ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ ДЛЯ КРУЭ
GROUNDING CONDUCTOR FOR SF6 INSULATED SWITCHGEAR

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению, а именно к устройствам, предназначенным для быстрого подключения и отключения токоведущих элементов комплексных распределительных устройств элегазовых (КРУЭ) к заземляемому контуру.
Заземлитель помимо выполнения функции заземления должен надежно включаться на ток короткого замыкания в случае возникновения такой ситуации. Токи короткого замыкания достигают десятки и сотни килоампер. В функцию заземлителя входит также отключение довольно небольших «наведенных» токов при операции снятия заземления (отключения). Наведенные токи возникают из-за влияния близко расположенных высоковольтных линий, находящихся под напряжением. Согласно МЭК (Международной электротехнической комиссии), для различных классов напряжений КРУЭ величина наведенных токов стандартизирована и колеблется в пределах от десятков до сотен ампер при действующем значении наведенного восстанавливающемся напряжении 2÷20 кВ. Например, для КРУЭ на 110 кВ наведенный ток составляет 80 А при напряжении 2 кВ, а для КРУЭ на 500 кВ величина наведенного тока равна 160 А при восстанавливающемся напряжении 20 кВ.
При разведении контактов заземлителя возникает свободно горящая дуга. Обычно условия, в которых горит дуга, - это область давлений 0,3÷0,4 Мпа (чтобы избежать сжижения элегаза при работе при низких температурах) и скорости подвижного контакта 2,5÷4 м/сек. Проведенные исследования показали, что в этих условиях для токов 50÷80 А, напряжений 2÷10 кВ длительность горения дуги составляет два-три полупериода тока. Естественно, это нежелательно, т.к. увеличивается износ контактов, но с этим приходится мириться, чтобы не усложнять конструкцию. При более высоких напряжениях и токах необходимость усложнения конструкции заземлителя все-таки назревает, т.к. дуга уже не гасится за этот промежуток времени и требуются меры принудительного воздействия для ее гашения.
Известна конструкция заземлителя (Заявка DE №3542100, класс H02B 13/075, опубл. 04.06.1987 г.), включающего неподвижный розеточный контакт, полый подвижной контакт, составляющий одно целое с поршнем, который в свою очередь может перемещаться в цилиндрическом корпусе.
При замыкании контактов и возникновении на конечной стадии этой операции дуги поток газа, вызванный ростом давления в объеме горения этой дуги, поступает через полый подвижной контакт в подпоршневое пространство и создает дополнительную силу, ускоряющую его движение, тем самым сокращая время горения дуги и износ контактов. Это, конечно, положительно, но относится к операции «включение». При операции «размыкание контактов» (отключение) возникает дуга, вызванная уже наведенными токами. Если эти токи достигают сотни ампер, данное устройство не справляется с их отключением по причине отсутствия мер принудительного воздействия на дугу, что является его недостатком. Это исключает возможность использования устройства в КРУЭ, где наведенные токи составляют сотни ампер.
Прототипом предлагаемого заземлителя для КРУЭ является конструкция (заявка Японии №1307121(А), класс МПК: H01H 33/24, опубл. 12.12.1989 г.), содержащая устройство гашения дуги, состоящее из неподвижного (розеточного) контакта, подвижного цилиндрического контакта, размещенного соосно с неподвижным контактом, и экрана вокруг неподвижного контакта с центральным отверстием.
Центральное отверстие в экране является проходом для подвижного контакта и на краю экрана в месте прохода установлено дугоприемное кольцо из дугостойкого материала. Напряженность электрического поля на поверхности дугоприемного кольца выше таковой на поверхности экрана.
Указанное устройство отключает наведенные токи в десятки ампер при наведенном напряжении не более 2 кВ по той же причине, разобранной выше. Для расширения диапазона отключаемых наведенных токов необходимо увеличивать давление элегаза и скорость подвижного контакта, то есть усложнять привод и ограничивать область рабочих температур, что является недостатком устройства.
Технический результат при использовании предлагаемого решения заключается в сокращении времени горения дуги наведенного тока и расширении диапазона отключаемых наведенных токов до сотен ампер без увеличения скорости подвижного контакта.
Указанный результат достигается за счет того, что в заземлителе для КРУЭ, содержащем устройство гашения дуги, состоящее из неподвижного контакта, подвижного цилиндрического контакта, размещенного соосно с неподвижным контактом, и экрана вокруг неподвижного контакта с центральным отверстием, новым является то, что неподвижный контакт состоит из двух частей - цилиндрической и расширяющейся конической, при этом на конце конической части установлена изоляционная цилиндрическая вставка.
Использование неподвижного контакта, имеющего цилиндрическую и коническую части с установленной к ней изоляционной цилиндрической вставкой, позволяет сократить время горения дуги наведенного тока и отключать наведенные токи более 100А при наведенных напряжениях до 20 кВ, не увеличивая скорости подвижного цилиндрического контакта.
Пример конкретного исполнения устройства иллюстрируется фиг.1, и 2.
На фиг.1 - заземлитель во включенном положении
На фиг.2 - заземлитель в отключенном положении.
Заземлитель содержит устройство гашения дуги, которое состоит из неподвижного контакта 1, цилиндрического подвижного контакта 2, который размещен соосно с неподвижным контактом, и экрана 3 с центральным отверстием. Экран расположен вокруг неподвижного контакта, а отверстие служит для прохода подвижного контакта. Неподвижный контакт представляет собой конструкцию, которая имеет две части - цилиндрическую 4 и коническую 5 (фиг.1). На конце конической части неподвижного контакта установлена изоляционная цилиндрическая вставка 6. Подвижный цилиндрический контакт полый внутри и имеет разрезную торцевую часть 7.
Во время работы при подаче команды на размыкание контактов (отключение) подвижный контакт 2 из начального положения (фиг.1) доходит до точки «А» (фиг.2), где цилиндрическая часть 4 неподвижного контакта 1 переходит в коническую часть 5. В этой точке происходит размыкание контактов с возникновением дуги 8, которая электродинамическими силами перемещается по внутренней части конической поверхности неподвижного контакта из точки «А» в точку «Б», а затем, огибая изоляционную вставку 6, переходит на разрезную часть 7 подвижного цилиндрического контакта. В результате горения дуги увеличивается давление газа в объеме «С». Поток газа, возникший в результате повышения давления, дополнительно обдувает и прижимает дугу к поверхности изоляционной вставки. Соприкасаясь с изоляционной вставкой и испаряя ее, дуга отдает ей свою энергию, деионизируется и гаснет.
В результате время горения дуги в таком устройстве сокращается до одного полупериода тока за счет гарантированного контакта ее с внутренней поверхностью изоляционной вставки и дополнительного обдува потоком газа. Поэтому скорость подвижного контакта остается неизменной. В зависимости от конструкции дугогасящего устройства линейный размер изоляционной вставки 6 можно изменять, добиваясь наилучшего эффекта в гашении дуги.
Описанный заземлитель может использоваться в составе КРУЭ для подключения к заземленному контуру и отключения наведенных токов до нескольких сотен ампер при наведенных напряжениях до 20 кВ.