CS229671B2 - High voltage power circuit braker - Google Patents

Description

(54) Vysokonapěťový výkonový vypínač

Vynález se týká vysokonapěťového výkonového vypínače s pevným a axiálně posuvným kontaktem s nejméně jednou tryskou, kterou proudí při vypínání tlakový plyn ze zhášecího prostoru do expanzního prostoru, s válcovou cívkou, obklopující pevný kontakt, jejíž jeden konec je spojen s pevným kontaktem a jejíž druhý konec je spojen s prstencovým kontaktem, axiálně přesazený, vzhledem k pevnému kontaktu.

Takovýto vypínač je znám z evropské patentní přihlášky 4 213. U tohoto známého vypínače hoří elektrický oblouk při vypínání zpočátku mezi pevným a pohyblivým kontaktem. Jakmile je mezi patami tohoto elektrického oblouku určitá vzdálenost, přejde pata, nacházející se na pevném kontaktu na prstencový kontakt, který je elektricky vodivě spojen s jedním koncem cívky, jejíž druhý konec je elektricky spojen s pevným kontaktem. Jakmile elektrický oblouk komutuje na prstencový kontakt, je cívka protékána vypínaným proudem. Magnetické pole cívky uvede elektrický oblouk do rotace, čímž se ohřeje okolní tlakový plyn a způsobí se zhasnutí elektrického oblouku. Rotace elektrického oblouku na prstenGovém Kontaktu má tu velkou výhodu, že se dalekosáhlým způsobem zabraňuje tvoření par, čímž je zaručena vysoká dielek2 trická pevnost ve vypínací dráze. Bezprostředně po rozpojení kontaktů před přechodem na prstencový kontakt, hoří elektrický oblouk mezi pevným a pohyblivým kontaktem, aniž dochází k podstatnějšímu místnímu přesazení jeho paty. Podle velikosti vypínaného proudu dochází přitom k opálům a tvoření kovových par. které snižují dielektrickou pevnost vypínací dráhy.

Úkolem vynálezu tudíž je, vytvořit vysokonapěťový výkonový vypínač shora uvedeného druhu, u kterého se jednoduchými prostředky dosáhne zvýšení dielektrické pevnosti vypínací dráhy a kromě toho sa vždy s jistotou dosáhne přechodu elektrického oblouku na prstencový kontakt.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím, že mezi pevným kontaktem a prstencovým kontaktem je uspořádán nejméně jeden radiálně směrem ven probíhající odtokový kanál, který spojuje komutační prostor, vymezený pevným kontaktem a prstencovým kontaktem, s odlehčovacím prostorem, jehož objem je tak dimenzován, že může přijmout tu část tlakového plynu, která proudí před komutací vypínacího· elektrického oblouku z pevného kontaktu na prstencový kontakt z komutačního prostoru.

Vypínač podle vynálezu je výhodný zejména tím, že produkty opálu a kovové pá229671 ry, které vznikají při každém vypínacím pochodu mezi kontakty, a které snižují dielektrickou pevnost vypínací dráhy, se odstraňují z ohřátého kompresního prostoru a tím také z vypínací dráhy a přivádějí do uzavřeného, chlazeného odlučovacího prostoru, kde se srážejí na stěnách jako pevná tělíska. Tím se zcela podstatným způsobem zlepšují dielektrické vlastnosti tlakového plynu, použitého pro zhášení elektrického oblouku. Kromě toho se s jistotou dosáhne komutace elektrického oblouku z pevného kontaktu na prstencový kontakt, neboť nastane během celé - vypínací fáze radiální proudění tlakového -' plynu směrem ven.

Výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že odlehčovací prostor má nejméně dvě komory, které jsou prostřednictvím zpětného ventilu navzájem spolu spojeny.

