RU2226303C1 - Sulfur hexafluoride load-breaking isolator - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering, high-voltage switching equipment. SUBSTANCE: invention is targeted for development of simple and reliable structure of sulfur hexafluoride load-breaking isolator, reduced energy consumption by drive mechanism, decreased manufacturing cost of isolator. Proposed sulfur hexafluoride load-breaking isolator has frame, arc-arresting mobile and immobile contacts and insulation nozzle. Novelty of approach lies in connection of insulation nozzle with immobile contact and in manufacture of mobile arcarresting contact with central and at least one side holes. Relation of distance L₁ from plane of butt of immobile contact to edge of horizontal section of insulation nozzle and distance L₂ from plane of butt of immobile contact to farthest edge of side hole in mobile contact lies in range from 1.3 to 2.0 not more. In addition isolator includes insulation bushing arranged inside immobile contact. EFFECT: development of simple and reliable structure of hexafluoride load-breaking isolator. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной аппаратуре высокого напряжения.The invention relates to electrical engineering, namely to high voltage switching equipment.

Выключатель нагрузки предназначен для отключения только токов нагрузки, которые обычно составляют сотни ампер, в большинстве случаев это 400-630 А при cos φ=0,7, и должен иметь простую, надежную и недорогую конструкцию.The load switch is designed to disconnect only the load currents, which are usually hundreds of amperes, in most cases it is 400-630 A at cos φ = 0.7, and should have a simple, reliable and inexpensive design.

Известны элегазовые выключатели нагрузки автокомпрессионного типа, в которых гашение коммутационной дуги происходит за счет ее обдува газом, сжимаемым в объеме между подвижным цилиндром и неподвижным поршнем при операции отключения [1]. Недостатком такой конструкции является наличие дополнительных элементов: компрессионной камеры с подвижным цилиндром и неподвижным поршнем, что усложняет конструкцию выключателя нагрузки, а кроме того, необходимость сжатия газа требует применения приводов с повышенной энергоемкостью.Known are gas-insulated autocompression load circuit breakers in which the switching arc is extinguished by blowing it with gas compressed in the volume between the movable cylinder and the stationary piston during the shutdown operation [1]. The disadvantage of this design is the presence of additional elements: a compression chamber with a movable cylinder and a fixed piston, which complicates the design of the load switch, and in addition, the need for gas compression requires the use of drives with high energy intensity.

Известны также элегазовые выключатели нагрузки, использующие для уменьшения энергии привода дугогасительные устройства комбинированного типа. Так, в [2] использовано комбинированное воздействие на дугу: малые токи отключаются за счет дутья в объем разряжения; большие - за счет автогенерации, т.е. за счет повышения давления газа вследствие энергии, выделяемой самой коммутационной дугой; в случае промежуточных токов дуга гасится дополнительным потоком газа из небольшого вспомогательного компрессионного устройства. Недостатком данной конструкции является ее сложность (из-за наличия поршневого устройства и подвижного компрессионного цилиндра, объемов сжатия и разряжения), а также все-таки достаточно большая энергоемкость привода, необходимая для сжатия газа в компрессионном цилиндре.SF6 circuit breakers are also known, which use combined type arc extinguishing devices to reduce drive energy. So, in [2], a combined effect on the arc was used: small currents are switched off due to the blast in the discharge volume; large - due to auto-generation, i.e. due to an increase in gas pressure due to the energy released by the switching arc itself; in the case of intermediate currents, the arc is extinguished by an additional stream of gas from a small auxiliary compression device. The disadvantage of this design is its complexity (due to the presence of a piston device and a movable compression cylinder, compression and discharge volumes), as well as a rather high energy consumption of the drive, which is necessary for gas compression in the compression cylinder.

