КОММУТАЦИОННЫЙ ЭЛЕГАЗОВЫЙ АППАРАТ
SWITCHING GAS-INSULATED DEVICE

Область технического применения
Настоящее изобретение относится к распределительным устройствам с элегазовой изоляцией. В частности, настоящее изобретение относится к коммутационному устройству, в котором разъединитель секции электроснабжения и разъединитель секции тяги нагрузки расположены линейно по обе стороны выключателя электропитания, соответственно, и безопасная операция переключения возможна посредством линейной изолирующей штанги.
Предпосылка изобретения
При коротком замыкании и подобных инцидентах в оборудовании, предназначенном для передачи энергии, в кабеле возникает сильный электрический ток от тысячи до десятков тысяч ампер. В случае, если не удастся отключить этот сильный ток, обшивка кабеля немедленно расплавится, приведя к теплоотдаче и воспламенению, так как эксплуатационные качества кабеля позволяют выдерживать ток мощностью около ста ампер.
При подобном коротком замыкании на трансформатор или генератор мощности компании-поставщика электроэнергии ложится высокая нагрузка. Следовательно, возникает необходимость быстрого отключения сильного тока. Для этих целей, в энергопередающее оборудование встраивается коммутационный элегазовый аппарат (КЭА).
6
В коммутационный элегазовый аппарат устанавливается разъединитель или выключатель. Этот разъединитель или выключатель находится в герметичном контейнере, наполненном элегазом (газ SF - гексафторид серы).
Элегаз - это газ, обладающий высокими изоляционными характеристиками, например, как изоляционное масло при давлении 0,3 мегапаскалей (MPa). Тем не менее, уменьшение давления приводит к ослаблению изоляционных характеристик элегаза. Поэтому такому распределительному устройству, как коммутационный элегазовый аппарат, и ему подобным, требуется функция аварийной сигнализации, которая срабатывает в случае уменьшения давления газа. Если давление продолжает падать, такое распределительное устройство автоматически блокируется так, что выключатель не включается/выключается.
Кроме того, если уровень влажности в элегазе увеличивается, на поверхности изоляционного материала генерируется влага, что приводит к уменьшению срока службы изоляции. Следовательно, в распределительном устройстве необходимо устанавливать влагопоглотитель и, кроме того, проводить регулярные замеры содержания влаги в газе.
4
2
2
2
2
2
Также, если в результате частичного разряда в элегазе возникает дуга, генерируется фторид серы такой как SF, SF и т.п. Это продукт распада газа. В случае, если такой продукт распада содержит влагу, он трансформируется в соединения SOF, SOF, HF и т.п., в результате изоляционные и другие подобные им материалы вырождаются. Следовательно, необходимо регулярно анализировать элемент газа и проверять его на наличие/отсутствие частичного разряда.
Между тем, если ток в электрической цепи отключить насильственно, движение электронов между электродами по-прежнему происходит, так как постоянный ток в электрической цепи есть свойство электричества. Таким образом, несмотря на то, что электроды в действительности отделены, происходит разряд. Такой ток электронов - это дуга. Дуга дает постоянный ток, производя свет и тепло.
Дуга есть плазменное состояние ионизированного воздуха, она выделяет тепло и свет при температуре десять тысяч градусов. Также, по причине проводимости дуги, электричество постоянно течет через дугу. Роль автоматического выключателя в том и состоит, чтобы быстро охладить дугу, разрушить свойство проводимости дуги и погасить дугу.
В случае цепи переменного тока с циклом «плюс-нуль-минус-нуль», дуга гасится в нулевой точке в том случае, если проводимость дуги уменьшается в сторону остывания. Но если изоляция неидеальна, дуга восстанавливается.
Также, в случае если номинальная мощность выбирается ошибочно, то при прерывании дуга регенерируется, повреждая при этом выключатель. А если это приводит к нарушению энергоснабжения в трансформаторе, то энергоснабжение нарушается и в соседней зоне. Соответственно, выбор оборудования важен с точки зрения гарантии гашения дуги.
Гашение дуги - это главная цель высоковольтного выключателя. Ранее в оборудовании использовался масляный выключатель с изоляционным маслом, который в настоящее время не применяется из-за опасности воспламенения.
Кроме масляного использовался еще воздушный выключатель. Сейчас он почти не поставляется либо по той причине, что размеры генератора сжатого воздуха, используемого для гашения дуги, слишком габаритны, либо по причине возникновения громкого звука при прерывании дуги, который идет от сжатого воздуха.
Таким образом, в последние годы широко используется газовый выключатель, или вакуумный выключатель, наполненный элегазом.
Между тем, разъединитель, устройство для простого включения/выключения зарядной цепи, может позволить току короткого замыкания, в течение определенного времени, не выказывать аномалий. Но цепь тока не может быть прервана разъединителем, так как он не снабжен инструментом дугогашения, и если электричество отключить разъединителем в состоянии тока в нагрузке, то генерируется дуга, а если генерированная дуга контактирует с входом/выходом цепи, происходит короткое замыкание. В результате повреждается ячейка распределительного устройства, авария в энергосистеме и т.п. Также существует риск того, что оператор разъединительного устройства может получить ожог или травму.
В соответствии с вышесказанным, в распределительное устройство обычно входит защитная блокировка с целью заблокировать управление разъединителем, если активирован автоматический выключатель отключения электроэнергии.
Сущность изобретения
Техническая проблема
В традиционном распределительном устройстве есть отдельные корпуса выключателя и разъединителя. Каждый из указанных выше корпусов наполняется изоляционным газом и, далее, имеет заземляющий переключатель или заземляющий коммутационный аппарат. Таким образом, установка такого распределительного устройства всегда включает много ограничений по причине его сложной структуры и габаритных размеров; и кроме того, следствием этого является его высокая стоимость.
Кроме того, если работник, во время техобслуживания или проверки распределительного устройства, по небрежности, приводил в действие разъединитель до срабатывания автоматического выключателя, были случаи возникновения дуги, вследствие чего возникали общие перебои в питании, как описано выше.
Решение проблемы
Особенностью примеров осуществления настоящего изобретения является, по меньшей мере, рассмотрение проблем и/или недостатков, и обеспечение, по меньшей мере, тех преимуществ, что описаны ниже. Соответственно, особенностью примеров осуществления настоящего изобретения является предложение распределительного устройства, которое удаляет ошибочные операции, является значительно меньшим по размерам, что гарантирует его легкую установку, и в большей степени гарантирует безопасность в эксплуатации, что достигается гашением дуги таким образом, чтобы предотвратить инверсию в порядке проведения работ с разъединителем и выключателем посредством монтирования разъединительного устройства вокруг автоматического выключателя в качестве части единого механизма, и интегрирования коммутационных операций по выключению и разъединению, так что указанные операции выполняются последовательно через тягу рычажной передачи, линейно соединенной с выключателем и разъединителем.
В соответствии с одной особенностью настоящего изобретения предлагается коммутационный элегазовый аппарат, имеющий единый корпус, внутри которого располагаются автоматический выключатель электропитания и разъединитель, и который наполнен элегазом, чтобы предотвратить возникновение дуги в результате обрыва в схеме. Разъединитель секции питания, имеющий съемное соединение с контакт-деталью секции питания, и разъединитель секции тяги, имеющий съемное соединение с контакт-деталью секции тяги, расположены линейно слева и справа от выключателя, а выключатель имеет проводящую часть, через которую идет ток или которая электроизолируется, в зависимости от линейного движения; при этом разъединитель питающей линии имеет тягу рычажной передачи секции питания, линейно соединенную с проводящей частью, и проводящий элемент секции питания, соединенный с тягой рычажной передачи секции питания, который отсоединяется от контакт-детали питающей линии и подсоединяется к заземлению секции питания в результате горизонтального движения тяги рычажной передачи секции питания; а разъединитель секции тяги имеет тягу рычажной передачи, линейно соединенную с проводящей частью, и проводящий элемент секции тяги, связанный с тягой рычажной передачи секции тяги, который отсоединяется от контакт-детали секции тяги и соединяется с заземлением секции тяги посредством горизонтального движения тяги рычажной передачи секции тяги; и когда тяга рычажной передачи движется по направлению длины, сначала происходит электроизоляция автоматического выключателя, после чего изолируется разъединитель секции питания, сохраняя разновременность срабатывания отключения электропитания, после этого изолируется разъединитель секции тяги, также сохраняя разновременность срабатывания отключения электропитания.
Проводящий элемент секции питания разъединителя секции питания может двигаться в вертикальном направлении относительно направления горизонтального движения тяги рычажной передачи секции питания, кроме того, проводящий элемент секции питания подсоединен к шатуну, имеющему неразъемное соединение с опорным стержнем в вертикальном направлении относительно направления длины опорного стержня, и упруго вращающемуся на опорном стержне, причем опорный стержень выступает в вертикальном направлении относительно направления длины тяги рычажной передачи секции питания и может вращаться, посредством чего проводящий элемент секции питания движется от контакт-детали секции питания к заземлению секции питания в силу горизонтального движения тяги рычажной передачи секции питания.
Проводящий элемент секции питания имеет длинную канавку скольжения в направлении длины проводящего элемента секции питания, и выступающая часть шатуна входит по посадке скольжения в канавку скольжения.
Проводящий элемент секции тяги может двигаться в вертикальном направлении относительно направления горизонтального движения тяги рычажной передачи секции тяги, а проводящий элемент секции тяги соединен с шатуном, который имеет неразъемное соединение с опорным стержнем в вертикальном направлении относительно направления длины опорного стержня, и упруго поворачивается на опорном стержне, опорный стержень выдается в вертикальном направлении относительно направления длины тяги рычажной передачи секции тяги и может вращаться, посредством чего проводящий элемент секции тяги сдвигается от контакт-детали секции тяги в силу горизонтального движения тяги рычажной передачи секции тяги.
Тяга рычажной передачи секции тяги имеет длинное сквозное отверстие скольжения в направлении длины тяги рычажной передачи секции тяги, а опорный стержень вращательно соединен с ползуном, который входит по посадке скольжения в сквозное отверстие скольжения, причем шатун одним концом неразъемно соединен с опорным стержнем, а другим концом вращательно соединен с проводящим элементом секции тяги.
Технические эффекты изобретения
Коммутационный элегазовый аппарат, в соответствии с настоящим изобретением, имеет габаритные размеры, в значительной степени меньшие, по сравнению с известным уровнем техники, тем самым устраняются пространственные ограничения по его установке, а также снижается стоимость.
Кроме того, коммутационный элегазовый аппарат, в соответствии с настоящим изобретением, обладает заметным техническим эффектом большей безопасности, что достигается посредством устранения опасности инверсии порядка проведения работ с разъединителем и выключателем и риска возникновения дуги по причине неправильного обращения.
Краткое описание чертежей
Вышеназванные и другие объекты, свойства и преимущества настоящего изобретения, будут более очевидны при рассмотрении следующего подробного описания в сочетании с сопровождающими его чертежами, в которых:
ФИГ. 1 - это чертеж в перспективе, схематически изображающий коммутационный элегазовый аппарат в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 2 - схематические боковой и фронтальный разрезы чертежа, представленного на ФИГ. 1;
ФИГ. 3 - схема бокового разреза, иллюстрирующая состояние до включения разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата ФИГ. 1;
ФИГ. 4 - схема бокового разреза, иллюстрирующая состояние после включения разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата ФИГ. 1;
ФИГ. 5 - схематическое перспективное изображение, представляющее коммутационную операцию разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата ФИГ. 1;
ФИГ. 6 - схематическое перспективное изображение, представляющее коммутационную операцию разъединителя секции тяги коммутационного элегазового аппарата ФИГ. 1; и
ФИГ. 7 - разрыв части перспективной схемы ФИГ. 6.
Описание основных символов чертежей
1: коммутационный элегазовый аппарат
2: контакт-деталь секции питания
3: контакт-деталь секции тяги
4: заземление секции питания
5: заземление секции тяги
7, 8: изолятор
10: автоматический выключатель электропитания
101: проводящая часть
120: проводящий элемент
20: разъединитель секции питания
201: проводящий элемент секции питания
202: тяга рычажной передачи секции питания
203: канавка скольжения
204: шатун
205: вогнутая кольцевая канавка
206: пружина
207: опорный стержень
210: изолирующая штанга
211, 212: отверстия
30: разъединитель секции тяги
301: проводящий элемент секции тяги
302: тяга рычажной передачи секции тяги
303: сквозное отверстие скольжения
304: шатун
305: вогнутая кольцевая канавка
306: пружина
307: опорный стержень
308: ползун
309: вогнутая направляющая
311, 312: отверстия
На всех чертежах одинаковые числовые записи следует понимать как относящиеся к одним и тем же элементам, свойствам и структурам.
Лучший вариант осуществления изобретения
Примеры осуществления настоящего изобретения будут описаны теперь подробно, со ссылками на приложенные чертежи.
ФИГ. 1 - это чертеж в перспективе, схематически изображающий коммутационный элегазовый аппарат в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения, и ФИГ. 2 - схемы бокового и фронтального разрезов чертежа, представленного на ФИГ. 1.
Как показано на ФИГ. 1, коммутационный элегазовый аппарат 1 данного примера осуществления имеет линейно соединенные разъединитель 20 секции питания и разъединитель 30 секции тяги по обе стороны выключателя 10, соответственно, в корпусе 6.
Выключатель 10 сконструирован так, чтобы соединять левый и правый объекты посредством множества соединительных элементов 120, и обеспечивает линейное соединение проводящей части 101 посредством поддержки соединительных элементов 120, а также электрическую изоляцию или отключение проводящей части 101.
Кроме того, проводящая часть 101 сконструирована так, что она имеет охватывающую деталь (не показана) вогнутой формы в объекте, расположенном на правой стороне, вид с чертежа, и охватываемую деталь (не показана), выступающую из объекта, расположенного на левой стороне, и входящую в охватывающую деталь в зоне проводимости так, что охватывающая деталь оттягивается назад тягой рычажной передачи 202 секции питания, описанной далее, и высвобождается из зоны проводимости охватываемой детали; далее, охватывающая деталь движется назад и отводится от охватываемой детали на постоянное расстояние и затем тянет за собой охватываемую деталь.
Для того, чтобы указанная выше операция была возможна, часть охватываемой детали, начиная с ее свободного конца и до середины, выполнена из электроизоляционного материала, а оставшаяся часть охватываемой детали, исключая изоляционную, выполнена из проводимых материалов. Кроме того, на свободном конце изоляционной части охватываемой детали сформирован выступ, а в охватывающей детали выступ выполнен таким образом, что охватываемая деталь вводится по нему в охватывающую деталь на постоянное расстояние посредством скольжения; затем выступ охватываемой части защелкивается внутри охватывающей части, чтобы далее охватываемая и охватывающая детали двигались в сцеплении друг с другом.
Соответственно, несмотря на то, что охватывающая деталь вытягивается посредством тяги рычажной передачи 202 секции питания и электрически отключается от охватываемой детали после того, как обе детали соединены друг с другом в зоне проводимости, состояние связи между охватываемой деталью и охватывающей деталью поддерживается. При помощи этого, как описывается далее, тягой рычажной передачи 302 секции линии тяги, соединенной с охватываемой деталью, можно управлять, сохраняя разновременность срабатывания в отношении тяги рычажной передачи 202 секции питания.
В отсутствие аварийной ситуации, коммутационный элегазовый аппарат 1 данного примера осуществления изобретения является электропроводным в диапазоне от контакт-детали 2 секции питания до проводящего элемента 201 секции питания, проводящей части 101, проводящего элемента 301 секции тяги и контакт-детали 3 секции тяги.
Между тем, при коммутационной операции коммутационного элегазового аппарата 1, сначала происходит электроотключение выключателя 10, затем разъединителя 20 секции питания, при этом сохраняется разновременность срабатывания отключения, и затем отключается разъединитель 30 секции тяги, также сохраняя разновременность срабатывания отключения электропитания. Такая операция становится возможной при линейном соединении тяги рычажной передачи 202 секции питания, проводящей части 101, которая состоит из охватываемой и охватывающей деталей, и тяги рычажной передачи 302 секции тяги.
Конструкция, которая делает возможным выполнение разновременной операции, указанной выше, описывается далее.
ФИГ. 3 - это схема бокового разреза, на которой показано состояние до включения разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата, изображенного на ФИГ 1. ФИГ. 4 - это схема бокового разреза, на которой показано состояние после включения разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата, изображенного на ФИГ 1. ФИГ. 5 - схематический перспективный чертеж, описывающий коммутационную операцию разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата, изображенного на ФИГ 1.
Разъединитель 20 секции питания состоит из тяги рычажной передачи 202 секции питания и проводящего элемента 201 секции питания. Тяга рычажной передачи 202 секции питания обладает изоляционными свойствами и устанавливается так, чтобы иметь возможность движения в горизонтальном направлении. Проводящий элемент 201 секции питания соединен с тягой рычажной передачи 202 секции питания и может двигаться в направлении вверх/вниз, причем его поверхность покрыта проводящими материалами. Изолирующая штанга 210 выдвинута и установлена на тяге рычажной передачи 202 секции питания, и эта изолирующая штанга 210 должна приводить в движение тягу рычажной передачи 202 секции питания в горизонтальном направлении.
Как показано на ФИГ. 3 и 4, проводящий элемент 201 секции питания сконструирован таким образом, что, в отсутствие аварийной ситуации, вогнутая кольцевая канавка 205, которая имеется на конце проводящего элемента 201 секции питания, захватывается контакт-деталью 2 секции питания и входит в нее по посадке, а при работе коммутационного элегазового аппарата 1 вогнутая кольцевая канавка 201 отсоединяется от контакт-детали 2 секции питания и входит по посадке в заземление 4 секции питания.
Далее, проводящий элемент 301 секции тяги сконструирован так, что, в отсутствие аварийной ситуации, вогнутая кольцевая канавка 305, которая имеется на конце проводящего элемента 301 секции тяги, захватывается контакт-деталью 3 секции тяги и входит в нее по посадке, а при работе коммутационного элегазового аппарата 1 вогнутая кольцевая канавка 301 отсоединяется от контакт-детали 3 секции тяги и входит по посадке в заземление 5 секции тяги.
ФИГ. 5 - схематический перспективный чертеж, описывающий коммутационную операцию разъединителя секции питания коммутационного элегазового аппарата 1, изображенного на Фиг.1.
Один конец опорного стержня 207 входит, с возможностью вращения, в боковую часть корпуса тяги рычажной передачи 202 секции питания, а другой конец имеет неразъемное соединение с шатуном 204. Также, пружина 206 посажена на опорный стержень 207 в целях придания упругой силы, когда шатун 204 поворачивают в одном направлении с вращением на опорном стержне 207.
Между тем, шатун 204 имеет выступ (не показан), который выдается в поперечном направлении относительно шатуна 204. Выступающая часть шатуна 204 неразъемно сформирована на другом конце шатуна 204. Канавка скольжения 203 выполнена в середине корпуса проводящего элемента секции питания. Выступ шатуна 204 входит по посадке скольжения в канавку скольжения 203 проводящего элемента 201 секции питания. При нормальном функционировании выступ шатуна 204 находится в состоянии упругого контакта с внутренней стенкой одной стороны канавки скольжения 203 посредством упругой силы пружины 206.
ФИГ. 6 - это схематический перспективный чертеж, показывающий коммутационную операцию разъединителя секции тяги коммутационного элегазового аппарата, представленного на ФИГ. 1. ФИГ. 7 - частичный разрыв перспективного чертежа ФИГ. 6.
В случае разъединителя секции тяги, тяга рычажной передачи 302 секции тяги имеет сквозное отверстие скольжения 303, а опорный стержень 307 вращательно соединен с ползуном 308, который скользит в горизонтальном направлении внутри сквозного отверстия скольжения. Ползун 308 имеет '['-образные вогнутые направляющие 309, и соответственно, в целом имеет форму корпуса в виде 'H'. Пружина 306 посажена на опорный стержень 307, чтобы придать упругую силу в случае, когда шатун 304 поворачивается в одном направлении с поворотом на опорном стержне 307.
В отсутствие аварийной ситуации и сохранении проводимости в целом, ползун 308 располагается в конечном положении справа - вид, представленный на чертеже внутри сквозного отверстия 303. При коммутационной операции ползун 308 сдвигается почти в крайнее левое положение вида, представленного на чертеже внутри сквозного отверстия 303, в соответствии с движением тяги рычажной передачи 302 секции тяги. После того, как ползун 308 вступает в контакт с левой стороной, и если тяга рычажной передачи 302 секции тяги движется дальше, принудительная сила прикладывается к проводящему элементу 301 секции тяги посредством шатуна 304. В результате приложения этой принудительной силы, проводящий элемент 301 секции тяги высвобождается из контакт-детали 3 секции тяги, к которой подходит одна из вогнутых кольцевых канавок, имеющихся на обеих концах проводящего элемента 301, и проводящий элемент 301 секции тяги входит в заземление 5 секции тяги в результате движения вниз по инерции, обретенной от упругой силы пружины 306.
Предпочтительно, чтобы разъединитель 20 секции питания, и разъединитель 30 секции тяги заключались в соответствующие раздельные корпуса. Предпочтительно, чтобы корпуса имели верхние и нижние отверстия 211 и 212, и 311 и 312, соответственно, так чтобы отверстия 211, 212, 311 и 312 поддерживали вертикальные движения проводящего элемента 201 секции питания и проводящего элемента 301 секции тяги в соответствующие заземления 4 и 5. Также, разъединитель 20 секции питания и разъединитель 30 секции тяги поддерживаются связанными элементами 220 и 320, соответственно, и устанавливаются в середине внутреннего пространства корпуса 6.
Как описано выше, после того, как тяга рычажной передачи 202 секции питания тянется в горизонтальном направлении, и, таким образом, происходит отключение от электропитания выключателя 10, и при условии, что тяга рычажной передачи 202 движется далее в направлении тяги-и-движения, то шатун 204 также движется в направлении движения, в то время как выступ шатуна 204 начинает скользить вниз по канавке скольжения 203 в результате действия силы упругости пружины 206. В случае, если движение тяги рычажной передачи 202 секции питания продолжается до тех пор, пока полностью не высвобождается ограничитель на выступе шатуна 204, упругая сила выступа шатуна 204 повышает давление на нижнюю часть канавки скольжения 203. В результате этого усилия с растущим давлением, проводящий элемент 201 секции питания входит своим нижним концом в заземление 4 секции питания.
После того, как проводящий элемент 201 секции питания входит своим нижним концом в заземление 4 секции питания, и при условии, что тяга рычажной передачи 202 секции питания продолжает движение, и тяга рычажной передачи 302 секции тяги, соединенная с проводящей частью 101 выключателя 10, также работает в направлении указанного выше движения, проводящий элемент 201 секции питания сцепляется с заземлением 4 секции питания в результате скольжения ползуна 308 внутри сквозного отверстия 303, и затем, сохраняя постоянную величину разновременности срабатывания, проводящий элемент 301 секции тяги отсоединяется от контакт-детали 3 секции тяги и входит в заземление 5 секции тяги.
Таким образом, коммутационный элегазовый аппарат 1, в соответствии с настоящим изобретением, может в корне предотвратить ситуацию, когда разъединители 20 и 30 электроизолируются до электроизоляции выключателя 10, и гарантировать безопасность в результате достижения последовательной электроизоляции с разновременностью срабатывания посредством простой структуры связей.
В то время как изобретение показано и описано со ссылкой на конкретное предпочтительное осуществление, специалистам в данной области будет очевиден тот факт, что в форму и детали настоящего устройства могут быть внесены различные изменения, не выходя за пределы существа и объема изобретения, как описано в приложенной формуле изобретения.