Tímto opatřením se i při vypínání velmi velkého proudu spolehlivě zabrání tomu, že se vypínací elektrický oblouk po komutaci na prstencový kontakt nemůže opět vrátit na pevný kontakt, neboť proud zhášecího plynu je stále směrován radiálně ven. Jestliže by tudíž mělo dojít při vypínání extrémně velkého proudu k takovému přehřátí zhášecího plynu části kompresního prostoru, ohraničeného pevným kontaktem a prstencovým kontaktem, že objem odlehčovacího prostoru nemůže zcela přijmout plyn, proudící radiálně směrem ven, pak se tento plyn nad předem stanovenou hodnotou tlaku vede dále do přídavného objemu.

Doporučuje se vytvořit odlehčovací prostor tak, že jeho- stěny mají porézní materiál, sintrovaný materiál nebo materiál opatřený chladicími lamelami.

Výhody tohoto provedení spočívají v tom, že ohřáté zhášecí plyny se mohou lépe chladit a částice kovu uvolněné opálem v důsledku působení vypínacího elektrického oblouku mohou rychleji kondenzovat.

Další výhodné provedení vypínače podle vynálezu se vyznačuje tím, že v komutačním prostoru je uspořádán čep z izolačního materiálu uzavírající otvor ve tvaru trysky opalovacího kontaktu pohyblivého kontaktu před komutací vypínacího elektrického oblouku. Cep z izolačního materiálu je vytvořen axiálně posuvně a - v sepnuté poloze vypínače dosedá působením . nabitého akumulátoru energie, například pružiny na pohyblivý kontakt.

Výhodnost tohoto uspořádání spočívá v tom, že při vypínání malých proudů je v komutačním prostoru vybudován dostatečně vysoký tlak zhášecího plynu, postačující pro spolehlivou komutaci vypínacího elektrického oblouku z pevného kontaktu na prstencový kontakt.

Posledním význakem vynálezu pak je, že čep z izolačního materiálu je vytvořen jako tryska.

Výhodnost tohoto provedení pak spočívá v tom, že se dosáhne zejména účinného ofukování vypínacího elektrického oblouku.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedení, znázorněného na připojeném výkresu.

Na obr. 1 je znázorněn pohled zepředu na podélný řez výhodným provedením vysokonapěťového vypínače podle vynálezu, přičemž levá .polovina obrázku ukazuje vypínač v zapnuté poloze ES a ve vypnuté poloze AS, jakož i počátek komutace na prstencový kontakt.

Na obr. 2a a 2b je znázorněn pohled zepředu na podélný řez vypínačem podle obr. 1, znázorněný ve zvětšeném měřítku, přičemž vypínač v levé části (aj - obrázku představuje fázi komutace a v pravé části (bj před a po komutaci, jakož i při použití čepu z izolačního materiálu.

V obrázcích jsou stejné části opatřeny stejnými vztahovými značkami. Skříň 10, utěsněná na čelní straně proudového přípoje 20, je naplněna izolujícím tlakovým plynem, například hexafluoridem síry SF6. Ve vnitřku skříně 10 nachází se pevný kontakt 21 a pohyblivý kontakt 31. Pevný kontakt 21 je dutý a má kontakt 22 trvalého proudu a opalovací kontakt 23 vytvořený ve tvaru výstupku. Uvnitř pevného kontaktu 21 je uspořádáno izolační těleso, resp. čep 24 z izolačního materiálu, kterým se zmenší plynový prostor, uzavřený pevným kontaktem 21. Cívka 40 válcového tvaru, obklopující pevný kontakt 21, je na jednom svém konci spojena s pevným kontaktem 21 a na svém druhém konci je prostřednictvím třmenu, tvořícího elektrický spoj 51 spojena -s prstencovým kontaktem 50, který je vůči pevnému kontaktu 21 axiálně přesazený. Pohyblivý kontakt 31, který je prostřednictvím neznázorněných kontaktních lamel elektricky vodivě spojen s proudovým přípojem 30, je vytvořen -dutý a -má ve svém opalovacím kontaktu 32 otvor ve tvaru trysky. Opalovací kontakt 32 odděluje zhášecí prostor 70, obepínající pohyblivý kontakt 31 na opalovací straně a ve kterém se tlak plynu SF6 v důsledku ohřátí rotujícím vypínacím elektrickým obloukem zvýší, do expanzního prostoru 60, do kterého může ohřátý plyn SF6 vstoupit po uvolnění otvoru ve tvaru trysky opalovacího kontaktu 32.

Komutační prostor 71, ohraničený pevným kontaktem 21, čepem 24 z izolačního materiálu, prstencovým kontaktem 50 a opalovacím kontaktem 32 ve tvaru trysky, je spojen prostřednictvím odtokového kanálu 85, vytvořeného jako prstencová mezera, s odlehčovacím prostorem 80 obklopeným stěnami 84, který má dvě komory 81, 83 spojené spolu navzájem prostřednictvím zpětného ventilu 82.

Funkce vysokonapěťového výkonového vypínače podle vynálezu je následující:

V zapnuté poloze vypínače, viz polohu ES v obr. 1, prochází pohyblivý kontakt 31 prstencovým kontaktem 50 a tvoří s dutým pevným kontaktem 21 kolíkové kontaktní й

spojení. Při vypnutí se nejprve oddělí pevný kontakt 22 a pohyblivý kontakt 31 pro trvalý proud a vypínaný proud teče nyní pevným opalovacím kontaktem 23 к pohyblivému kontaktu 31. Jakmile je zrušeno vzájemné spojení opalovacích kontaktů 23, 32, viz polohu KT v obr. 1, vytáhne se mezi oběma těmito kontakty elektrický oblouk, který není znázorněn v obr. 1. Tento elektrický oblouk ohřeje zhášecí plyn, nacházející se v komutačním prostoru 71 a zvýší tam jeho· tlak. Ohřátý zhášecí plyn proudí nyní prstencovou mezerou 85 do první komory 81 odlehčovacího prostoru 80. Tento proud plynu je v obr. 1, 2a a 2b znázorněn šipkami. V obr. 2a je kromě toho ještě znázorněno, jak je elektrický oblouk 90, hořící mezi opalovacími kontakty 23, 32, tímto proudem plynu foukán na prstencový kontakt 50. Tím se způsobuje komutace vypínaného proudu na cívku 49. Proud teče nyní od proudového přípoje 20 přes cívku 40, elektrický spoj 51, prstencový kontakt 50, elektrický oblouk 91, vytažený mezi prstencovým kontaktem 50 a opalovacím kontaktem 32 a přes opalovací kontakt 32 к proudovému přípoji 30, Tato dráha proudu je zřejmá z obr. 2a, kde však není znázzorněn proudový přípoj 30.

Až do okamžiku komutace elektrického oblouku 90 z opalovacího kontaktu 23 na opalovací prstenec 59 může ohřátý plyn unikat pouze prstencovou mezerou 85. Přitom odstraňuje zhášecí plyn zplodiny opálu a kovové páry, které byly vyvolány elektrickým obloukem 90, hořícím mezi opalovacími kontakty 23, 32. Stěny 84 odlehčovacího prostoru 89 obsahují výhodně porézní, spékaný nebo chladicími lamelami opatřený materiál, čímž se způsobí dobré chlazení zhášecího plynu a produkty opálu a kovové páry jsou zde přijaty zejména účinným způsobem.

Při vypínání extrémně vysokých zkratových proudů je možné, že první komora 81 odlehčovacího prostoru 80 nemůže přijmout již všechen ohřátý zhášecí plyn. Tudíž se doporučuje, spojit první komoru 81 prostřednictvím zpětného ventilu 82 s druhou komorou 83, čímž se může odvést přebytečný plyn při vybuzení zpětného ventilu 82 stoupne-li tlak nad předem danou hodnotu.

Jakmile elektrický oblouk 90 komutuje na prstencový kontakt 59 a vypínaný proud teče cívkou 49, počne elektrický oblouk 91 působením magnetického pole cívky 49 velmi rychle rotovat, viz obr. 2a. Tím se zhášecí plyn ohřívá ještě zvýšenou měrou, přičemž se však v důsledku rotace elektrického oblouku dalekosáhlým způsobem zabrání tvoření produktů opálu a kovových par. Ohřátý plyn se odvádí prstencovou mezerou 85 a odstraňuje přitom ještě náhodně se vyskytující produkty opálu a částečky kovu.

Jakmile je otvor opalovacího kontaktu 32 pohyblivého kontaktu 31 otevřen, přičemž tento otvor je vytvořen jako tryska, a který před tím byl uzavřen čepem 24 z izolačního materiálu a přídavně se zruší prostup pohyblivého kontaktu 31 prstencovým kontaktem 50, ohřeje se zhášecí plyn rotujícím elektrickým obloukem 92 ve zhášecím prostoru 70 na zhášecí tlak a otvorem ve tvaru trysky opalovacího kontaktu 32 se dostane do- expanzního prostoru 69. Přitom je elektrický oblouk 92 intenzívně ofukován, jak je znázorněno v obr. 2b, zaháněn do otvoru ve tvaru trysky opalovacího kontaktu 32 pohyblivého kontaktu 31 a zhášen. Pohyb pohyblivého kontaktu 31 se po zhasnutí elektrického oblouku zastaví v poloze AS, to je ve vypínací poloze, resp. v poloze vypnuto-, jak je znázorněno v obr. 1 v levé polovině.

Jak je znázorněno v obr. 2a, může být čep 24 z izolačního materiálu, uzavírající otvor opalovacího kontaktu 32 ve tvaru trysky pohyblivého kontaktu 31, vytvořen jako· dobíhavý kontakt. Cep 24 z izolačního materiálu, na který působí v zapnuté poloze akumulátor energie, například pružina, následuje pohyblivý kontákt 31 tak dlouho, dokud elektrický oblo-ůk nekomutoval na prstencový kontakt 50_t jak je znázorněno čárkovaně v obr. 2b. Cep 24 z izolačního materiálu může být opatřen otvorem, jak je rovněž čárkovaně znázorněno v obr. 2b, čímž nastane po komutaci elektrického oblouku na prstencový kontakt 50 a po uvolnění tohoto otvoru pohyblivým kontaktem 31 dvojnásobné ofukování elektrického oblouku 92.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Vysokonapěťový výkonový vypínač s jedním pevným a jedním axiálně posuvným pohyblivým kontaktem, s nejméně jednou tryskou, kterou při vypínání proudí zhášecí plyn ze zhášecího prostoru do expanzního prostoru, s válcovou cívkou, obklopující pevný kontakt, jejíž jeden konec je spojen s pevným kontaktem a jejíž druhý konec je spojen s prstencovým kontaktem axiálně přesazeným, vzhledem к pevnému kontaktu, vyznačující se tím, že mezi pevným kontaktem (21) a prstencovým kontaktem (50) je uspořádán nejméně jeden odtokový kanál, tvořený prstencovou mezerou (85) probíhající radiálně směrem ven, který spojuje komutační prostor (71) ohraničený pevným kontaktem (21) a prstencovým kontaktem (50), s odlehčovacím prostorem (80).
2. 2. Vysokonapěťový vypínač podle bodu 1, vyznačující se tím, že odlehčovací prostor (80) .má nejméně dvě komory (81, 83) spojené navzájem prostřednictvím zpětného ventilu (82).
3. 3. Vysokonapěťový výkonový vypínač podle některého z bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že stěny [84] odlehčovacího prostoru (80) vykazují porézní, spékaný nebo chladicími lamelami opatřený materiál.
4. 4. Vysokonapěťový výkonový vypínač podle některého z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že v komutačním prostoru (71) je uspořádán čep (24) z izolačního materiálu, uzavírající otvor ve tvaru trysky opalovacího kontaktu (32) pohyblivého kontaktu (31) před komutací vypínacího elektrického oblouku (90).
5. 5. Vysokonapěťový výkonový vypínač podle bodu 4, vyznačující se tím, že čep (24) z izolačního materiálu je vytvořen axiálně posuvně a dosedá působením nabitého· akumulátoru energie, například pružiny v zapnuté poloze vypínače na pohyblivý kontakt (31).
6. 6. Vysokonapěťový výkonový vypínač podle některého z bodů 4 nebo 5, vyznačující se tím, že čep (24) z izolačního materiálu je vytvořen jako tryska.