WO2017184024A1 - Высоковольтный выключатель-преобразователь и способ его функционирования - Google Patents

Высоковольтный выключатель-преобразователь и способ его функционирования Download PDF

Info

Publication number
WO2017184024A1
WO2017184024A1 PCT/RU2017/000158 RU2017000158W WO2017184024A1 WO 2017184024 A1 WO2017184024 A1 WO 2017184024A1 RU 2017000158 W RU2017000158 W RU 2017000158W WO 2017184024 A1 WO2017184024 A1 WO 2017184024A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gap
voltage
segment
inter
arc
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000158
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2017184024A4 (ru
Inventor
Анатолий Михайлович КРИШТОП
Original Assignee
Анатолий Михайлович КРИШТОП
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Михайлович КРИШТОП filed Critical Анатолий Михайлович КРИШТОП
Publication of WO2017184024A1 publication Critical patent/WO2017184024A1/ru
Publication of WO2017184024A4 publication Critical patent/WO2017184024A4/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc

Definitions

  • the group of inventions relates to the field of energy and can be used to create high-current high-voltage universal devices that can operate as a high-voltage high-speed switch of direct or alternating current, adjustable high-voltage inverter, as well as a high-voltage converter - rectifier and / or inverter various versions of converter plants for the connection of AC and DC power systems, as well as for the connection of AC power systems of different thought frequencies.
  • the principle of operation of these devices is based on the use of the characteristics of semiconductor devices, which allows you to create not only comm traditional devices, similar to the existing ones, with improved characteristics, but also devices with new capabilities.
  • the Electric Power Research Institute USA
  • PBTV semiconductor non-contact current-limiting circuit breaker
  • the created PBTV will be designed for a rated voltage of 138 kV, and for mass production it is planned to develop its analogues for medium and higher voltages up to 600 kV.
  • the cost of developing and manufacturing a prototype PBTV is estimated at about $ 400,000-500,000, and its implementation time will be 2-3 years [4].
  • circuit breakers of this type are the high overall cost and inability to use alternating current at voltages of more than 600 kV, as well as for designs of direct current circuit breakers. It is also known that the European companies ABB, Siemens and Alstom are intensively developing active high-voltage semiconductor switches for high-voltage direct current lines. Such an technique exists for alternating current, but there is no such technique for direct current, and high-voltage direct current circuit breakers are more complex in design, since they require some mechanism built into the switch to reset the current, otherwise an arc will form, and contact wear would be too large to allow reliable switching with the possibility of multiple connections to DC power lines to power individual consumers.
  • VTV high-voltage thyristor valves
  • VTV VTV
  • the overall complexity of the design including water cooling systems and fiber-optic control of thyristors and, as a consequence, low overall reliability, with the need for decommissioning to replace damaged VTV blocks
  • high the total cost of converter substations of this type, as well as technology is the economic inexpediency of using electrical installations with voltages above 1000 kV.
  • the closest in technical essence to the claimed technical solution and therefore adopted as a prototype is the copyright certificate for the invention of the USSR jV ° 120270 dated 06/21/1958 "Mercury valve" Author: L.S. Gorenburg.
  • the prototype consists of an anode, cathode, excitation anode, and an ionizer, which is a radioactive compound or element that creates the initial ionization necessary for the development of an arc discharge.
  • the disadvantages of the prototype are the high frequency of reverse ignitions and toxicity of mercury, the large size and complexity of cooling and control systems, as well as the lack of a modulation device for the magnitude of the arc gap, which does not allow the use of ionic devices of these types as universal high-voltage switching elements that can be used not only - in converter technology, but also in high-voltage circuit breakers.
  • the task of creating a simple, inexpensive, reliable and high-speed high-voltage switching device that can disconnect and turn on the load current for no more than one half-cycle of industrial frequency at voltages up to 2000 kV or more and which allows creating not only high voltage switches with improved characteristics of universal use for alternating and direct current systems, but also high-voltage switching devices with new features, which e can be used as separate adjustable rectifiers or inverters, as well as the main elements of converter bridges in various versions of converter installations for communication AC and DC power systems, as well as for connecting AC power systems of different industrial frequencies.
  • the objective of achieving the technical result to which the claimed group of inventions is directed is to create a simple, inexpensive, reliable and high-speed switching device capable of disconnecting and turning on the load current for no more than one half-period of industrial frequency at voltages up to 2000 kV or more , and allowing to create not only high-voltage circuit breakers with improved characteristics, universal use for alternating and direct current systems, but also high voltage switching devices with new capabilities that can be used as separate adjustable rectifiers or inverters and the main elements of converter bridges in various versions of converter plants for connecting DC and AC power systems, as well as for connecting AC power systems of different industrial frequencies.
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected filled with a cheap mixture of inert gases, consisting of compressed air, in which oxygen is converted into carbon dioxide to eliminate oxidative processes, containing an electromechanical module a torus of distance values in two inter-arc gaps, consisting of a common axis driven by an electric motor, on which two segments are mounted in antiphase, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, a brush unit of a switching unit, connected to the first high-voltage electrical input, and located, opposite the first segment, a stationary electrical contact of the first mezhgovogo gap connected to the second high-voltage electrical input, and on rotiv second segment, the second fixed electrical contact Me- zhdugovogo gap connected to a high voltage electrical administered third
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter, characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to the switching unit, the housing of which is filled with any known an inert gas or a mixture of inert gases containing an electromechanical modulator of the distance values in two interatomic gaps, consisting of a common axis, driven by the rotation of the electric motors a needle, on which two segments are mounted in antiphase, from a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, a brush device of a switching unit connected to the first high-voltage electrical input, and fixed electrical contact located opposite the first segment the first mid-gap, connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment, the stationary electrical contact of the second mid-gap, connected to temu high voltage electrical input, radioactive ionizer for electrical ignition of the arc in the first gap interarc radioactive
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected filled with a cheap mixture of inert gases, consisting of compressed air, in which oxygen is converted into carbon dioxide to eliminate oxidative processes, containing an electromechanical module a torus of distance values in two inter-arc gaps, consisting of a common axis driven by an electric motor, on which two segments are mounted in antiphase, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, a brush unit of a switching unit, connected to the first high-voltage electrical input, and located, opposite the first segment, the movable electrical contact of the first interstitial gap, with the ability to adjust the gap in the mid-gap between the proximity of the first segment, connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment, a movable electrical
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected is filled with any known inert gas or a mixture of inert gases containing an electromechanical modulator of distance values in two interatomic gaps, consisting of a common axis driven by rotation of an electric motor an element on which two segments are mounted in antiphase, made of an electrically conductive material with a low electrical resistance, in the form of a semicircle, a brush unit of a switching unit connected to the first high-voltage electrical input, and a movable electrical contact located opposite the first segment the first mid-gap, with the ability to adjust the gap in the mid-gap when approaching the first segment, connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment that, a movable electrical contact of the second mid-gap, having the ability to adjust
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected filled with a cheap mixture of inert gases, consisting of compressed air, in which oxygen is converted into carbon dioxide to eliminate oxidative processes, containing an electromechanical module a torus of distance values in four inter-gaps, consisting of a common axis, driven by an electric motor, on which two segments are mounted in antiphase, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, and located, opposite the first segment, stationary the electrical contact of the first interstitial gap connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment, the stationary electrical contact of the second interstitial gap connected to the third high-voltage electrical input, and located opposite the first segment, opposite to the first interstitial gap, a stationary electrical contact of the third interstitial
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected is filled with any known inert gas or a mixture of inert gases containing an electromechanical modulator of the distance values in four inter-gap spaces, consisting of a common axis, driven by the rotation of the electrode a needle, on which two segments are mounted in antiphase, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, and located, opposite the first segment, is a stationary electrical contact of the first interstitial gap connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment, a stationary electrical contact of the second mediannogo space connected to the third high-voltage electrical input, and located opposite the first segment, false to the first mid-gap, a fixed electrical contact of the third mid-gap connected to the first high
  • a universal high-voltage switch is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is connected filled with a cheap mixture of inert gases, consisting of compressed air, in which oxygen is converted into carbon dioxide to eliminate oxidative processes, containing an electromechanical module a torus of distance values in four inter-gaps, consisting of a common axis, driven by an electric motor, on which two segments are mounted in antiphase, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, and located opposite the first segment, movable an electrical contact of the first inter-gap, having the ability to adjust the gap in the inter-gap when the first segment is approaching, connected to the second high-voltage electrical input, and opposite to the second segment, a movable electrical contact of the second inter-gap, having the ability to adjust the gap in
  • a universal high-voltage circuit breaker is proposed - a converter characterized in that the unified phase or pole of which includes three high-voltage volt electrical inputs connected to a switching unit, the housing of which is filled with any known inert gas or a mixture of inert gases, containing an electromechanical modulator of the distance values in four inter-gap spaces, consisting of a common axis, driven by rotation by an electric motor, on which are fixed in antiphase two segments, of a conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, and located, opposite the first segment, a movable electrical contact of the first inter the arc gap, having the ability to adjust the gap in the mid-gap when approaching the first segment, connected to the second high-voltage electrical input, and opposite the second segment, the movable electrical contact of the second inter-arc gap, having the ability to adjust the gap in the middle gap when approaching the second segment, connected to the third high
  • segments of the electromechanical modulator of the distance values between the gaps are made in the form of a truncated semicircle.
  • Another difference in the design is that the axis of rotation of the electromechanical modulator of the distance between the gaps is driven by a synchronous AC electric motor, and an additional phase sequence control device is installed in the switching unit.
  • the next difference in the design is that the axis of rotation of the electromechanical modulator of the distance values in the two between-gap spaces is driven by an asynchronous AC electric motor.
  • the next difference in the design is that the axis of rotation of the electromechanical modulator of the distance values in the two inter-gaps is driven by a DC electric motor.
  • UVVP universal high-voltage switch - converter
  • UVVP systems of alternating and direct currents additionally, when using a phase rotation control device and a synchronous electric motor drive of an electromechanical modulator of the distance between the arcs, an electric circuit is prepared to be switched on to separate one direction of the input alternating current through UVVP on two output direct current directions of different polarity, or vice versa, for combining two input direct current directions of different polarity and through UVVP in one direction of the AC output.
  • the direct start of the processes of flowing and zeroing of electric direct or alternating current through a unified pole or phase of UVVP is carried out by pulses of radiation of radioactive ionizers for igniting an electric arc, which initiate the flow and zeroing of direct or alternating current with minimal gaps in the inter-gaps of the electromechanical modulator with a frequency equal to the industrial frequency, when controlling the phase of the alternating current, and this mode of operation of the air-blast furnace Started as a rectifier or inverter.
  • devices can be used as a high-voltage inverter in the electromechanical manipulator of the distance values between the gaps.
  • an additional frequency regulator can be used in the power supply circuit of the synchronous drive motor an electromechanical modulator of the distance between the spacings.
  • the unified poles of the UVVP can be connected by an axis, without a phase shift between the segments in the electromechanical modulators of the distance in the arcs between each pole of the UVVP, and to drive the electromechanical modulator of the distance values in the interstays, an asynchronous electric motor or a direct current electric motor with a rotation frequency of children UVVP determine the speed of the DC switch mode.
  • a converter installation is proposed, in the form of a variant of a high-voltage converter installation for coupling DC and AC power systems, characterized in that it includes at least one universal high-voltage switch - a converter, one regulating, matching autotransformer or an insulated neutral transformer and one high-voltage communication line.
  • a converter installation is proposed, in the form of a variant of a high-voltage converter installation for connecting AC power systems of different industrial frequencies, characterized in that it includes at least two universal high-voltage a voltage-voltage switch - converter, two regulating, matching auto transformers or transformers with insulated neutral and one high-voltage DC communication line.
  • FIG. 1 (a), (b), (c), (d) shows a functional diagram of a unified phase or pole of a universal high-voltage switch - converter (UVVP) of Fig. 1 (a), with options for the execution of the node the switching of FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c), and variants of the shape of a segment of electrically conductive material with low electrical resistance of FIG. 1 (d) ,.
  • UVVP universal high-voltage switch - converter
  • figure 1 (a) shows a functional diagram of a unified phase or pole UVVP, which contains the first high-voltage electrical input A1, the second high-voltage electrical input A2 and the third high-voltage electrical input A3 connected to the switching unit 3, s flange 5, the axis of the electromechanical modulator of the distance between the gaps, to which the synchronous motor 1 is mechanically connected through the insulating axis 2.
  • Figure 1 (b) shows a functional diagram of the electromechanical mode a unit of distance values in two interarch spaces, comprising a housing 3 in which the axis of rotation 4 is located, with side flanges 5 for integration with switching nodes of other phases or poles of the air-blasting device.
  • Two segments 7 are mounted on the axis of rotation 4 in antiphase, made of electrically conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, a brush apparatus 8 of switching unit 3 for connecting the first high-voltage electrical input A1, and located opposite to the first segment ment, a fixed electrical contact 6, of the first inter-gap, connected to the second high-voltage electrical input A2, and opposite the second segment, a fixed electrical contact 11 of the second inter-gap, connected minutes to a third high voltage electrical input A3, a radioactive ionizer 9 for ignition of the electric arc in the first gap interarc radioactive ionizer 10 for igniting the electric arc in the second gap interarc.
  • Figure 1 (c) shows a functional diagram of an electromechanical modulator of the distance values in four interatomic gaps, comprising a housing 3 in which the axis of rotation 4 is located, with side flanges 5 for integration with switching nodes of other phases or poles of UVWP.
  • Two segments 7 are fixed on the axis of rotation 4 in counter-phase, made of an electrically conductive material with low electrical resistance, in the form of a semicircle, and located, opposite the first segment, is a fixed electrical contact 6, of the first mid-gap, connected to the second high-voltage electrical input A2, and opposite the second segment, the fixed electrical contact 11 of the second mid-gap connected to the third high-voltage electrical input A3, as well as located opposite the first segment and, opposite to the first mid-gap, a stationary electrical contact 14, of the third mid-gap connected to the first high-voltage electrical input Al, and opposite the second segment, opposite the second mid-gap, a stationary electrical contact 17 of the fourth inter-gap, connected to the first high-voltage electrical input A1, a radioactive ionizer 9 for igniting an electric arc in the first inter-arc gap, radioactive an ionizer 10 for igniting an electric arc in the second mid-gap, a radioactive i
  • FIG. 2 presents the Assembly diagram of the three unified phases of UVVP, assembled into a common three-phase device, which can perform the functions of a three-phase high-voltage rectifier or inverter, as well as a high-speed high-voltage three-phase AC switch.
  • FIG. 2 presents the Assembly diagram of the three unified phases of UVVP, assembled into a common three-phase device, which can perform the functions of a three-phase high-voltage rectifier or inverter, as well as a high-speed high-voltage three-phase AC switch.
  • phase A with an electrical input of phase A1 for an alternating current main and with an electric + A2 inputs, connected to the + bus of the DC network and with an electrical input - A3, connected to the "-" bus of the DC network
  • phase B with electrical input of phase B1 for the alternating current network and with electrical inputs + B2, connected to the + bus of the DC network and with electrical input - 3 connected to the bus “-” of the direct current network and phase C with an electric input of phase C1 for the alternating current network and with electrical inputs + C2 connected to the bus “+” of the direct current network and with electric input - ⁇ , connected to the “-” bus of the DC network.
  • segments 7, made of an electrically conductive material with a low electrical resistance, in the form of a semicircle, in electromechanical modulators of distance values in two inter-gap spaces 3, of all three phases A, B and C, are interconnected by inserts of a common axis 2 with an angular shift of 120 degrees, in accordance with the drawing of figure 2 (b).
  • the angle of phase shift will be determined by the number of phases of the AC network.
  • the same version of the device can operate in the mode of a high-voltage AC circuit breaker when combining inputs + A2 and - A3 into a common phase A, + B2 and - B3 into a common phase B, + C2 and - C3 into a common phase C of an alternating current network.
  • the drawing of FIG. 1 The drawing of FIG. 1
  • FIG. 3 shows the layout of the installation at the substation of a three-phase version of the UVVP alternating current, which can perform the functions of a high-speed high-voltage three-phase switch or high-voltage converter (high-voltage inputs are not shown) and the described universal high-voltage switch - the converter contains a node switching phase 3 A, switching node 3 phase B, switching node 3 phase C, each of which contains an electromechanical modulator of distance values in two inter-gaps connected to a common axis 2, connected with a phase shift of 120 degrees for each switching unit, through the rotation of typical flange connections 5 connecting axial insulators 2, driven by rotation (main or backup) synchronous motors 1 connected to the common axis of rotation through the axial insulators 2, and the entire assembly structure is mounted on the supporting insulators 18 relative to the mounting surface 19.
  • FIG. 4 shows a cooling circuit for a three-phase version of a universal high-voltage switch - an AC converter (high-voltage inputs are not shown), where the switching nodes 3 of the three phases A, B and C, at the lower point, are connected by pipelines to the common collector 20 of cold inert gas and at the upper point, they are connected by pipelines to the common collector 24 of hot inert gas.
  • Cold inert gas is supplied via line 21, for example, from a standard system of receivers 4 MPa and high pressure cylinders 20 MPa - 22, into which inert gas is pumped by compressor compressors 23.
  • Hot inert gas from the common collector 24 is supplied through a pipe 26 to the heat exchanger 25 and then the cooled inert gas is supplied by compressors 23 to the standard receiver system 4 MPa and high pressure cylinders 20 MPa - 22, thus forming a closed cooling system expectations - inert gas recharge is only required to compensate for operational leaks.
  • FIG. Figure 5 shows a diagram of an embodiment of a bipolar high-speed DC high-voltage circuit breaker in which a switching node 3 poles plus and a switching node 3 poles minus are connected by axis 2, without phase shift between segments in electromechanical modulators of distance values in two inter-arc gaps relative to each pole of UVVP, the drive of which may be from a direct current electric motor 1 or an induction motor.
  • the high-voltage electrical input II and the high-voltage electrical input III are combined into a common electrical connection point IV at each pole of the high-voltage DC switch, the speed of which is determined by the speed of rotation of the electric motor 1.
  • FIG. 6 shows a diagram of an embodiment of a high-voltage converter for coupling DC and AC power systems, including a high-voltage direct current line 30 (VLPT), one UVVP 29 and a regulating, matching autotransformer 28, with an isolated neutral, substation an AC power system 27 and a DC power system substation 34.
  • VLPT high-voltage direct current line 30
  • UVVP 29 UVVP 29
  • regulating, matching autotransformer 28 with an isolated neutral, substation an AC power system 27 and a DC power system substation 34.
  • FIG. 7 shows a diagram of an embodiment of a high-voltage converter for coupling AC power systems of different industrial frequencies, including the VLPT 30, the first UVVP 29 and the first regulating, matching autotransformer 28, with an isolated neutral, the substation of the AC power system 27 of one industrial frequency , the second UVVP 31 and the second regulating, matching autotransformer 32, with isolated neutral, and the substation of the AC power system 33 of a different industrial frequency.
  • the cooling system of the switching nodes (Fig. 4) is filled with an inert gas under a pressure of 4 MPa, the most preferred inexpensive option, which is ordinary air, in which oxygen is converted to carbon dioxide to eliminate oxidative processes and a simple device is used for this, the inlet of the heat exchanger 25 (Fig. 4) has a natural gas burner with a igniter and an oxygen sensor, which, in the presence of oxygen, is automatically ignited and burns air oxygen (in the drawing of Fig.
  • the radioactive ionizers 9 and 10 (Fig. 1-b-) and synchronous (primary and backup) motors 1 (Fig. 3) are turned off and the rotation axis 2 (Fig. 3) is stopped.
  • the main synchronous electric motor 1 (Fig. 3)
  • the main synchronous electric motor 1 (Fig. 3) is pulled into synchronism, and the BAUKF controls the alternation and phase matching of the input voltage at the high-voltage inputs A1, B1, C1 (Fig.
  • the synchronous position of the copper segment 7 near the fixed contact 6 should correspond to the passage of positive half-periods of alternating voltage at the high-voltage input A1
  • the synchronous position of the antiphase the copper segment 7 near the fixed contact 11 should correspond to the passage of negative half-periods of alternating voltage at the high-voltage input A1. If the phase rotation does not match, the BAUKF removes the excitation current for a certain time from the synchronous electric motor 1 (Fig.
  • the BAUKF gives a signal of readiness to turn on the high-voltage converter (rectifier - inverter).
  • the radioactive ionizers 9 and 10 (Fig.
  • 2-a- forms a negative busbar of the high-voltage voltage of the variant used as a high-voltage converter (rectifier - inverter).
  • the described device is reversible and can be used as a rectifier or inverter, as well as as part of a high-voltage converter for coupling AC and DC power systems or as part of a high-voltage converter for coupling AC systems of different industrial frequencies.
  • electromechanical modulators of the distance values in four inter-gap intervals (Fig. 1-e) can be used and the algorithm of the entire device is similar to that described above.
  • devices capable of adjusting the gap in the mid-gap can be used as a high-voltage inverter in the electromechanical manipulator of the distance between the gaps, and additional semiconductor switching elements can be connected in series to the output contacts to control the shape of the output voltage and current, and if necessary, control the frequency of the output alternating current in the inverter mode, an additional ulyator frequency in the power circuit of the synchronous motor drive electromechanical modulator interarc distance values in between.
  • the outputs of the second and third high-voltage electrical inputs of each unified phase of the UVVP (Fig.
  • the speed of such a switch will be no more than one half-period of industrial frequency.
  • the drive of the electromechanical modulator of the distance between the gap between the segments is connected without phase shift of the segments and the terminals of the second and third high-voltage electrical inputs of each unified pole of the UVVP .
  • the operation of the high voltage converter for coupling DC and AC power systems is as follows.
  • the switching devices of the substation of the AC power system 27 and the substation of the DC power system 34 are turned off.
  • AC voltage is supplied to the regulating, matching autotransformer 28, with an isolated neutral, to the disconnected UVVP 29.
  • the UVVP 29 which performs the functions of a reversible three-phase high-voltage rectifier or inverter, thereby supplying DC voltage to the VLPT 30 to the disconnected switching devices of the substation of the DC power system 34.
  • the voltage on the VLPT 30 is set equal to the voltage on the buses of the substation of the DC power system 34, and then by switching on the switching devices of the substation of the DC power system 34, the high-voltage conversion unit is closed in transit for communication of the DC power systems and alternating current.
  • the magnitude and direction of the power flow is regulated by the on-load tap-changer, on a regulating, matching autotransformer 28, with an isolated neutral.
  • the operation of a high voltage converter for connecting AC power systems of different industrial frequencies is carried out as follows in a general way.
  • the switching devices of the substation of the AC power system 27 of one industrial frequency and the substation of the AC power system of 33 other industrial frequency are disconnected.
  • the alternating current voltage is supplied to the regulating matching autotransformer 28, with an isolated neutral, to the disconnected UVVP 29.
  • the switching devices of the substation of the substation of the alternating current power system 33 other voltage alternating current to the regulating, matching autotransformer 32, with isolated neutral, to the disconnected UVVP 31.
  • the magnitude and direction of the power flow, as well as the operating mode of both the air-exhaust devices performing the functions of a reversible three-phase high-voltage rectifier or inverter, are regulated by the on-load tap-changer, on the regulating, matching autotransformer 28, with an isolated neutral and on-load tap-changer, on the regulating, matching autotransformer 32, with isolated neutral.
  • the preferred inexpensive option is ordinary air, in which oxygen is converted to carbon dioxide to eliminate oxidative processes and which is much cheaper than elec- , inexpensive, reliable and high-speed high-voltage switching device, capable of disconnecting and turning on the load current for a period of not more than one floor period of the power frequency voltage at SRI to 2000 kV or more, and allows to create not only high vyklyucha- Teli with improved characteristics for the universal use of alternating current and direct current, but also high-voltage switching devices with new possibilities styami.
  • a technical result is achieved in the group of inventions, which consists in creating a simple, inexpensive, reliable and high-speed high-voltage switching device that can turn on and off load current for no more than one half-cycle of industrial frequency at voltages up to 2000 kV or more and allowing to create not only high-voltage circuit breakers with improved characteristics of universal use for alternating and direct current systems, but also high-voltage switching devices with new capabilities that can be used as separate adjustable rectifiers or inverters and main elements of converter bridges in various versions of converter plants for connection to the energy systems of direct and alternating current, as well as power systems for communication AC industrial PARTICULAR different frequencies.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Группа изобретений охватывает более десятка возможных вариантов конструкций простого, недорогого, надежного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключатели с улучшенными характеристиками универсального использования для систем переменного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируемых выпрямителей или инверторов, а также главных элементов преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ
ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Группа изобретений относится к относится к области энергетики и может быть ис- пользована для создания сильноточных высоковольтных универсальных аппаратов, спо- собных работать как высоковольтный быстродействующий выключатель постоянного или переменного тока, регулируемый высоковольтный инвертор, а также как высоковольтный преобразователь - выпрямитель и/или инвертор в различных вариантах преобразователь- ных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот.
11 н.п. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Из уровня техники известны различные типы высоковольтных выключателей. В конце прошлого столетия в мировой энергетике произошел прорыв в технологиях комму- тационных аппаратов высокого напряжения. Масляные и воздушные выключатели стали постепенно уступать место вакуумным и элегазовым выключателям. Это объясняется от- личными дугогасящими свойствами вакуума, а также газа с химической формулой SF6, именуемого элегазом, и повышенной безопасностью эксплуатации коммутационного обо- рудования с их применением. И хотя вакуумное и элегазовое оборудование недешево, по- ка что не найден достойный конкурент средам гашения дуги - вакууму и элегазу [1, 2, 3]. Хотя, как известно, что электрическая прочность воздуха при повышении давления до 4 МПа и более значительно возрастает «Импульсная энергетика и электроника / Г. А. Ме- сяц. - М.: Наука , 2004. - 704 с». При этом общий недостаток всех известных конструкций высоковольтных выключателей - это сравнительно низкое быстродействие, которое не позволяет отключать и включать высоковольтный выключатель за время не более одного полупериода промышленной частоты и это не позволяет использовать эти устройства в качестве универсальных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы также в высоковольтных преобразовательных системах. Значительно, большим быстро- действием отличаются электронные аппараты, которые уже могут быть использованы в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов и создание сильно- точных электронных аппаратов является одним из перспективных направлений в области развития электроэнергетики. Принцип действия этих устройств основан на использовании характеристик полупроводниковых приборов, что позволяет создавать не только комму- тационные аппараты, аналогичные существующим, с улучшенными характеристиками, но и аппараты с новыми возможностями. Научно-Исследовательский Институт Электроэнер- гетики (США) объявил о работах по созданию высоковольтного полупроводникового бес- контактного токоограничивающего выключателя (далее - ПБТВ) и его внедрению в мас- совое производство. Причем создаваемый ПБТВ будет рассчитан на номинальное напря- жение 138 кВ, а для массового производства планируется разработать его аналоги и на среднее и более высокие напряжения вплоть до 600 кВ. Стоимость разработки и изготов- ления опытного образца ПБТВ оценивается примерно в 400 000-500 000 долларов, а вре- мя его реализации составит 2-3 года [4]. Недостатки выключателей такого типа высокая общая стоимость и неспособность использования на напряжении более 600 кВ переменно- го тока, а также для конструкций выключателей постоянного тока. Также известно, что интенсивно ведут разработки эффективных высоковольтных полупроводниковых выклю- чателей для высоковольтных линий постоянного тока европейские компании АББ, Сименс и Альстом. Для переменного тока такая техника существует, а для постоянного нет и вы- ключатели цепи постоянного тока высокого напряжения более сложны по конструкции, так как требуют наличия какого - либо механизма, встроенного в выключатель, для обну- ления тока, иначе будет образовываться дуга, и износ контакта был бы слишком большим, чтобы обеспечить надежное переключение с возможностью множественных подключений к линиям электропередач постоянного тока для электроснабжения индивидуальных по- требителей. Кроме того, для более интенсивного развития сетей с линиями электропере- дач постоянного тока требуется решить ряд проблем с преобразовательными подстанция- ми для линий электропередач постоянного тока. Как известно, одним из основных уст- ройств преобразовательной подстанции является преобразовательный мост и его главный элемент - высоковольтный управляемый вентиль. Первые электропередачи постоянного тока, построенные в 50 - 60-х годах XX в., выполнялись с использованием высоковольт- ных ртутных вентилей. На некоторых электропередачах эти вентили используются и по настоящее время. Однако эти вентили обладают рядом крупных недостатков, определяе- мых физикой происходящих в них процессов, большой частотой обратных зажиганий и токсичностью ртути. Указанные недостатки, а также большие габариты и сложность сис- тем охлаждения и управления не позволяют использовать ионные приборы и других типов в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы также в высоковольтных выключателях. После создания достаточно мощных кремниевых управляемых вентилей - тиристоров в 70-х годах XX в. все новые электропередачи и вставки постоянного тока сооружаются только на их основе. Мощ- ность, которую может преобразовать единичный тиристор, в настоящее время составляет 500 - 1000 кВт при напряжении, которое он способен выдержать в закрытом состоянии, 4 - 5 кВ (последние образцы до 7 кВ). Этого недостаточно для мощных преобразовательных мостов с напряжением в сотни или тысячи киловольт. Поэтому для создания высоко- вольтных тиристорных вентилей (ВТВ) с необходимыми параметрами по напряжению прибегают к последовательному соединению единичных тиристоров. При этом количест- во тиристоров в этой последовательной цепочке может достигать нескольких сотен или более. К параллельному соединению тиристоров сейчас не прибегают, поскольку совре- менные тиристоры способны пропустить необходимый ток. Недостатки ВТВ: большие размеры и необходимость отчуждения больших земельных участков для преобразователь- ных подстанций, общая сложность конструкции, включая системы водяного охлаждения и световодного управления тиристорами и как следствие низкая общая надежность, с необ- ходимостью вывода из работы для замены поврежденных блоков ВТВ, высокая общая стоимость преобразовательных подстанций такого типа, а также технике - экономическая нецелесообразность использования для электроустановок на напряжение выше 1000 кВ.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому реше- нию и поэтому принятым за прототип, является авторское свидетельство на изобретение СССР jV° 120270 от 21.06.1958 г. «Ртутный вентиль» Автор: Л.С. Горенбург. Прототип со- стоит из анода, катода, анода возбуждения и ионизатора, представляющего собой радио- активное соединение или элемент, создающего начальную ионизацию, необходимую для развития дугового разряда. Недостатками прототипа являются большая частота обратных зажиганий и токсичность ртути, большие габариты и сложность систем охлаждения и управления, а также отсутствие устройства модуляции величины дугового промежутка, что не позволяют использовать ионные приборы таких типов в качестве универсальных высоковольтных коммутирующих элементов, которые могут быть использованы не толь- ко в преобразовательной технике, но и также в высоковольтных выключателях.
Таким образом, остается актуальной задача создания простого, недорогого, надеж- ного и быстродействующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного от- ключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряжении до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высо- ковольтные выключатели с улучшенными характеристиками универсального использова- ния для систем переменного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммута- ционные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве от- дельных регулируемых выпрямителей или инверторов, а также главных элементов преоб- разовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем перемен- ного тока разных промышленных частот.
Задачей достижения технического результата, на который направлена заявленная группа изобретений, является создание простого, недорогого, надежного и быстродейст- вующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряже- нии до 2000 кВ или более, и позволяющего создавать не только высоковольтные выклю- чатели с улучшенными характеристиками, универсального использования для систем пе- ременного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируе- мых выпрямителей или инверторов и главных элементов преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промыш- ленных частот.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух ме- ждуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвига- телем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного мате- риала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт перво- го междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическо- му вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго ме- ждугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вво- ду, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором ме- ждуговом промежутке. Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характери- зующийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три вы- соковольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого заполнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закре- плены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электриче- ским сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежут- ка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второ- го сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, под- ключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный иониза- тор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух ме- ждуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвига- телем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного мате- риала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом про- межутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтно- му электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический кон- такт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в меж- дуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему вы- соковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электри- ческой дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закре- плены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электриче- ским сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового про- межутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при при- ближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором ме- ждуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электро- двигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположен- ные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междуго- вого промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и распо- ложенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому проме- жутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также парал- лельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный иониза- тор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактив- ный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежут- ках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким элек- трическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сег- мента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подклю- ченный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электриче- ский контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольт- ному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противопо- ложно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвер- того междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоко- вольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажи- гания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электро- двигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположен- ные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугово- го промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электриче- скому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом про- межутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междуго- вого промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электри- ческому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоко- вольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажи- гания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежут- ках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким элек- трическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сег- мента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового ?промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому про- межутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имею- щий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении перво- го сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и распо- ложенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому проме- жутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имею- щий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второ- го сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электриче- скому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом меж- дуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивньш ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги в четвертом междуговом промежутке.
Другим отличием исполнения является то, что сегменты электромеханического мо- дулятора величин расстояния в междуговых промежутках, выполнены в форме усеченного полукруга.
Следующим отличием исполнения является то, что ось вращения электромехани- ческого модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, приводится во вра- щение синхронным электродвигателем переменного тока, а в узле коммутации установле- но дополнительное устройство контроля чередования фаз. Следующим отличием исполнения является то, что ось вращения электромехани- ческого модулятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, приводится во вращение асинхронным электродвигателем переменного тока.
Следующим отличием исполнения является то, что ось вращения электромехани- ческого модулятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, приводится во вращение электродвигателем постоянного тока.
Следующим отличием исполнения является то, что выводные контакты электроме- ханического модулятора величин расстояния междуговых промежутков подключены по- следовательно через дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы к высоковольтным электрическим вводам.
Технический результат достигается также в способе функционирования универ- сального высоковольтного выключателя - преобразователя, (далее УВВП), заключающий- ся в том, что включение в работу электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, позволяет подготавливать к включению электрическая цепь, для разделения одного направления входного тока на два выходных раздельных направ- ления тока через УВВП, или наоборот, для объединения двух входных раздельных на- правлений тока в одно направление выходного тока через УВВП. И соответственно для УВВП систем переменного и постоянного токов дополнительно при использовании в ра- боте устройства контроля чередования фаз и синхронного электродвигателя привода элек- тромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, подготав- ливается к включению электрическая цепь, для разделения одного направления входного переменного тока через УВВП на два выходных направления постоянного тока разной полярности, или наоборот, для объединения двух входных направлений постоянного тока разной полярности через УВВП в одно направление выходного переменного тока. Непо- средственный запуск процессов протекания и обнуления электрического постоянного или переменного тока через унифицированный полюс или фазу УВВП осуществляются им- пульсами излучения радиоактивных ионизаторов для зажигания электрической дуги, ини- циирующими протекание и обнуление электрического постоянного или переменного тока при минимальных зазорах в междуговых промежутках электромеханического модулятора с частотой, равной промышленной частоте, при контроле фазы переменного тока и такой режим работы УВВП используется при работе в качестве выпрямителя или инвертора. И в режиме работы УВВП в качестве высоковольтного инвертора в электромеханическом ма- нипуляторе величин расстояния в междуговых промежутков могут применяться устройст- ва имеющие возможность регулировать зазор в междуговом промежутке, а к выводным контактам могут быть подключены последовательно дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы для регулирования формы выходного напряжения и тока, а при необходимости регулирования частоты выходного переменного тока может использовать- ся дополнительный регулятор частоты в схеме питания синхронного электродвигателя привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежут- ках. Для режима работы УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выклю- чателя переменного тока выводы второго и третьего высоковольтных электрических вво- дов унифицированной фазы УВВП объединяются в одну электрическую точку и быстро- действие такого выключателя будет не более времени одного полупериода промышленной частоты. Для использования УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего вы- ключателя только для систем постоянного тока унифицированные полюсы УВВП могут быть соединены осью, без фазового сдвига между сегментами в электромеханических мо- дуляторах величин расстояния в междуговых промежутках относительно каждого полюса УВВП, а для привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуго- вых промежутках может использоваться асинхронный электродвигатель или электродви- гатель постоянного тока, частота вращения которого будет определять быстродействие УВВП в режиме выключателя постоянного тока.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложена преобразовательная установка, в виде варианта высоковольтной преобразова- тельной установки для связи энергосистем постоянного и переменного тока, характери- зующаяся тем, что включает в себя, как минимум, один универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, один регулирующий, согласующий автотрансформатор или трансформатор с изолированной нейтралью и одну высоковольтную линию связи.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложена преобразовательная установка, в виде варианта высоковольтной преобразова- тельной установки для связи энергосистем переменного тока разных промышленных час- тот, характеризующаяся тем, что включает в себя, как минимум, два универсальных высо- ковольтных выключателя - преобразователя, два регулирующих, согласующих авто- трансформатора или трансформатора с изолированной нейтралью и одну высоковольтную линию связи постоянного тока.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.З, фиг.4, фиг.5, фиг.6 и фиг.7. На чертеже фиг.1 (а), (Ь), (с), (d) представлена функциональная схема унифициро- ванной фазы или полюса универсального высоковольтного выключателя - преобразовате- ля (УВВП) фиг.1 (а), с вариантами исполнения узла коммутации фиг.1 (Ь) и фиг.1 (с), и вариантами формы сегмента из электропроводного материала с низким электрическим со- противлением фиг.1 (d),. На чертеже фиг.1(a) представлена функциональная схема уни- фицированной фазы или полюса УВВП, которая содержит первый высоковольтный элек- трический ввод А1, второй высоковольтный электрический ввод А2 и третий высоко- вольтный электрический ввод A3, подключенные к узлу коммутации 3, с фланцем 5, оси электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, к ко- торому механически подключен через изолирующую ось 2 синхронный электродвигатель 1. На чертеже фиг.1 (Ь) представлена функциональная схема электромеханического моду- лятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, содержащая корпус 3, в ко- тором размещены ось вращения 4, с боковыми фланцами 5 для объединения с узлами коммутации других фаз или полюсов УВВП. На оси вращения 4 закреплены в противофа- зе два сегмента 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивле- нием, в форме полукруга, щеточный аппарат 8 узла коммутации 3 для подключения пер- вого высоковольтного электрического ввода А1, и расположенные, напротив первого сег- мента, неподвижный электрический контакт 6, первого междугового промежутка, под- ключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу А2, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт 11 второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу A3, радиоактивный ионизатор 9 для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радио- активный ионизатор 10 для зажигания электрической дуги во втором междуговом проме- жутке. На чертеже фиг.1(c) представлена функциональная схема электромеханического модулятора величин расстояния в четырех междуговых промежутках, содержащая корпус 3, в котором размещены ось вращения 4, с боковыми фланцами 5 для объединения с узла- ми коммутации других фаз или полюсов УВВП. На оси вращения 4 закреплены в проти- вофазе два сегмента 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопро- тивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвиж- ный электрический контакт 6, первого междугового промежутка, подключенный ко вто- рому высоковольтному электрическому вводу А2, а напротив второго сегмента, непод- вижный электрический контакт 11 второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу A3, а также расположенные, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт 14, третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу Al, и напротив второго сегмента, противополож- но второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт 17 четверто- го междугового промежутка, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу А1, радиоактивный ионизатор 9 для зажигания электрической дуги в первом меж- дуговом промежутке, радиоактивный ионизатор 10 для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор 15 для зажигания электриче- ской дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор 16 для зажига- ния электрической дуги в четвертом междуговом промежутке. На чертеже фиг.1(d) пред- ставлены предпочтительные варианты исполнения сегмента 7 из электропроводного мате- риала с низким электрическим сопротивлением, на оси 4, в форме правильного полукруга 12 или усеченного полукруга 13.
На чертеже фиг.2 представлена сборочная схема трех унифицированных фаз УВВП, собранных в общее трехфазное устройство, которое может выполнять функции трехфазного высоковольтного выпрямителя или инвертора, а также быстродействующего высоковольтного трехфазного выключателя переменного тока. На чертеже фиг.2(а) три унифицированные фазы УВВП объединены общей осью 2 вращения от (основного и ре- зервного) синхронного электродвигателя 1, к узлам коммутации 3, фазы А с электриче- ским вводом фазы А1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +А2, под- ключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с электрическим вводом - A3, подклю- чаемым к шине « - » сети постоянного тока, фазы В с электрическим вводом фазы В1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +В2, подключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с электрическим вводом - ВЗ, подключаемым к шине « - » сети посто- янного тока и фазы С с электрическим вводом фазы С1 для сети переменного тока и с электрическим вводами +С2, подключаемым к шине «+» сети постоянного тока и с элек- трическим вводом - СЗ, подключаемым к шине « - » сети постоянного тока. При этом сегменты 7, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, в электромеханических модуляторах величин расстояния в двух между- говых промежутках 3, всех трех фаз А, В и С соединены между собой вставками общей оси 2 с угловым сдвигом в 120 градусов, в соответствии с чертежом фиг.2(Ь). Для много- фазных сетей угол фазового сдвига будет определяться числом фаз сети переменного то- ка. Этот же вариант устройства может работать в режиме высоковольтного выключателя переменного тока при объединении вводов +А2 и - A3 в общую фазу А, +В2 и - ВЗ в об- щую фазу В, +С2 и - СЗ в фазу общую С сети переменного тока. На чертеже фиг.З представлена компоновочная схема установки на подстанции ва- рианта трехфазного исполнения УВВП переменного тока, который может выполнять функции быстродействующего высоковольтного трехфазного выключателя или высоко- вольтного преобразователя (высоковольтные ввода не показаны) и описываемый универ- сальный высоковольтный выключатель - преобразователь содержит узел коммутации 3 фазы А, узел коммутации 3 фазы В, узел коммутации 3 фазы С, каждый из которых со- держит электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых проме- жутках, соединенных в общую ось 2, подключенную с фазовым сдвигом через 120 граду- сов для каждого узла коммутации, через поворот типовых фланцевых соединений 5, со- единяющих осевые изоляторы 2, приводимую во вращение (основным или резервным) синхронными электродвигателями 1, подключенными к общей оси вращения через осевые изоляторы 2, и вся сборочная конструкция смонтирована на опорных изоляторах 18 отно- сительно монтажной поверхности 19.
На чертеже фиг. 4 показана схема охлаждения для варианта трехфазного исполне- ния универсального высоковольтного выключателя - преобразователя переменного тока (высоковольтные ввода не показаны), где узлы коммутации 3 трех фаз А, В и С, в нижней точке, подключены трубопроводами к общему коллектору 20 холодного инертного газа и в верхней точке подключены трубопроводами к общему коллектору 24 горячего инертно- го газа. Холодный инертный газ подается по трубопроводу 21 например, из стандартной системы ресиверов 4 МПа и баллонов высокого давления 20 МПа - 22, в которую закачи- вают инертный газ компрессоры 23 компрессорной. Горячий инертный газ из общего кол- лектора 24 по трубопроводу 26 подается на теплообменник 25 и далее охлажденный инертный газ подается компрессорами 23 в стандартную систему ресиверов 4 МПа и бал- лонов высокого давления 20 МПа - 22, образуя, таким образом, замкнутую систему охла- ждения - подпитка инертным газом требуется только для компенсации эксплуатационных утечек.
На чертеже фиг. 5 показана схема варианта исполнения двухполюсного быстродей- ствующего высоковольтного выключателя постоянного тока, в котором узел коммутации 3 полюса плюс и узел коммутации 3 полюса минус, соединены осью 2, без фазового сдви- га между сегментами в электромеханических модуляторах величин расстояния в двух ме- ждуговых промежутках относительно каждого полюса УВВП, привод которой может быть от электродвигателя 1 постоянного тока или асинхронного двигателя. При этом вы- соковольтный электрический ввод II и высоковольтный электрический ввод III объедине- ны в общую электрическую точку подключения IV в каждом полюсе высоковольтного выключателя постоянного тока, быстродействие которого определяется скоростью враще- ния электродвигателя 1.
На чертеже фиг. 6 показана схема варианта исполнения высоковольтной преобра- зовательной установки для связи энергосистем постоянного и переменного тока, вклю- чающей в себя высоковольтную линию постоянного тока 30 (ВЛПТ), один УВВП 29 и ре- гулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, подстан- цию энергосистемы переменного тока 27 и подстанцию энергосистемы постоянного тока 34.
На чертеже фиг. 7 показана схема варианта исполнения высоковольтной преобра- зовательной установки для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот, включающей в себя ВЛПТ 30, первый УВВП 29 и первый регулирующий, согла- сующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, подстанцию энергосистемы переменного тока 27 одной промышленной частоты, второй УВВП 31 и второй регули- рующий, согласующий автотрансформатор 32, с изолированной нейтралью, и подстанцию энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты.
Работа описанного по схемам фиг.1 , фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 варианта исполнения трехфазного УВВП переменного тока с электромеханическими модуляторами величин расстояния в двух междуговых промежутках, для варианта использования в качестве вы- соковольтного преобразователя (выпрямителя - инвертора) осуществляется следующим образом.
Предварительно выполнены следующие работы: поверка правильности сборки осей 2, соединяющих электромеханические модуляторы величин расстояния в двух междуго- вых промежутках с фазовым сдвигом через 120 градусов для каждого узла коммутации 3 фазы А, фазы В, фазы С (фиг. 2-Ь-). Система охлаждения узлов коммутации (фиг. 4) за- полнена инертным газом под давлением 4 МПа, наиболее предпочтительным недорогим вариантом, которого является обычный воздух, в котором для исключения окислительных процессов кислород преобразован в углекислый газ и для этого используется простое уст- ройство, на входе теплообменника 25 (фиг. 4) установлена горелка природного газа с за- пальником и датчиком кислорода, которая при наличии кислорода автоматически зажига- ется и выжигает кислород воздуха (на чертеже фиг. 4 это устройство не показано) и горя- чий инертный газ охлаждается в теплообменнике 25, а непрерывную циркуляцию инерт- ного газа в системе охлаждения узлов коммутации осуществляют компрессоры 23 и реси- веры сжатого газа 22 (фиг. 4). В качестве радиоактивных ионизаторов 9 и 10 (фиг. 1-Ь-) установлены импульсные рентгеновские генераторы, с возможностью регулировки интен- сивности и жесткости генерируемого излучения (например, см. авторское свидетельство на изобретение СССР JS° 510815 от 07.01.1972 г. «Способ управления излучением им- пульсной рентгеновской трубки» Авторы: Ю.М. Толченов, А.В. Чепек. Для увеличения общей надежности работы устройства используются два синхронных электродвигателя 1 (фиг. 2) - при отключении основного, автоматически включается резервный. Общее управление универсальным высоковольтным выключателем - преобразователем и кон- троль фаз в электромеханических модуляторах величин расстояния в междуговых проме- жутках осуществляет блок автоматического управления и контроля фазы (далее БАУКФ), на схемах фиг. 1 - 4 не показано.
В исходном положении, радиоактивные ионизаторы 9 и 10 (фиг. 1-Ь-) и синхрон- ные (основной и резервный) электродвигатели 1 (фиг. 3) отключены и ось вращения 2 (фиг. 3) остановлена. При подаче напряжения от БАУКФ, синхронного с напряжением на высоковольтных вводах А1, В1, С1 (фиг. 2 -а-), на основной синхронный электродвига- тель 1 (фиг. 3), он разворачивается до под синхронной скорости в асинхронном режиме и далее при подаче на него тока возбуждения от БАУКФ, основной синхронный электро- двигатель 1 (фиг. 3) втягивается в синхронизм, а БАУКФ контролирует совпадение чере- дования и соответствие фаз входного напряжения на высоковольтных вводах А1, В1, С1 (фиг. 2-а-) с положением вращающихся с синхронной скоростью сегментов в электроме- ханических модуляторах величин расстояния в междуговых промежутках, на примере для фаза А (фиг. 1-Ь-), синхронное положение медного сегмента 7 около неподвижного кон- такта 6 должно соответствовать прохождению положительных полупериодов переменного напряжения на высоковольтном вводе А1, а синхронное положение противофазного мед- ного сегмента 7 около неподвижного контакта 11 должно соответствовать прохождению отрицательных полупериодов переменного напряжения на высоковольтном вводе А1. При несовпадении чередования фаз, БАУКФ снимает на определенное время ток возбуждения с синхронного электродвигателя 1 (фиг. 3), для изменения с определенным скольжением пространственного положения ротора относительно синхронного вращающегося поля статора, и затем снова подает ток возбуждения на синхронный электродвигатель 1 (фиг. 3), с последующей проверкой совпадении чередования фаз и при совпадении чередования фаз БАУКФ выдает сигнал готовности к включению в работу высоковольтного преобра- зователя (выпрямителя - инвертора). По команде оператора или автоматической системы управления радиоактивные ионизаторы 9 и 10 (фиг. 1-Ь-) генерируют импульсы рентге- новского ионизирующего излучения регулируемой интенсивности и жесткости для зажи- гания дуги в моменты прохождения медного сегмента 7 около неподвижного контакта 6 для формирования положительньк полупериодов напряжения на высоковольтном вводе А2 и в моменты прохождения противофазного медного сегмента 7 около неподвижного контакта 1 1 для формирования отрицательных полупериодов напряжения на высоко- вольтном вводе A3 (фиг1-Ь-). Соответственно соединение высоковольтных вводов А2, В2, С2 формирует положительную шину, а соединение высоковольтных вводов A3, ВЗ, СЗ (фиг. 2-а-) формирует отрицательную шину высоковольтного напряжения варианта ис- пользования в качестве высоковольтного преобразователя (выпрямителя - инвертора). Описанное устройство является обратимым и может использоваться в качестве выпрями- теля или инвертора, а также в составе высоковольтной преобразовательной установки для связи энергосистем постоянного и переменного тока или составе высоковольтной преоб- разовательной установки для связи энергосистем переменного тока разных промышлен- ных частот. Для увеличения пропускной мощности в конструкции выпрямителя или ин- вертора могут использоваться электромеханические модуляторы величин расстояния в четырех междуговых промежутках (фиг. 1-е-) и алгоритм работы всего устройства анало- гичен вышеописанному. В режиме работы УВВП в качестве высоковольтного инвертора в электромеханическом манипуляторе величин расстояния в междуговых промежутков мо- гут применяться устройства имеющие возможность регулировать зазор в междуговом промежутке, а к выводным контактам могут быть подключены последовательно дополни- тельные полупроводниковые коммутирующие элементы для регулирования формы вы- ходного напряжения и тока, а при необходимости регулирования частоты выходного пе- ременного тока в режиме инвертора может использоваться дополнительный регулятор частоты в схеме питания синхронного электродвигателя привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках. Для режима работы УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя переменного тока выводы второго и третьего высоковольтных электрических вводов каждой унифицированной фазы УВВП (фиг. 2-а-) объединяются в одну электрическую точку и быстродействие такого вы- ключателя будет не более времени одного полупериода промышленной частоты. Для ис- пользования УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя толь- ко для систем постоянного тока в унифицированном полюсе УВВП привод электромеха- нического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках подключается без фазового сдвига сегментов и выводы второго и третьего высоковольтных электрических вводов каждого унифицированного полюса УВВП (фиг. 5) объединяются в одну электри- ческую точку IV и может использоваться для электродвигателя 1 привода электромехани- ческого модулятора величин расстояния в междуговых промежутках асинхронный элек- тродвигатель или электродвигатель постоянного тока, частота вращения которого будет определять быстродействие УВВП в режиме выключателя постоянного тока и общий ал- горитм работы этих устройств аналогичен вышеописанному УВВП по схемам фиг.1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.
