ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГАЗОНАПОЛНЕННОГО АВТОКОМПРЕССИОННОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
ARC-EXTINGUISHING DEVICE OF HIGH-VOLTAGE GAS-FILLED PUFFER BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей.
Известно дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [1], включающее в себя главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внутренней поверхностью - камеру автодутья, образованную с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта, с каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, обеспечивающим соединение полости автогенерации с надпоршневым объемом камеры сжатия. На внешней поверхности дугогасительного контакта введен изоляционный цилиндр и камера автодутья ограничена внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью изоляционного цилиндра.
Недостатком данной конструкции является недостаточное охлаждение остаточного следа дуги отключения в диффузоре изоляционного сопла, а следовательно, и конечного газового промежутка между дугогасительными контактами, что снижает надежность выключателя в эксплуатации при высоких номинальных напряжениях на разрыв.
Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [2], в котором имеются главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.
1
u
u
1
i
u
i
1
u
i
u
В устройстве канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью цилиндрической поверхностью изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа φ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром L/d, где d - диаметр горловины изоляционного сопла, L - длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров L/d диффузорной части изоляционного сопла, где L - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4 соответственно, при этом выполняются соотношения: 0<φ<30, 6<δ<20, 0<γ<10, 0<β<20, 0.2<L/d<1, 0.2<L/d<2.
Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации и автокомпрессии и выбора оптимальных калибров дуффузорной части изоляционного сопла и их внутренних полууглов, что позволяет при отключении (в области нуля тока) усилить охлаждение остаточного следа дуги отключения газовым потоком в области вниз по потоку [2].
Однако при уменьшении скоростных (энергетических) параметров привода перепад давления уменьшается, а относительно короткий диффузор изоляционного сопла не позволяет эффективно охлаждать остаточный след дуги отключения в области вниз по потоку у дугогасительного неподвижного контакта, так как выносу тепла препятствует перестройка потока вниз по потоку (после среза изоляционного сопла) с переходом в дозвуковое течение охлаждающего газа с уменьшением уровня турбулентного перемешивания охлаждающей среды со следом дуги отключения.
При относительно коротком диффузоре изоляционного сопла значителен прогрев газа в области у неподвижного главного контакта за счет излучения от дуги отключения при конечном положении подвижной системы выключателя, при максимальных временах горения дуги, а значительная инерционность элегаза не позволяет быстро восстановить электрическую прочность газового промежутка между главными контактами за короткое время воздействия амплитуды переходного восстанавливающегося напряжения (в диэлектрической фазе пробоя). Поэтому по мере уменьшения энергетических параметров привода, восстановление электрической прочности в диффузоре изоляционного сопла и за его срезом, а также и в области между главными контактами замедляется, что негативно влияет на восстановление электрической прочности для коммутационных режимов 100% и НКЗ при высокой скорости и верхнем уровне (пределе) восстанавливающегося напряжения.
Оптимальное сочетание автокомпрессии с более эффективной полостью автогенерации и камерой автодутья, профилирование дуффузорной части изоляционного сопла с существенным увеличением его длины с целью эффективного восстановления электрической прочности газовых промежутков как между дугогасительными, так и главными контактами, а также оптимизация расстояний между конечным положением среза сопла при отключении и внешней оконечностью неподвижного дугогасительного контакта, между внешней оконечностью экрана главного неподвижного контакта и внешней оконечностью неподвижного дугогасительного контакта, позволяют повысить отключающую способность выключателя при увеличении номинального напряжения на разрыв без увеличения мощности привода и номинального (исходного) давления в объеме выключателя.
Задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных параметров дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации.
i
u
u
i
3
u
3
u
c
u
x
u
с
х
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительном устройстве высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внутренней поверхностью камеру автодутья, ограниченную внешней поверхностью изоляционного цилиндра на внешней поверхности дугогасительного подвижного контакта, с каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, обеспечивающим соединение полости автогенерации с надпоршневым объемом камеры сжатия, с калибрами L/d диффузорной части изоляционного сопла, где d - диаметр горловины изоляционного сопла, где L - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4, введено для калибра L/d диффузорной части изоляционного сопла соотношение: 2<L/d<4, а в отключенном положении, в конструкции выполнены соотношения 2<L/d<4, 0.0<L/d<l, где L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта до среза изоляционного сопла, L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта до внешней оконечности экрана главного неподвижного контакта.