Наиболее близким к предлагаемому решению является элегазовый выключатель нагрузки с автогенерирующим принципом гашения дуги [3], не содержащий компрессионого устройства и не требующий, соответственно, привода с повышенной энергоемкостью. Выключатель содержит главные и дугогасительные контакты, а также сопло, расположенное на главном подвижном контакте. Внутри сопла предусмотрена замкнутая полость, образованная стенками сопла и перегородкой в основании подвижного главного контакта, на котором установлен розеточный дугогасительный контакт. Образующаяся при размыкании дугогасительных контактов дуга некоторое время горит в замкнутой полости внутри сопла, в результате чего давление газа там возрастает. После отхода сопла от неподвижного дугогасительного контакта поток газа устремляется через горловину сопла из полости сопла наружу, обдувая горящую между дугогасительными контактами дугу.Closest to the proposed solution is a gas-insulated load switch with the self-generating principle of arc extinction [3], which does not contain a compression device and does not require, respectively, a drive with increased energy consumption. The switch contains the main and arcing contacts, as well as a nozzle located on the main movable contact. Inside the nozzle, a closed cavity is provided, formed by the walls of the nozzle and a partition at the base of the movable main contact, on which an outlet arcing contact is installed. The arc formed by opening the arcing contacts for some time burns in a closed cavity inside the nozzle, as a result of which the gas pressure increases there. After the nozzle leaves the stationary arcing contact, the gas flow rushes through the nozzle neck from the nozzle cavity to the outside, blowing the arc burning between the arcing contacts.

Недостатком данной конструкции выключателя нагрузки является наличие двух пар контактов - главных и дугогасительных, а также достаточно массивного подвижного узла, включающего сопло и систему с главным и дугогасительным подвижными контактами.The disadvantage of this design of the load switch is the presence of two pairs of contacts - the main and arcing, as well as a sufficiently massive moving unit, including a nozzle and a system with the main and arcing moving contacts.

Это требует увеличения энергоемкости приводного устройства, усложняет конструкцию и приводит к удорожанию выключателя нагрузки. Кроме того, достаточно длительное время - до открытия горловины сопла при выходе из нее неподвижного дугогасительного контакта - дуга, возникающая между дугогасительными контактами, не подвергается обдуву газом, что ухудшает условия для ее успешного гашения, а при достаточно большом объеме в полости внутри сопла создаются трудности в гашении дуги не очень больших токов, так как нарастание давления газа может оказаться недостаточным.This requires an increase in the energy intensity of the drive device, complicates the design and leads to an increase in the cost of the load switch. In addition, for a sufficiently long time — until the nozzle neck opens when the stationary arcing contact exits from it — the arc arising between the arcing contacts is not subjected to gas blowing, which worsens the conditions for its successful extinction, and difficulties are created with a sufficiently large volume in the cavity inside the nozzle in quenching the arc is not very high currents, since the increase in gas pressure may be insufficient.

Целью изобретения является создание простой и надежной конструкции элегазового выключателя нагрузки, снижение энергоемкости приводного механизма, снижение стоимости выключателя нагрузки.The aim of the invention is to create a simple and reliable design of a gas-insulated load switch, reducing the energy consumption of the drive mechanism, reducing the cost of the load switch.

Указанная цель достигается тем, что в выключателе нагрузки, содержащем корпус, дугогасительные подвижный и неподвижный контакты, а также изоляционное сопло, указанное изоляционное сопло связано с неподвижным контактом, а подвижный дугогасительный контакт выполнен с центральным и, по меньшей мере, с одним боковым отверстиями, при этом при включенном положении контактов расстояние L₁ от плоскости торца неподвижного контакта до края горизонтального участка изоляционного сопла и расстояние L₂ от плоскости торца неподвижного контакта до наиболее удаленного края бокового отверстия в подвижном контакте находятся между собой в отношении не менее 1,3 и не более 2, кроме того, внутри неподвижного контакта имеется изоляционная втулка, ограничивающая объем полости внутри изоляционного сопла.This goal is achieved by the fact that in the load switch containing the housing, arcing movable and fixed contacts, as well as an insulating nozzle, said insulating nozzle is connected with a fixed contact, and the movable arcing contact is made with a central and at least one side holes, in this case, when the contacts are turned on, the distance L ₁ from the plane of the end face of the stationary contact to the edge of the horizontal section of the insulating nozzle and the distance L ₂ from the plane of the end face of the stationary contact to and at the most distant edge of the side hole in the movable contact, there are at least 1.3 and no more than 2 relative to each other, in addition, there is an insulating sleeve inside the stationary contact that limits the volume of the cavity inside the insulating nozzle.

Указанные признаки отсутствуют в известных решениях.The indicated features are absent in the known solutions.

На чертеже представлено дугогасительное устройство предложенного выключателя нагрузки во включенном (сверху от оси) и отключенном (снизу от оси) положениях. Здесь 1 - подвижный стержневой дугогасительный контакт, 2 - неподвижный ламельный дугогасительный контакт, 3 - изоляционное сопло, 4 - центральное отверстие (цилиндрический канал) в подвижном стержневом дугогасительном контакте, 5 - боковое отверстие в подвижном дугогасительном контакте, 6 - изоляционная втулка (вкладыш), 7 - корпус выключателя, L₁ - расстояние от плоскости торца неподвижного ламельного контакта до края горизонтального участка изоляционного сопла, L₂ - расстояние от плоскости торца неподвижного контакта до наиболее удаленного края бокового отверстия подвижного контакта.The drawing shows the arcing device of the proposed load switch in the on (above the axis) and off (below the axis) positions. Here 1 is a movable rod arcing contact, 2 is a stationary lamella arcing contact, 3 is an insulating nozzle, 4 is a central hole (cylindrical channel) in a movable rod arcing contact, 5 is a side hole in a movable arcing contact, 6 is an insulating sleeve (insert) 7 - the switch housing, L ₁ - distance from the plane of the end face of the fixed lamellar contact to the horizontal portion of the edge of the insulating nozzle, L ₂ - distance from the plane of the fixed contact up to the outermost end to Single side movable contact holes.

Выключатель нагрузки работает следующим образом. В процессе отключения между подвижным 1 и неподвижным 2 дугогасительными контактами возникает электрическая дуга. В замкнутом объеме внутри изоляционного сопла 3 происходит рост давления газа за счет энергии, выделяющейся в дуге.The load switch operates as follows. During the disconnection process, an electric arc arises between the movable 1 and the fixed 2 arcing contacts. In a closed volume inside the insulating nozzle 3, an increase in gas pressure occurs due to the energy released in the arc.

После прохождения подвижным контактом расстояния, равного 15-30% хода от момента размыкания контактов до выхода подвижного контакта 1 из цилиндрической части сопла 3, что соответствует отношению указанных расстояний L₁ и L₂ в пределах 1,3 ≤ L₁/L₂ ≤ 2, боковые отверстия 5 в подвижном контакте 1 выходят за край горизонтального участка изоляционного сопла 3, и газ с повышенным давлением, накопившийся в замкнутом объеме, начинает через центральное отверстие 4 в подвижном контакте 1 и боковые отверстия 5 истекать наружу. Образующийся поток газа обдувает при этом горящую между контактами дугу и создает благоприятные условия для ее гашения. По мере движения подвижного контакта внутри изоляционного сопла продолжается рост давления внутри сопла и одновременно происходит дутье газа через отверстия 4 и 5 в подвижном контакте, что приводит к гашению дуги в соответствующий нуль тока. Для уменьшения объема внутри сопла, где накапливается энергия, выделяемая дугой, и обеспечения необходимого для гашения дуги роста давления газа внутри неподвижного контакта имеется изоляционная втулка 6.After the moving contact passes a distance equal to 15-30% of the stroke from the moment the contacts open to the exit of the moving contact 1 from the cylindrical part of the nozzle 3, which corresponds to the ratio of the indicated distances L ₁ and L ₂ within 1.3 ≤ L ₁ / L ₂ ≤ 2 , the side holes 5 in the movable contact 1 extend beyond the edge of the horizontal portion of the insulating nozzle 3, and the high-pressure gas accumulated in the closed volume starts through the central hole 4 in the movable contact 1 and the side openings 5 flow out. The resulting gas stream blows around the arc burning between the contacts and creates favorable conditions for its extinction. As the movable contact moves inside the insulating nozzle, the pressure inside the nozzle continues to increase and at the same time gas is blown through holes 4 and 5 in the movable contact, which leads to the extinction of the arc to the corresponding zero current. To reduce the volume inside the nozzle, where the energy released by the arc is accumulated, and to ensure the increase in gas pressure necessary for extinguishing the arc, there is an insulating sleeve 6 inside the stationary contact.

При отношении L₁/L₂<1,3 боковые отверстия 5 в подвижном контакте 1 выходят за край горизонтального участка изоляционного сопла 3 до прохождения подвижным контактом 15% хода от момента размыкания контактов до выхода из горизонтальной части сопла 3. Рано открывающееся истечение газа не позволяет давлению внутри полости сопла достигнуть величины, необходимой для успешного гашения дуги, и приводит к уменьшению отключающей способности выключателя нагрузки.When the ratio L ₁ / L ₂ <1.3, the side holes 5 in the movable contact 1 extend beyond the edge of the horizontal portion of the insulating nozzle 3 until the movable contact passes 15% of the stroke from the moment the contacts open to exit the horizontal part of the nozzle 3. The gas does not open early allows the pressure inside the nozzle cavity to reach the value necessary for successful arc extinction, and reduces the breaking capacity of the load switch.