Возможность плавного регулирования тока при всех вариантах исполнения уни- версального высоковольтного выключателя - преобразователя имеется также за счет ре- гулировки времени включения-отключения, интенсивности и жесткости генерируемого излучения импульсных рентгеновских генераторов в составе радиоактивных ионизаторов 9 и 10 (фиг. 1-Ь-) и радиоактивных ионизаторов 9,10, 15 и 16 (фиг. 1-е-).
Также для увеличения рабочего напряжения УВВП до 2000 кВ или более целесо- образно использовать дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы, которые могут быть подключены последовательно к высоковольтным электрическим вво- дам каждого унифицированного полюса или фазы УВВП.
Работа высоковольтной преобразовательной установки для связи энергосистем по- стоянного и переменного тока по схеме фиг. 6 осуществляется следующим образом. В ис- ходном состоянии коммутационные аппараты подстанции энергосистемы переменного тока 27 и подстанции энергосистемы постоянного тока 34 отключены. Далее включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 27 подают на- пряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 29. Затем включают в режиме инвер- тора в работу УВВП 29, выполняющий функции обратимого трехфазного высоковольтно- го выпрямителя или инвертора, тем самым подавая напряжение постоянного тока на ВЛПТ 30 до отключенных коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы посто- янного тока 34. Регулированием РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформа- торе 28, с изолированной нейтралью, выставляют напряжение на ВЛПТ 30 равным напря- жению на шинах подстанции энергосистемы постоянного тока 34 и далее включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы постоянного тока 34 замыкают в транзит высоковольтную преобразовательную установку для связи энергосистем постоян- ного и переменного тока. Величину и направление перетока мощности регулируют уст- ройством РПН, на регулирующем, согласующем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью.
Работа высоковольтной преобразовательной установки для связи энергосистем пе- ременного тока разных промышленных частот по схеме фиг. 7 осуществляется следую- щим образом. В исходном состоянии коммутационные аппараты подстанции энергосис- темы переменного тока 27 одной промышленной частоты и подстанции энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты отключены. Далее включением ком- мутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 27 одной промыш- ленной частоты подают напряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 28, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 29. Затем включением коммутационных аппаратов подстанции энергосистемы переменного тока 33 другой промышленной частоты подают напряжение переменного тока на регулирующий, согласующий автотрансформатор 32, с изолированной нейтралью, до отключенного УВВП 31. Далее регулированием РПН на регулирующем, согласующем автотрансформа- торе 28, с изолированной нейтралью и регулированием РПН на регулирующем, согла- сующем автотрансформаторе 32, с изолированной нейтралью выставляют одинаковые по величине напряжения на входе УВВП 29 и УВВП 31. Затем включают одновременно в ра- боту УВВП 29 и УВВП 31 и тем самым замыкают в транзит через ВЛПТ 30 высоковольт- ную преобразовательную установку для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот. Величину и направление перетока мощности, а также режим ра- боты обоих УВВП, выполняющих функции обратимого трехфазного высоковольтного выпрямителя или инвертора регулируют устройством РПН, на регулирующем, согласую- щем автотрансформаторе 28, с изолированной нейтралью и устройством РПН, на регули- рующем, согласующем автотрансформаторе 32, с изолированной нейтралью.
Таким образом, за счет использования небольшого количества сравнительно недо- рогих комплектующих изделий и дешевого инертного газа, предпочтительным недорогим вариантом, которого является обычный воздух, в котором для исключения окислительных процессов кислород преобразован в углекислый газ и который значительно дешевле эле- газа достигается возможность создания простого, недорогого, надежного и быстродейст- вующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряже- нии до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключа- тели с улучшенными характеристиками универсального использования для переменного и постоянного токов, но и высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможно- стями.
Благодаря вышеперечисленному в группе изобретений достигается технический результат, заключающийся в создании простого, недорогого, надежного и быстродейст- вующего высоковольтного коммутационного аппарата, способного отключать и включать ток нагрузки за время не более одного полупериода промышленной частоты при напряже- нии до 2000 кВ или более и позволяющего создавать не только высоковольтные выключа- тели с улучшенными характеристиками универсального использования для систем пере- менного и постоянного токов, но и также высоковольтные коммутационные аппараты с новыми возможностями, которые можно использовать в качестве отдельных регулируе- мых выпрямителей или инверторов и главных элементов преобразовательных мостов в различных вариантах преобразовательных установок для связи энергосистем постоянного и переменного тока, а также для связи энергосистем переменного тока разных промыш- ленных частот.
Список литературы
1. Агафонов Г.Е., Бабкин И.В., Берлин Б.Е. Электрические аппараты высокого на- пряжения с элегазовой изоляцией. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 727 с.
2. ГОСТ Р 52565-2006. Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.
3. Кравченко А.Н., Метельский В.П., Рассальский А.Н. Высоковольтные выключа- тели // Электрик. - 2006. - Ν» 9. - С. 11-12.
4. Информационно-справочное издание «Новости электротехники» - 4(94) 2015.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух ме- ждуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвига- телем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного мате- риала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт перво- го междугового промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическо- му вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго ме- ждугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вво- ду, радиоактивньш ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивньш ионизатор для зажигания электрической дуги во втором ме- ждуговом промежутке.
2. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закре- плены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электриче- ским сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежут- ка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второ- го сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, под- ключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный иониза- тор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке.
3. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух ме- ждуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвига- телем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного мате- риала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом про- межутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтно- му электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический кон- такт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в меж- дуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему вы- соковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электри- ческой дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке.
4. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в двух междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закре- плены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электриче- ским сопротивлением, в форме полукруга, щеточный аппарат узла коммутации, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового про- межутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при при- ближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором ме- ждуговом промежутке.
5. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электро- двигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположен- ные, напротив первого сегмента, неподвижный электрический контакт первого междуго- вого промежутка, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижный электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и распо- ложенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому проме- жутку, неподвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, подклю- ченный к первому высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, неподвижньш электрический контакт четвертого междугового промежутка, подключенный также парал- лельно к первому высоковольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный иониза- тор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактив- ный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
6. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежут- ках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким элек- трическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сег- мента, неподвижный электрический контакт первого междугового промежутка, подклю- ченный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, неподвижньш электрический контакт второго междугового промежутка, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, неподвижный электриче- ский контакт третьего междугового промежутка, подключенный к первому высоковольт- ному электрическому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противопо- ложно второму междуговому промежутку, неподвижный электрический контакт четвер- того междугового промежутка, подключенный также параллельно к первому высоко- вольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажи- гания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
7. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен дешевой смесью инертных газов, состоящей из сжатого под давлением воздуха, в котором кислород воздуха преобразован в углекислый газ для исключения окислительных процессов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежутках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электро- двигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким электрическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположен- ные, напротив первого сегмента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электриче- скому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом про- межутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому промежутку, подвижный электрический контакт третьего междуго- вого промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный к первому высоковольтному электри- ческому вводу, и расположенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому промежутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный также параллельно к первому высоко- вольтному электрическому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажи- гания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в четвертом междуговом промежутке.
8. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь, характеризую- щийся тем, что унифицированная фаза или полюс которого включают в себя три высоко- вольтных электрических ввода, подключенных к узлу коммутации, корпус которого за- полнен любым известным инертным газом или смесью инертных газов, содержащему электромеханический модулятор величин расстояния в четырех междуговых промежут- ках, состоящий из общей оси, приводимой во вращение электродвигателем, на которой закреплены в противофазе два сегмента, из электропроводного материала с низким элек- трическим сопротивлением, в форме полукруга, и расположенные, напротив первого сег- мента, подвижный электрический контакт первого междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении первого сегмента, подключенный ко второму высоковольтному электрическому вводу, а напротив второго сегмента, подвижный электрический контакт второго междугового промежутка, имеющий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второго сегмента, подключенный к третьему высоковольтному электрическому вводу, и расположенный, напротив первого сегмента, противоположно первому междуговому про- межутку, подвижный электрический контакт третьего междугового промежутка, имею- щий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении перво- го сегмента, подключенный к первому высоковольтному электрическому вводу, и распо- ложенный, напротив второго сегмента, противоположно второму междуговому проме- жутку, подвижный электрический контакт четвертого междугового промежутка, имею- щий возможность регулировать зазор в междуговом промежутке при приближении второ- го сегмента, подключенный также параллельно к первому высоковольтному электриче- скому вводу, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в первом меж- дуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги во втором междуговом промежутке, радиоактивный ионизатор для зажигания электрической дуги в третьем междуговом промежутке и радиоактивный ионизатор для зажигания элек- трической дуги в четвертом междуговом промежутке.
9. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь по любому из пп. 1 - 8, отличающееся тем, что сегменты электромеханического модулятора величин рас- стояния в междуговых промежутках, выполнены в форме усеченного полукруга.
10. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь по любому из пп. 1 - 8, отличающееся тем, что ось вращения электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, приводится во вращение синхронным электро- двигателем переменного тока, а в узле коммутации установлено дополнительное устрой- ство контроля чередования фаз.
11. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь по любому из пп. 1 - 8, отличающееся тем, что ось вращения электромеханического модулятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, приводится во вращение асинхронным элек- тродвигателем переменного тока.
12. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь по любому из пп. 1 - 8, отличающееся тем, что ось вращения электромеханического модулятора величин расстояния в двух междуговых промежутках, приводится во вращение электродвигателем постоянного тока.
13. Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь по любому из пп. 1 - 8, отличающееся тем, что выводные контакты электромеханического модулятора ве- личин расстояния междуговых промежутков подключены последовательно через допол- нительные полупроводниковые коммутирующие элементы к высоковольтным электриче- ским вводам.
14. Способ функционирования универсального высоковольтного выключателя - пре- образователя, (далее УВВП), заключающийся в том, что включение в работу электроме- ханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках, позволяет под- готавливать к включению электрическая цепь, для разделения одного направления вход- ного тока на два выходных раздельных направления тока через УВВП, или наоборот, для объединения двух входных раздельных направлений тока в одно направление выходного тока через УВВП. И соответственно для УВВП систем переменного и постоянного токов дополнительно при использовании в работе устройства контроля чередования фаз и син- хронного электродвигателя привода электромеханического модулятора величин расстоя- ния в междуговых промежутках, подготавливается к включению электрическая цепь, для разделения одного направления входного переменного тока через УВВП на два выходных направления постоянного тока разной полярности, или наоборот, для объединения двух входных направлений постоянного тока разной полярности через УВВП в одно направле- ние выходного переменного тока. Непосредственный запуск процессов протекания и об- нуления электрического постоянного или переменного тока через унифицированный по- люс или фазу УВВП осуществляются импульсами излучения радиоактивных ионизаторов для зажигания электрической дуги, инициирующими протекание и обнуление электриче- ского постоянного или переменного тока при минимальных зазорах в междуговых проме- жутках электромеханического модулятора с частотой, равной промышленной частоте, при контроле фазы переменного тока и такой режим работы УВВП используется при работе в качестве выпрямителя или инвертора. И в режиме работы УВВП в качестве высоковольт- ного инвертора в электромеханическом манипуляторе величин расстояния в междуговых промежутков могут применяться устройства имеющие возможность регулировать зазор в междуговом промежутке, а к выводным контактам могут быть подключены последова- тельно дополнительные полупроводниковые коммутирующие элементы для регулирова- ния формы выходного напряжения и тока, а при необходимости регулирования частоты выходного переменного тока может использоваться дополнительный регулятор частоты в схеме питания синхронного электродвигателя привода электромеханического модулятора величин расстояния в междуговых промежутках. Для режима работы УВВП в качестве высоковольтного быстродействующего выключателя переменного тока выводы второго и третьего высоковольтных электрических вводов унифицированной фазы УВВП объеди- няются в одну электрическую точку и быстродействие такого выключателя будет не более времени одного полупериода промышленной частоты. Для использования УВВП в каче- стве высоковольтного быстродействующего выключателя только для систем постоянного тока унифицированные полюсы УВВП могут быть соединены осью, без фазового сдвига между сегментами в электромеханических модуляторах величин расстояния в междуго- вых промежутках относительно каждого полюса УВВП, а для привода электромеханиче- ского модулятора величин расстояния в междуговых промежутках может использоваться асинхронный электродвигатель или электродвигатель постоянного тока, частота вращения которого будет определять быстродействие УВВП в режиме выключателя постоянного тока.
15. Преобразовательная установка, в виде варианта высоковольтной преобразователь- ной установки для связи энергосистем постоянного и переменного тока, характеризую- щаяся тем, что включает в себя, как минимум, один универсальный высоковольтный вы- ключатель - преобразователь, один регулирующий, согласующий автотрансформатор или трансформатор с изолированной нейтралью и одну высоковольтную линию связи.
16. Преобразовательная установка, в виде варианта высоковольтной преобразователь- ной установки для связи энергосистем переменного тока разных промышленных частот, характеризующаяся тем, что включает в себя, как минимум, два универсальных высоко- вольтных выключателя - преобразователя, два регулирующих, согласующих автотранс- форматора или трансформатора с изолированной нейтралью и одну высоковольтную ли- нию связи постоянного тока.
PCT/RU2017/000158 2016-04-21 2017-03-21 Высоковольтный выключатель-преобразователь и способ его функционирования WO2017184024A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115477 2016-04-21
RU2016115477 2016-04-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2017184024A1 true WO2017184024A1 (ru) 2017-10-26
WO2017184024A4 WO2017184024A4 (ru) 2017-11-30

Family

ID=60116221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000158 WO2017184024A1 (ru) 2016-04-21 2017-03-21 Высоковольтный выключатель-преобразователь и способ его функционирования

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017184024A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU52276U1 (ru) * 2005-09-07 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инициатива" Пункт секционирования для коммутации и защиты воздушных линий электропередач
RU2355089C2 (ru) * 2004-07-02 2009-05-10 СкандиНова Системз АБ Коммутация электрической мощности с эффективной защитой переключателя
RU112500U1 (ru) * 2011-09-29 2012-01-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Контакт" Высоковольтный вакуумный выключатель

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2355089C2 (ru) * 2004-07-02 2009-05-10 СкандиНова Системз АБ Коммутация электрической мощности с эффективной защитой переключателя
RU52276U1 (ru) * 2005-09-07 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инициатива" Пункт секционирования для коммутации и защиты воздушных линий электропередач
RU112500U1 (ru) * 2011-09-29 2012-01-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Контакт" Высоковольтный вакуумный выключатель

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017184024A4 (ru) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101021776B1 (ko) 태양광 발전기
EP3043368B1 (en) Bypass switch for hvdc transmission
CN101341642A (zh) 高压直流***
WO2016194898A1 (ja) 直流電流遮断装置
EP3335308A1 (en) Method and system for a gas tube-based current source high voltage direct current transmission system
De Andrade et al. A brief history of direct current in electrical power systems
JP6462430B2 (ja) 直流電流遮断装置
WO2016158465A1 (ja) 直流電流遮断装置およびその制御方法
RU2686054C1 (ru) Универсальный высоковольтный выключатель - преобразователь (уввп), способ функционирования уввп и преобразовательная установка (варианты)
RU166768U1 (ru) Универсальный высоковольтный выключатель-преобразователь
WO2017184024A1 (ru) Высоковольтный выключатель-преобразователь и способ его функционирования
US20130293010A1 (en) Current supply arrangement with a first and a second current supply device, wherein the second current supply device is connected to the first current supply device
EP3229251B1 (en) Direct-current interruption device
RU2362261C1 (ru) Фазопреобразующее устройство
RU2166225C1 (ru) Электрическая сеть переменного тока
Kuznetsov et al. Features Calculation of the Converter Protection
RU2713488C1 (ru) Гребная электрическая установка
RU2699019C1 (ru) Трехфазная шунтирующая реакторная группа
RU2435271C2 (ru) Электрическая сеть переменного тока
SU1166213A1 (ru) Устройство дл защитного отключени в сети с изолированной нейтралью
SU862310A1 (ru) Устройство дл электроснабжени потребителей переменным током
US2310145A (en) Single or polyphase switch arrangement
US2184309A (en) Arrangement for controlling rectifiers
SU521625A1 (ru) Распределительное устройство высокого напр жени
SU1457059A1 (ru) Система электроснабжени

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17786229

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17786229

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1