3
u
3
u
c
u
x
u
с
х
Нам неизвестны дугогасительные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей, в которых повышение отключающей способности и надежности функционирования дугогасительного устройства при уменьшении радиальных размеров дугогасительного устройства и мощности привода осуществляется благодаря введению для калибра L/d диффузорной части изоляционного сопла соотношения: 2<L/d<4, а в отключенном положении, в конструкции выполнены соотношения 2<L/d<4, 0.0<L/d<l, где L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта до среза изоляционного сопла, L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта до внешней оконечности экрана главного неподвижного контакта.
1
u
u
1
i
u
i
На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в момент отключения, А -изоляционное сопло с калибром L/d, где d - диаметр горловины изоляционного сопла, L - длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полууглами δ, γ, β и калибрами L/d диффузорной части изоляционного сопла, где L - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4 соответственно.
с
х
Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, подвижный дугогасительный контакт 3, неподвижный поршень 4, неподвижный дугогасительный контакт 5, экран главного неподвижного контакта 6, изоляционное сопло 7, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку 8, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью изоляционного цилиндра 9 камеру автодутья 10, при этом втулка 8 ограничивает внутренней оконечностью полость автогенерации 11 в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью изоляционный канал 12, образованный Г-образной цилиндрической изоляционной втулкой, обеспечивающей соединение полости автогенерации 11 с надпоршневым объемом камеры сжатия 13. Камера сжатия 13 находится между подвижной системой выключателя, включающей в себя изоляционное сопло 7, главный подвижной контакт 2, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 и штоком привода (не показано), и неподвижным поршнем 4. В конечном, отключенном, положении в дугогасительном устройстве имеется L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта 5 до среза изоляционного сопла 7, L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта 5 до внешней оконечности экрана 6 главного неподвижного контакта 1. При этом конечный газовый промежуток между главными контактами 1, с металлическим экраном 6, и контакт 2 всегда меньше конечного газового промежутка между дугогасительными контактами 3 и 5.
Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом.
Отключение. При подаче команды на отключение перемещается подвижная система выключателя с главным подвижным контактом 2, подвижным дугогасительным контактом 3 и изоляционным соплом 7 сверху вниз. Сначала размыкаются главные контакты 1, 2, затем ток перебрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов неподвижного 5 и подвижного 3. По мере движения подвижной системы выключателя относительно неподвижного поршня 4 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия 13. После размыкания дугогасительных контактов 3 и 5 электрическая дуга горит в полости автогенерации 11 между дугогасительными контактами 3 и 5, внутренней оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 8 и внутренней поверхностью изоляционного сопла 7. В полости автогенерации 11 за счет энергии излучения, воздействующей как на внутреннюю поверхность изоляционного сопла 7 и внутреннюю поверхность оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 8, так и на внутреннюю изоляционную поверхность камеры автодутья 10, возникает значительный эффект автогенерации, связанный с абляцией изоляционных стенок и возникновением массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в пространстве вверх по потоку и расходному эффекту, ограничивающему доступ дугогасящей среды в межконтактный промежуток в максимуме отключаемого тока. В момент перехода тока через нуль обеспечивается восстановление потока газа из камеры сжатия 13 через канал 12, и далее через сопло подвижного дугогасительного контакта 3 и изоляционное сопло 7 в общий объем выключателя с повышенным массовым расходом дугогасящей среды, что повышает эффективность дугогашения.
После нуля тока при отключении восстановление электрической прочности между контактами происходит в начальной фазе теплового пробоя между дугогасительными контактами 3 и 5 и далее, в фазе диэлектического пробоя, этому процессу способствует газовой промежуток между главными контактами 2 и 1, при этом последний снабжен металлическим экраном 6, что определяет отключение, как результат успешного соревнования восстановления электрической прочности между контактами дугогасительного устройства с переходным восстанавливающимся напряжением.
Включение. При включении выключателя вначале имеется контактирование подвижного дугогасительного контакта 3 с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1, 2.
3
u
3
u
c
u
x
u
с
х
Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при уменьшении радиальных размеров дугогасительного устройства и мощности привода достигается за счет выполнения для калибра L/d диффузорной части изоляционного сопла 7 соотношения: 2<L/d<4, а в конечном, отключенном положении, в конструкции 2<L/d<4, 0.0<L/d<1, где L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта 5 до среза изоляционного сопла 7, L - расстояние от внешней оконечности неподвижного дугогасительного контакта 5 до внешней оконечности экрана 6 главного неподвижного контакта 1.
Литература
1. RU 2168789
Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя.
2. RU 2207648
Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя.