RU2207648C1 - Arc-control device for gas-filled high-voltage pufferbreaker - Google Patents

Abstract

FIELD: high-voltage circuit-opening devices. SUBSTANCE: pufferbreaker arc-control device has fixed power contact and movable contacts, auxiliary contacts of which one has nozzle, insulating nozzle, and L-shaped cylindrical insulating bushing that confines active oscillation and communicates with compression chamber space above piston through duct formed by inner cylindrical surface of insulating nozzle and outer cylindrical surface of L-shaped cylindrical bushing. Optimal parameters are chosen for insulating nozzle, L-shaped cylindrical bushing, and duct between them. EFFECT: enhanced operating reliability. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей. The invention relates to electrical engineering, namely to arcing devices of high-voltage gas-filled autocompression switches.

Известно дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [1] , в котором имеются главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло. A known extinguishing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch [1], in which there are main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle.

Недостатком данной конструкции является значительная мощность привода для функционирования выключателя при коммутации номинальных токов отключения, малое номинальное напряжение на один разрыв, что снижает надежность выключателя в эксплуатации. The disadvantage of this design is the significant drive power for the operation of the circuit breaker when switching rated tripping currents, a low rated voltage per gap, which reduces the reliability of the circuit breaker in operation.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [2], содержащее 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 внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки. Closest to this is the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch [2], containing the main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, a L-shaped cylindrical insulating sleeve that limits the self-generation cavity in the space upstream, and the outer surface of the self-generation chamber formed in the body of the insulating nozzle and connected to the above-piston volume of the compression chamber by a channel formed the inner cylindrical surface of the insulating nozzle and the outer cylindrical surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve.

Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации, что позволяет повысить давление вверх по потоку, а следовательно, увеличить массовый расход дугогасящей среды при отключении (в области нуля тока) и уменьшить нагрузку на привод. An increase in the efficiency of extinguishing during shutdown is ensured by using the self-generating effect, which allows increasing the pressure upstream, and therefore, increasing the mass flow rate of the extinguishing medium during shutdown (in the region of zero current) and reducing the load on the drive.

При увеличении номинального напряжения на разрыв для элегазовых выключателей сверхвысокого напряжения необходимо увеличить межконтактное расстояние, что сопровождается увеличением времени горения дуги, а следовательно, энергии дуги отключения, остаточный плазменный след которой после нуля тока находится в основном в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью изоляционного сопла, и становится недостаточным массовый расход среды к моменту гашения дуги в сторону горловины изоляционного сопла, при этом геометрия этого пространства и зазор h между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта определяет скорость восстановления электрической прочности в межконтактном промежутке и его предельную величину. With an increase in the nominal breaking voltage for ultra-high voltage gas-insulated circuit breakers, it is necessary to increase the intercontact distance, which is accompanied by an increase in the arc burning time and, consequently, the shutdown arc energy, the residual plasma trace of which, after zero current, is located mainly in the space bounded by the inner surface of the insulating nozzle, and the mass flow of the medium becomes insufficient by the time the arc is extinguished towards the neck of the insulating nozzle, while the geometry of this space nstva h and the gap between the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the movable arcing contact determines the rate of recovery of electric strength in the intercontact gap, and its limit value.

При увеличении номинального напряжения на разрыв параметры газового потока и эффективность взаимодействия его с остаточным следом дуги отключения в пространстве от зоны вверх по потоку вдоль внутренней полости изоляционного сопла к неподвижному дугогасительному контакту играют решающую роль при восстановлении межконтактной электрической прочности для коммутационного режима 100% при высоком уровне переходного восстанавливающегося напряжения. With an increase in the nominal tensile stress, the gas flow parameters and the efficiency of its interaction with the residual trace of the disconnection arc in the space from the zone upstream along the internal cavity of the insulating nozzle to the stationary arcing contact play a decisive role in restoring the intercontact electrical strength for a switching mode of 100% at a high level transient recovery voltage.

Оптимальное сочетание автокомпрессии с более объемной системой автогенерации, а также оптимизация зазора h между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта, направление потока в сторону горловины изоляционного сопла и оптимизация диффузорной ее части позволит при увеличении номинального напряжения на разрыв повысить отключающую способность выключателя без существенного увеличения времени отключения и номинального давления в объеме выключателя. The optimal combination of autocompression with a larger autogeneration system, as well as optimization of the gap h between the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the movable arcing contact, the direction of the flow towards the neck of the insulating nozzle and the optimization of its diffuser part will increase Breaking capacity of the circuit breaker without significantly increasing the tripping time and the rated pressure in the circuit breaker volume i.

Задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных параметров дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации. The task of the invention is to select the optimal parameters of the arcing device, ensuring the reliability of the operation of the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch in operation.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительном устройстве 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 внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической втулки, канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа φ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром

где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L_i длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полу углами δ, γ, β для калибров

диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - 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,

где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the gas-filled autocompression circuit breaker device containing main contacts, gas-quenching contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, an L-shaped cylindrical insulating sleeve that limits the self-generation cavity in the upstream space, and the outer surface of the self-generation chamber formed in the body of the insulating nozzle and connected to the above-piston volume of the compression chamber by a channel formed in morning cylindrical surface of the L-shaped cylindrical sleeve, a channel formed by the inner extremity of the inlet portion of the insulating nozzle and the outer extremity of the T-shaped T-shaped cylindrical insulating sleeve, is formed with an angle φ in the gas flow direction of the insulating nozzle throat with the caliber

where d _u is the diameter of the neck of the insulating nozzle, L _{i is the} length of the neck of the insulating nozzle, with internal half angles δ, γ, β for calibers

the diffuser part of the insulating nozzle, where L _i is the length of the diffuser part of the insulating nozzle for section i, where i are 2, 3, 4, respectively, while the relations 0 <φ <30, 6 <δ <20, 0 <γ <10, 0 <β <20,

where h is the gap between the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the arcing contact with the nozzle.

Нам не известны дугогаснтельные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпресснонных выключателей, в которых надежность функционирования дугогасительного устройства при повышенных напряжении на разрыв и номинальном токе отключения осуществляется за счет конструкции где канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки выполнен с углом потока газа φ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром

, где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L_i длина горловины изоляционного сопла с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров

диффузорной части изоляционного сопла, где L_i 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,

где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической и изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.We are not aware of arc-suppression devices of high-voltage gas-filled autocompression switches, in which the operation of the arcing device with increased breaking voltage and rated breaking current is ensured by the design where the channel formed by the inner tip of the input part of the insulating nozzle and the outer L-shaped tip of the L-shaped cylindrical insulation bushings made with a gas flow angle φ towards the neck of the insulating nozzle with caliber

where d _u is the diameter of the neck of the insulating nozzle, L _{i is the} length of the neck of the insulating nozzle with internal half-angles δ, γ, β for calibers

the diffuser part of the insulating nozzle, where L _{i is the} length of the diffuser part of the insulating nozzle for section i, where i = 2, 3, 4, respectively, while the relations 0 <φ <30, 6 <δ <20, 0 <γ <10, 0 <β <20,

where h is the gap between the inner surface of the L-shaped cylindrical and insulating sleeves and the outer surface of the arcing contact with the nozzle.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в момент отключения, А - изоляционное сопло с внутренними полууглами δ, γ, β; Б - канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки с углом потока газа φ.
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, изоляционное сопло 6, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку 7, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью подвижного дугогасительного контакта 3 камеру автодутья, при этом втулка 7 ограничивает внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью - камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия 8 каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.The drawing shows the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch at the time of shutdown, A - insulating nozzle with internal half-angles δ, γ, β; B - channel formed by the inner tip of the inlet part of the insulating nozzle and the outer L-shaped tip of the L-shaped cylindrical insulating sleeve with a gas flow angle φ.
The arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch contains the main fixed 1 and movable 2 contacts, a movable arcing contact 3, a fixed piston 4, a fixed arcing contact 5, an insulating nozzle 6, an L-shaped cylindrical insulating sleeve 7, the inner surface of which forms with the outer cylindrical surface of the movable of the arcing contact 3 of the auto-blowing chamber, while the sleeve 7 limits the cavity of the self-generation in upstream, and the outer surface is a self-generation chamber formed in the body of the insulating nozzle and connected to the supra-piston volume of the compression chamber 8 by a channel formed by the inner cylindrical surface of the insulating nozzle and the outer cylindrical surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve.

Камера сжатия находится между подвижной системой выключателя, включающей в себя изоляционное сопло 6, главный подвижный контакт 2, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 и штоком привода (не показано) и неподвижным поршнем 4. The compression chamber is located between the movable system of the switch, including the insulating nozzle 6, the main movable contact 2, rigidly connected with the movable arcing contact 3 and the actuator rod (not shown) and the stationary piston 4.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом. The extinguishing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch operates as follows.

