PL234154B1

PL234154B1 - Super-fast three-phase shorting-arc earthing switch

Info

Publication number: PL234154B1
Application number: PL424707A
Authority: PL
Inventors: Tomasz BARTCZAK; Tomasz Bartczak; Maciej Kamiński; Artur KOZŁOWSKI; Artur Kozłowski; Stanisław Wapniarski
Original assignee: Elektrobudowa Spolka Akcyjna
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2020-01-31
Also published as: PL424707A1

Abstract

Uziemnik składa się z konstrukcji ramowej (1), do której przytwierdzone są trzy komory próżniowe, z wewnętrznymi stykami stałymi (3), połączonymi z torami prądowymi (5) i stykami ruchomymi (4), połączonymi z szyną zwierającą (6), która połączona jest za pomocą przewodu elastycznego (7) z ciągiem uziemiającym (8). Styki ruchome (4) napędzane są za pomocą wału napędowego (9) poprzez układ dźwigni (10) i sprężynę wspomagającą oraz dźwignię napędową (12) połączoną ze sprężyną (13), która z kolei połączona jest z ramą (1). Dźwignia (12) blokowana jest przez wałek blokujący (14) posiadający dźwignię (14.1) połączoną ze sworzniem wyzwalacza ciśnieniowego, który to wyzwalacz wewnątrz rury, posiada mieszek i sprężynę śrubową.The earthing switch consists of a frame structure (1) to which three vacuum chambers are attached, with internal fixed contacts (3), connected to the current paths (5) and movable contacts (4), connected to the short-circuit bus (6), which is connected is via a flexible cable (7) with a grounding string (8). The movable contacts (4) are driven by the drive shaft (9) through the lever system (10) and the supporting spring, as well as the drive lever (12) connected to the spring (13), which in turn is connected to the frame (1). The lever (12) is blocked by a locking shaft (14) having a lever (14.1) connected to the pressure release pin, which release inside the pipe has a bellows and a coil spring.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest uziemnik superszybki trójfazowy łuku zwarciowego do ograniczenia negatywnych skutków zwarć łukowych, międzyfazowych, występujących w rozdzielniach energetycznych zamkniętych średniego napięcia, spowodowanych nagłymi i nieprzewidzianymi zakłóceniami pracy systemu energetycznego wywołującego takie zwarcia.The subject of the invention is a super-fast three-phase short-circuit earthing switch for limiting the negative effects of arc-to-phase short-circuits occurring in medium voltage closed power switchboards, caused by sudden and unforeseen disturbances in the power system operation causing such short-circuits.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL224958 uziemnik superszybki łuku zwarciowego, składający się z ceramicznego korpusu w kształcie walca z wewnętrzną komorą próżniową w której umieszczone są dwa metalowe styki elektryczne, z których jeden - nieruchomy przytwierdzony jest do sztywnej szyny a drugi ruchomy, którego zewnętrzna część - trzon, wystający na zewnątrz, zaopatrzony jest w sprężynę śrubową opierającą się z jednej strony o zewnętrzną powierzchnię korpusu a z drugiej strony o zderzak przytwierdzony do zewnętrznej końcówki trzonu styku ruchomego, do którego przyłączony jest przewód elastyczny, przy czym zderzak ma postać przypominającą kapelusz grzybka. Zestaw trzech takich uziemników, zamontowanych w celi rozdzielnicy tworzy uziemnik trójfazowy zabezpieczający rozdzielnię przed niekorzystnymi skutkami.It is known from the Polish patent description PL224958 a super-fast short-circuit arc earthing switch, consisting of a cylindrical ceramic body with an internal vacuum chamber in which two metal electrical contacts are placed, one of which is fixed to a rigid rail and the other is movable, the outer part of which is - the shaft protruding outwards is provided with a helical spring resting on the one side of the outer surface of the body and on the other side against a bumper fixed to the outer end of the shaft of the movable contact, to which the flexible conduit is connected, the bumper in the form of a mushroom cap. A set of three such earthing switches installed in the switchgear cell form a three-phase earthing switch protecting the switchgear against adverse effects.

W chwili wystąpienia zwarcia łukowego, międzyfazowego, powstawała fala uderzeniowa przemieszczając się uderza również w zderzaki uziemników, które z łatwością pokonują opór sprężyn i przesuwa styki ruchome w stronę styków nieruchomych, które zwierając się powodują natychmiastowe przerwanie zwarcia łukowego.When an interphase arc fault occurs, a shock wave is generated, while moving, it also hits the earthing switch bumpers, which easily overcome the resistance of the springs and shifts the moving contacts towards the stationary contacts, which shortening immediately breaks the arc fault.

