изолированной нейтралью выставляют одинаковые по величине напряжения на входе УВВП 29 и УВВП 31. Затем включают одновременно в работу УВВП 29 и УВВП 31 и тем самым замыкают в транзит через ВЛПТ 30 преобразовательную установку для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот. Величину и направление перетока мощности, а также режим работы обоих УВВП, выполняющих функции обратимого трехфазного высоковольтного выпрямителя или инвертора регулируют устройством РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью и устройством РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 32, с изолированной нейтралью. При этом каждый УВВП 29 и УВВП 31 могут отключать транзит в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя под действием устройств релейной зашиты и автоматики.
Таким образом, за счет использования небольшого количества сравнительно недорогих комплектующих изделий, общей простой конструкции и варианта электроизолирующего газа, предпочтительным недорогим вариантом, которого является обычный воздух, в замкнутом объеме которого для исключения окислительных процессов кислород преобразован в углекислый газ и который значительно дешевле, например элегаза, достигается возможность создания сильноточного, простого, недорогого, надежного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата с улучшенными регулировочными характеристиками, способного отключать и включать токи нагрузки или короткого замыкания за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключатели с улучшенными характеристиками универсального использования для переменного и постоянного токов, но и высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями.
Благодаря вышеперечисленному в группе изобретений достигается технический результат, заключающийся в создании сильноточного, простого, недорогого, надежного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключатели с улучшенными регулировочными характеристиками универсального использования для систем переменного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируемых выпрямителей или инверторов, а также главных элементов сильноточных преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.
Список литературы
1. Агафонов Г.Е., Бабкин И.В., Берлин Б.Е. Электрические аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 727 с.
2. ГОСТ Р 52565-2006. Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.
3. Кравченко А.Н., Метельский В.П., Рассальский А.Н. Высоковольтные выключатели // Электрик. - 2006. - №9. - С. 11-12.
4. Информационно-справочное издание «Новости электротехники» - 4(94) 2015.