Отключение. При подаче команды на отключение перемещается подвижная система выключателя с главным подвижным контактом 2, подвижным дугогасительным контактом 3 и изоляционным соплом 6 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. После размыкания дугогасительных контактов 3 и 5 электрическая дуга горит в полости автогенерации между дугогасительными контактами 3 и 5 во внутренней поверхности изоляционного сопла 6. В полости автогенерации за счет энергии излучение, воздействующее на внутреннюю поверхность изоляционного сопла 6 и внутреннюю поверхность как оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7, так и внутренней изоляционной поверхности камеры автодутья, а также на внутреннюю поверхность камеры автогенерации, возникает значительный эффект автогенерации, связанный с абляцией изоляционных стенок и возникновением массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в межконтактном промежутке 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 8 через канал, и далее через сопло подвижного дугогасительного контакта 3 и изоляционное сопло 6 в общий объем выключателя с повышенным массовым расходом дугогасящей среды, что повышает эффективность дугогашения. Shutdown. When a shutdown command is issued, the movable circuit-breaker system moves with the main movable contact 2, the movable arcing contact 3 and the insulating nozzle 6 from top to bottom. First, the main contacts 1,2 open, then the current is transferred to the contact zone of the arcing contacts of the stationary 5 and movable 3. As the moving system of the switch relative to the stationary piston 4, gas, for example, SF6 gas, is compressed in the compression chamber. After the interrupter contacts 3 and 5 open, the electric arc burns in the self-generation cavity between the interrupter contacts 3 and 5 in the inner surface of the insulating nozzle 6. In the autogenous cavity, the radiation acting on the inner surface of the insulating nozzle 6 and the inner surface as the tip of a L-shaped cylindrical insulating sleeve 7, and the inner insulating surface of the auto-blowing chamber, as well as on the inner surface of the self-generating chamber, there is a significant effect av ogeneratsii associated with ablation of insulating walls and the occurrence of the mass flow of the vapor phase, which leads to a pressure increase in the intercontact gap and expendable effect, limiting access arc quenching medium in contact gap in the maximum current to be interrupted. At the moment the current passes through zero, the gas flow is restored from the compression chamber 8 through the channel, and then through the nozzle of the movable arcing contact 3 and the insulating nozzle 6 into the total volume of the circuit breaker with an increased mass flow rate of the extinguishing medium, which increases the efficiency of the extinguishing.

Включение. При включении выключателя вначале имеется контактирование подвижного дугогасительного контакта 3 с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1, 2. Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при повышенном напряжении на разрыв (при ограничении мощности привода) и оптимизации достигается за счет конструкции, в которой канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа φ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром

где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла L₁ - длина горловины изоляционного сопла (см. чертеж, Б), с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров

диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - длина диффузорной части изоляционного сопла для участка i, где i=2, 3, 4 (см. чертеж, А) соответственно, при этом выполняются соотношения 0<φ<30, 6<δ<20, 0<

<10, 0<β<20,

где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта, выполненного в виде сопла.Turning on. When the circuit breaker is turned on, there is first contacting the movable arcing contact 3 with the arcing contact 5, and then the main contacts 1, 2. The studies performed show that the solution to the problem of increasing the breaking capacity with increased breaking voltage (with limiting drive power) and optimization is achieved due to the design in which the channel formed by the inner end of the input part of the insulating nozzle and the outer L-shaped tip of the L-shaped cylindrical insulating sleeve, full with gas flow in the direction of angle φ of the neck of the insulating nozzle caliber

where d _u is the diameter of the neck of the insulating nozzle L ₁ is the length of the neck of the insulating nozzle (see drawing, B), with internal half-angles δ, γ, β for calibers

the diffuser part of the insulating nozzle, where L _i is the length of the diffuser part of the insulating nozzle for section i, where i = 2, 3, 4 (see drawing, A), respectively, while the relations 0 <φ <30, 6 <δ <20 0 <

<10, 0 <β <20,

where h is the gap between the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the arcing contact, made in the form of a nozzle.

Литература
1. Патент Швейцарии, ВВС 519238, H 01 H 33/91, 1972.Literature
1. Swiss patent, Air Force 519238, H 01 H 33/91, 1972.

2. Патент РФ 2168789 C1, H O1 H 33/91, 2000. 2. RF patent 2168789 C1, H O1 H 33/91, 2000.

Claims (1)

Дугогасительное устройство газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащее 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 внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической втулки, отличающееся тем, что в устройстве канал, образованный внутренней оконечностью входной части изоляционного сопла и внешней Г-образной оконечностью цилиндрической изоляционной втулки, выполнен с углом потока газа φ в сторону горловины изоляционного сопла с калибром

где d_u - диаметр горловины изоляционного сопла, L₁ - длина горловины изоляционного сопла, с внутренними полууглами δ, γ, β для калибров

диффузорной части изоляционного сопла, где L_i - 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,

где h - зазор между внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью дугогасительного контакта с соплом.The gas-filled autocompression circuit breaker device containing main contacts, gas-extinguishing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, an L-shaped cylindrical insulating sleeve, limiting the inner end of the self-generation cavity in space upstream, and the outer surface of the self-generation chamber formed in the body of the insulating nozzles and connected to the above-piston volume of the compression chamber by a channel formed by the inner cylindrical surface of the insulating the nozzle and the outer cylindrical surface of the L-shaped cylindrical sleeve, characterized in that in the device the channel formed by the inner end of the input part of the insulating nozzle and the outer L-shaped end of the cylindrical insulating sleeve is made with a gas flow angle φ towards the neck of the insulating nozzle with caliber

where d _u is the diameter of the neck of the insulating nozzle, L ₁ is the length of the neck of the insulating nozzle, with inner half angles δ, γ, β for calibers

the diffuser part of the insulating nozzle, where L _i is the length of the diffuser part of the insulating nozzle for section i, where i = 2, 3, 4, respectively, while the following relations are satisfied:
0 <φ <30;
6 <δ <20;
0 <γ <10;
0 <β <20,

where h is the gap between the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the arcing contact with the nozzle.