Zdarza się jednak, że po zgaszeniu łuku następuje gwałtowny spadek ciśnienia w komorze rozdzielnicy i dochodzi do tego, że sprężyny osadzone na trzonach styków ruchomych uziemników rozprężają się, przez co powodują rozwarcie styków a to z kolei wywołuje iskrzenie między stykami, które niszczy powierzchnię styków, a także może przywrócić zwarcie łukowe. Zjawisko takie ma również niekorzystny wpływ na trwałość uziemnika.It happens, however, that after the arc is extinguished, there is a sharp drop in pressure in the switchgear chamber and the springs on the shafts of the movable earthing switches expand, thus opening the contacts, which in turn causes sparking between the contacts, which destroys the contact surface, and also can restore an arc fault. This phenomenon also has a negative impact on the durability of the earthing switch.

Inny znany z polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.416471 ultra szybki uziemnik wysokiego napięcia składa się z komory próżniowej zamocowanej w obudowie posiadającej styk nieruchomy oraz ruchomy połączony ze sprężyną stykową. Drugi koniec sprężyny stykowej jest połączony z napędem wiroprądowym uziemnika oraz z pierwszą blokadą do stabilizacji położenia uziemnika w położeniu zamkniętym. W skład napędu wiroprądowego wchodzi ruchomy element przewodzący wiroprądowy oraz cewka włączona w obwód elektryczny do wytwarzania prądu o wysokiej częstotliwości i znacznej amplitudzie.Another ultra-fast high-voltage earthing switch known from the Polish patent application P.416471 consists of a vacuum chamber mounted in a housing with a fixed and movable contact connected with a contact spring. The second end of the contact spring is connected to the eddy current drive of the earthing switch and to the first lock for stabilizing the position of the earthing switch in the closed position. The eddy current drive consists of a movable eddy current conducting element and a coil incorporated into an electric circuit to generate high frequency and high amplitude current.

Po stwierdzeniu wystąpienia zwarcia w rozdzielnicy następuje włączenie cewki napędu do obwodu wysokiej częstotliwości co powoduje powstanie prądów wirowych w elemencie przewodzącym wiroprądowym napędu, wskutek czego pojawia się znaczna siła napędowa powodująca zamknięcie styków komory próżniowej uziemnika i zbocznikowanie prądu łuku zwarciowego. Łuk zwarciowy gaśnie a rozwijający się nadal prąd zwarciowy jest wyłączany przez wyłącznik. Uziemnik ten zabezpiecza urządzenia rozdzielnicy przed skutkami prądu zwarciowego, który może prowadzić do zapalenia się łuku wewnątrz rozdzielnicy. Uziemnik może bez wymiany pracować wielokrotnie.After detecting a short circuit in the switchgear, the drive coil is connected to the high-frequency circuit, which causes eddy currents in the eddy current conducting element of the drive, as a result of which a significant driving force appears causing the contacts of the earthing switch vacuum chamber to close and the short-circuit current bypassed. The short-circuit arc is extinguished and the still developing short-circuit current is switched off by the circuit breaker. This earthing switch protects the switchgear equipment against the effects of a short-circuit current that can lead to an arc ignition inside the switchgear. The earthing switch can operate many times without replacement.

Celem wynalazku jest wykorzystanie wysokiego ciśnienia wytwarzanego we wnętrzu rozdzielnic energetycznych podczas zwarć łukowych do natychmiastowego połączenia styków znajdujących się wewnątrz komór uziemników z jednoczesnym podtrzymaniem tego połączenia na czas niezbędny do wygaszenia łuku zwarciowego i zamknięcia zwory zwarcia metalicznego.The aim of the invention is to use the high pressure generated inside power switchgears during arc faults to immediately connect the contacts inside the earthing switch chambers, while maintaining this connection for the time necessary to extinguish the fault arc and close the metallic short-circuit armature.

Uziemnik według wynalazku składa się z konstrukcji ramowej do której przytwierdzone są sztywno trzy komory próżniowe, każda posiadająca wewnątrz parę styków zwarciowych, z których jeden - stały, połączony jest z jednym z trzech sztywnych przewodów elektrycznych stanowiących trójfazowy tor zespołu prądowego urządzenia, a drugi - ruchomy, z każdej komory, połączony jest z szyną zwierającą wszystkie trzy styki ruchome a szyna zwierająca połączona jest, za pomocą elastycznego złącza przewodzącego, z ciągiem uziemiającym urządzenia elektryczne.The earthing switch according to the invention consists of a frame structure to which three vacuum chambers are rigidly attached, each with a pair of short-circuit contacts inside, one of which - a fixed one, is connected to one of the three rigid electric wires constituting the three-phase path of the device's current set, and the other - movable , from each chamber, is connected with the bus that short-circuits all three movable contacts, and the short-circuiting bus is connected, by means of a flexible conductive joint, with the string grounding the electrical devices.