При отношении L₁/L₂>2 боковые отверстия 5 в подвижном контакте 1 открываются после прохождения подвижным контактом 30% хода от момента размыкания контактов до выхода из горизонтальной части сопла 3. Это приводит к тому, что достаточно длительное время коммутационная дуга не подвергается обдуву газа через центральное и боковые отверстия подвижного контакта. Это ухудшает условия гашения дуги и приводит к уменьшению отключающей способности выключателя нагрузки.When the ratio L ₁ / L ₂ > 2, the side holes 5 in the movable contact 1 open after the movable contact passes through 30% of the stroke from the moment the contacts open to exit the horizontal part of the nozzle 3. This leads to the fact that the switching arc is not subjected to blowing for a sufficiently long time gas through the central and side openings of the movable contact. This worsens the conditions for extinguishing the arc and leads to a decrease in the breaking capacity of the load switch.

Экспериментальные исследования, проведенные на макете, показали, что предлагаемая конструкция выключателя нагрузки может отключать токи нагрузки до 630 А при времени горения дуги, не превышающем двух полупериодов переменного тока промышленной частоты. При этом малые токи гасятся в основном за счет простого растяжения дуги, а токи большой величины - за счет быстрого роста давления до необходимого уровня и обдува дуги потоком газа через отверстия в подвижном дугогасительном контакте.Experimental studies conducted on the prototype showed that the proposed design of the load switch can turn off the load currents up to 630 A when the arc burn time does not exceed two half-periods of alternating current of industrial frequency. In this case, small currents are suppressed mainly due to simple arc stretching, and large currents due to the rapid increase in pressure to the required level and blowing the arc with a gas stream through openings in a movable arcing contact.

Преимуществом предлагаемой конструкции является ее простота и надежность, уменьшение необходимой энергии привода, уменьшение стоимости выключателя нагрузки.The advantage of the proposed design is its simplicity and reliability, reducing the required drive energy, reducing the cost of the load switch.

Источники информации Sources of information

1. RM6 range ring main units 3 to 24 kV. Каталог фирмы Merlin Gerin-Schneider Electric SA-05/95-AC0327E.1. RM6 range ring main units 3 to 24 kV. Merlin Gerin-Schneider Electric catalog SA-05/95-AC0327E.

2. Патент США № 5023415, НКИ 200-148R, МКИ Н 01 Н 33/82, опубл. 06.11.1991.2. US patent No. 5023415, NKI 200-148R, MKI N 01 N 33/82, publ. 11/06/1991.

3. Заявка Японии № 1298619, МКИ Н 01 Н 33/98, 33/12, опубл. 01.12.1989.3. Japanese application No. 1298619, MKI N 01 N 33/98, 33/12, publ. 12/01/1989.

Claims (2)

1. Элегазовый выключатель нагрузки, содержащий корпус, дугогасительные подвижный и неподвижный контакты, а также изоляционное сопло, отличающийся тем, что изоляционное сопло связано с неподвижным контактом, а подвижный дугогасительный контакт выполнен с центральным и, по меньшей мере, с одним боковым отверстием, при этом при включенном положении контактов расстояние L₁ от плоскости торца неподвижного контакта до края горизонтального участка изоляционного сопла и расстояние L₂ от плоскости торца неподвижного контакта до наиболее удаленного края бокового отверстия в подвижном контакте находятся между собой в соотношении не менее 1,3 и не более 2.1. Gas-insulated switch of loading, comprising a housing, movable and fixed contacts, and an insulation nozzle, characterized in that the insulation nozzle is connected to a fixed contact, and the movable arresting contact is made with a central and at least one side opening, this contact position when the distance L ₁ from the plane of the stationary contact face to the horizontal portion of the insulating nozzle edge and the distance L ₂ from the end plane of the stationary contact to farthest th edge of the lateral opening in the movable contact are interconnected in a ratio of not less than 1.3 and not more than 2. 2. Выключатель нагрузки по п.1, отличающийся тем, что внутри неподвижного контакта имеется изоляционная втулка, ограничивающая объем полости внутри изоляционного сопла.2. The load switch according to claim 1, characterized in that there is an insulating sleeve inside the stationary contact that limits the volume of the cavity inside the insulating nozzle.

Images