Styki ruchome komór próżniowych napędzane są za pomocą wału napędowego, poprzez układ dźwigni połączonych ze sobą przegubowo. Wał napędzany jest za pomocą sprężyny głównej uziemnika, połączonej z jednej strony do ramy a z drugiej do dźwigni napędzającej wał napędowy, która jest blokowana poprzez wałek blokujący posiadający dźwignię połączoną ze sworzniem umieszczonym wewnątrz ciśnieniowego wyzwalacza.The moving contacts of the vacuum chambers are driven by a drive shaft through a system of articulated levers. The shaft is driven by the main spring of the earthing switch, connected on one side to the frame and on the other side to the lever driving the propeller shaft, which is blocked by a locking shaft having a lever connected to a pin located inside the pressure release.

Ciśnieniowy wyzwalacz uziemnika składa się z pojemnika w kształcie, korzystnie walca, z jednej strony zamkniętego dnem z otworem w środkowej powierzchni, a z drugiej strony zamkniętego pełnym krążkiem, wewnątrz którego umieszczony jest sworzeń, którego jeden koniec wychodzi na zewnątrz przez otwór w dnie i łączy się końcówką dźwigni wałka blokującego a na pozostałą wewnętrzną część sworzniaThe pressure release of the earthing switch consists of a container shaped, preferably a cylinder, on one side closed with a bottom with a hole in the middle surface, and on the other side closed with a full disk, inside which a pin is placed, one end of which extends out through the hole in the bottom and connects the end of the locking shaft lever and the rest of the inner part of the pin

PL 234 154 B1 nasunięty jest mieszek metalowy, którego dolna krawędź zespolona jest z wewnętrzną powierzchnią dna a górna z kołnierzem przytwierdzonym do drugiego końca sworznia, przy czym do kołnierza sworznia przytwierdzona jest jednym końcem sprężyna śrubowa a z drugiego do wewnętrznej powierzchni pełnego krążka walca, przy czym wewnątrz mieszka istnieje podciśnienie zbliżone do próżni.Slipped a metal bellows, the lower edge of which is connected with the inner surface of the bottom and the upper edge with a flange attached to the other end of the pin, with one end of the coil spring attached to the pin flange and the other end to the inner surface of the full roll disc, the other end being there is a vacuum close to a vacuum inside the bellows.

Uziemnik w stanie gotowości ochronnej posiada rozwarte styki wewnętrzne, podtrzymywane w tym stanie przez sprężynę napędową napiętą między zaczepem konstrukcji ramy i zaczepem umieszczonym na jednym końcu, dźwigni napędowej, która to dźwigania osadzona jest na wałku napędowym wyposażonym w zespół dwóch małych dźwigni połączonych z trzonem uziemnika a drugi koniec dźwigni wyposażony jest w zaczep blokujący nacią sprężyny napędowe. W przypadku wystąpienia w rozdzielnicy zwarcia łukowego, następuje w jej wnętrzu, między innymi, gwałtowny wzrost ciśnienia gazów, wywołanego łukiem zwarciowym, którego fala uderzeniowa trafia również w powierzchnię ciśnieniowego wyzwalacza uziemnika, powodując przemieszczenie się sworznia w stronę przegubu łączącego sworzeń z końcówką dźwigni wałka blokującego, co powoduje obrót, o niewielki kąt, wałka blokującego i rozłączenie dźwigni napędu wału z wałkiem blokującym. Powoduje to, że sprężyna, poprzez dźwignię napędową obróci wał, który poprzez zespół dźwigni łącznika; styki ruchome - wał, nastąpi zwarcie wewnętrznych styków uziemnika we wszystkich komorach. W momencie zwarcia się styków w komorach, układ dźwigniowy ustawia się w jednej linii, dzięki czemu zablokowanie styków w komorach w pozycji zamkniętej wyklucza możliwość samoczynnego rozwarcia się tych styków, ponieważ docisk wspomagany jest przez sprężyny umieszczone między trzonami uziemników i zespołem dźwigni.The protective standby earthing switch has open internal contacts, held in this state by the drive spring tensioned between the catch of the frame structure and the catch located at one end of the drive lever, which is mounted on the drive shaft equipped with a set of two small levers connected with the earthing switch shaft and the other end of the lever is equipped with a locking catch under the pressure of the drive springs. In the event of an arc fault in the switchgear, there is, among other things, a sharp increase in gas pressure caused by the short-circuit arc, the shock wave of which also hits the surface of the pressure release of the earthing switch, causing the pin to move towards the joint connecting the pin with the end of the locking shaft lever which causes the locking shaft to rotate by a slight angle and to disengage the shaft drive lever from the locking shaft. This causes the spring, through the drive lever, to turn the shaft, which through the link lever assembly; moving contacts - shaft, internal contacts of the earthing switch in all chambers will short-circuit. When the contacts in the chambers close, the lever system positions itself in one line, thanks to which the locking of the contacts in the chambers in the closed position excludes the possibility of self-opening of these contacts, because the pressure is supported by springs placed between the earthing switch shafts and the lever assembly.

Po zlikwidowaniu zwarcia łukowego w rozdzielnicy i stwierdzeniu zdolności użytkowej rozd zielnicy, uziemnik można przywrócić do pełnienia swojej funkcji.After eliminating the arc fault in the switchgear and confirming the usability of the herbarium switchboard, the earthing switch can be restored to its function.

Uziemnik według wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których Fig. 1 przedstawia widok uziemnika; od strony torów prądowych, Fig. 2 - po obrocie uziemnika o kąt prosty, Fig. 3 - w przekroju A-A w stanie otwartych styków, Fig. 4 - w przekroju B-B układ dźwigni w konstrukcji ramy, Fig. 5 - przekrój A-A w stanie zwartych styków, Fig. 6 - przekrój B-B - układ dźwigni w konstrukcji ramy, Fig. 7 - przekrój podłużny ciśnieniowego wyzwalacza uziemnika.The earthing switch according to the invention is shown in the embodiment in the drawings, in which Fig. 1 shows a view of the earthing switch; from the side of current paths, Fig. 2 - after rotating the earthing switch by a right angle, Fig. 3 - cross-section AA in the open state of contacts, Fig. 4 - cross-section BB, the lever arrangement in the frame structure, Fig. 5 - cross-section AA in closed condition 6 - section BB - lever arrangement in the frame structure, Fig. 7 - longitudinal section of the pressure release of the earthing switch.

Uziemnik według wynalazku składa się z konstrukcji ramowej (1) do której przytwierdzone są trzy komory próżniowe (2), z wewnętrznymi stykami stałymi (3), połączonymi z torami prądowymi (5) i stykami ruchomymi (4), połączonymi z szyną zwierającą (6), która połączona jest za pomocą przewodu elastycznego (7) z ciągiem uziemiającym (8). Styki ruchome napędzane są za pomocą wału napędowego (9) poprzez układ dźwigni (10), i sprężyn (11) wspomagającą docisk oraz dźwignię napędową (12), połączoną ze sprężyną (13), która z kolei połączona jest z ramą (1). Dźwignia napędowa (12) blokowana jest przez wałek blokujący (14) posiadający dźwignię (14.1) połączoną ze sworzniem wewnętrznym (15.1) posiadającym kołnierz (15.5), wyzwalacza ciśnieniowego (15), który to wyzwalacz składa się z rury (15.2) zamkniętej z obu końców, wewnątrz której umieszczony jest mieszek (15.3) i sprężyna śrubowa (15.4).The earthing switch according to the invention consists of a frame structure (1) to which three vacuum chambers (2) are attached, with internal fixed contacts (3) connected to the current lines (5) and movable contacts (4) connected to the short-circuiting rail (6) ), which is connected by a flexible wire (7) to the earthing string (8). The moving contacts are driven by a drive shaft (9) through a system of levers (10) and springs (11) supporting pressure and a drive lever (12) connected to a spring (13), which in turn is connected to the frame (1). The driving lever (12) is blocked by a locking shaft (14) having a lever (14.1) connected to an internal pin (15.1) having a flange (15.5) of a pressure release (15), which release consists of a tube (15.2) closed with both ends, inside which are placed bellows (15.3) and helical spring (15.4).

Claims

Patent claims

1.The ultra-fast three-phase short-circuit arc earthing switch consists of a frame structure to which three vacuum chambers are attached, each with a pair of short-circuit contacts inside, one of which is a fixed contact and the other a movable contact, which are connected to the set of current paths of the device, characterized by that the moving contacts (4) are driven during a short-circuit by the drive shaft (11) through the lever system (12) and the main spring (13) of the earthing switch (2), connected with one end to the frame (1) and the other to one end of the lever (12) connected to the drive shaft (9), which lever (12) at the other end is blocked by a blocking shaft (14), which shaft has a lever (14.1) connected to a socket of a pin (15.1) located inside the pressure release ( 15) earthing switch.

2. The earthing switch according to claim Device according to claim 1, characterized in that the pressure release (15) of the earthing switch (2) is in the form of a pipe (15.2) closed on one side with a bottom with a hole in the center, inside which a pin (15.1) with an upper flange (15.5) is placed, one end of which extends outside, through the hole in the bottom, a bellows (15.3) is slid over the remaining, internal part of the pin, one edge of which rests against the bottom with the hole and the other is connected to the upper flange (15.5), to which the coil spring (15.4) is attached, the other end of which is connected to the other bottom without an opening.

PL234 154B1

Drawings

PL234 154B1

Fig. 4

PL234 154B1

A-A

Section

Fig. 5

Section

Fig. 6

PL234 154B1

Fig. 7