RU2069914C1

RU2069914C1 - High-voltage switch

Info

Publication number: RU2069914C1
Application number: RU92001908A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Апольцев; Г.П. Мальчуков; Г.А. Славин; В.Н. Подъячев
Original assignee: Российское акционерное общество электроэнергетики и электрификации "ЕЭС России"
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention is meant for usage in switches sensitive to high amplitude of restoring voltage installed at substations. High-voltage switch incorporates leads-in 1 and 2 between which arc-control breaks 3 and 4 are positioned in series. Part of them (3) is shunted by resistors 5 with abruptly nonlinear volt-ampere characteristic. Resistor 5 may be common for all shunted arc-control breaks 3. Capacitors to provide uniform distribution of voltage across arc-control breaks may be connected in parallel to all arc-control breaks. In this case capacitance of capacitors connected in parallel to arc-control breaks shunted by resistors 5 is less than capacitance of capacitors connected in parallel to arc control breaks 3 and 4 to which mentioned resistors are not connected. EFFECT: improved operational stability and reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим аппаратам высокого напряжения, и может быть использовано в распределительных устройствах подстанций с многоразрывными маломасляными, воздушными и элегазовыми выключателями. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to high-voltage electrical apparatus, and can be used in switchgears of substations with multi-bursting low-oil, air and gas-insulated switches.

Известен выключатель с четным числом разрывов, половина которых шунтирована резисторами и обеспечивает отключение при высокой скорости восстанавливающегося напряжения, но обладает низкой конечной электрической прочностью, а другая половина разрывов шунтирована конденсаторами и обеспечивает, в отличие от первой, отключение при высокой конечной прочности, но при условии медленного нарастания напряжения (Л.1). A circuit breaker with an even number of breaks is known, half of which is shunted by resistors and provides shutdown at high speed of the recovering voltage, but has low final electric strength, and the other half of breaks is shunted by capacitors and provides, unlike the first, shutdown at high final strength, but subject to a slow rise in voltage (L.1).

Недостатком указанного технического решения является наличие двух систем контактов с увеличением числа дугогасящих разрывов по сравнению с минимально необходимым для обеспечения электрической прочности между разомкнутыми контактами. The disadvantage of this technical solution is the presence of two contact systems with an increase in the number of arcing breaks in comparison with the minimum necessary to ensure electrical strength between open contacts.

Известен выключатель с тиристорной вставкой, шунтирующей главные дугогасящие контакты (Л.2). Known switch with a thyristor insert, shunting the main arcing contacts (L.2).

Недостатком этого выключателя являются очень высокие требования к точности и быстродействию механики, необходимость специального управления тиристорами вставки, а также высокая стоимость и затраты на обслуживание. The disadvantage of this switch is the very high requirements for the accuracy and speed of the mechanics, the need for special control of the insert thyristors, as well as the high cost and maintenance costs.

Известен выключатель высокого напряжения с низкоомным линейным шунтирующим резистором, подключенным параллельно части дугогасящих разрывов (Л.3), что позволяет в результате отключения другой части дугогасящих разрывов, имеющих ту же конструкцию, что и первая, и действующих от того же привода, что и первая, сократить до 0,005 с время протекания тока через резистор. Known high voltage switch with a low-resistance linear shunt resistor connected in parallel to part of the arcing breaks (L.3), which allows as a result of disconnecting another part of the arcing breaks having the same design as the first and acting from the same drive as the first , reduce the current flow through the resistor to 0.005 s.

Недостатком этого технического решения является удвоение числа дугогасящих разрывов, т.е. удорожание выключателя. По этой схеме на базе выключателя ВВБ-110 разработан и изготовлен выключатель ВВУ-35. The disadvantage of this technical solution is to double the number of arcing breaks, i.e. rise in price of the switch. According to this scheme, on the basis of the VVB-110 switch, the VVU-35 switch is designed and manufactured.

Известен выключатель, у которого часть разрывов шунтирована конденсаторами большой емкости, а остальные конденсаторами малой емкости. Разрывы, шунтированные конденсаторами большой емкости, обеспечивают гашение дуги, а остальные окончательное отключение (Л.4). A circuit breaker is known in which part of the gaps is shunted by large capacitors, and the rest by small capacitors. Gaps, shunted by high-capacity capacitors, provide arc quenching, and the rest is the final shutdown (L.4).

Недостатком указанного технического решения является, наряду с большими габаритами конденсаторов большой емкости, также необходимость увеличения числа дугогасящих разрывов. The disadvantage of this technical solution is, along with the large dimensions of large capacitors, the need to increase the number of arcing breaks.

Известен многоразрывный выключатель высокого напряжения, имеющий низкоомный резистор с линейной характеристикой, подключенный параллельно всем дугогасящим разрывам выключателя одновременно и делитель напряжения, шунтирующий каждый разрыв в отдельности (Л.5). Known multi-burst high voltage switch having a low-resistance resistor with a linear characteristic, connected in parallel with all the arcing breaks of the switch at the same time as a voltage divider, shunting each gap individually (L.5).

Недостатком данного многоразрывного выключателя является необходимость дополнительной системы дугогасящих контактов, т.е. усложнение и удорожание конструкции выключателя. Кроме того, при отключении малых токов (реактора, холостого трансформатора, короткой ВЛ, асинхронного хода) низкоомный резистор слабо ограничивает перенапряжения на дополнительной системе контактов, что требует повышения испытательных напряжений между разомкнутыми контактами выключателя. The disadvantage of this multi-burst switch is the need for an additional system of arcing contacts, i.e. complication and appreciation of the design of the switch. In addition, when disconnecting low currents (reactor, idle transformer, short overhead line, asynchronous operation), the low-resistance resistor weakly limits overvoltages on an additional contact system, which requires an increase in test voltages between the open contacts of the circuit breaker.

Известен также элегазовый выключатель фирмы GEC AlSTHOM, в котором каждый дугогасящий разрыв зашунтирован цинкооксидным резистором (Л.6). Этот выключатель является наиболее близким по конструктивному исполнению к заявленному, поэтому он выбран в качестве прототипа предложенного технического решения. Also known is a gas-insulated circuit breaker from GEC AlSTHOM, in which each arcing gap is shunted with a zinc oxide resistor (L.6). This switch is the closest in design to the declared one, therefore it is selected as a prototype of the proposed technical solution.

Недостатком указанного выключателя является ограничение возможности его применения из-за тяжелых воздействий на шунтирующий резистор в режимах с длительным повышением напряжения (отключение асинхронного хода, холостой ВЛ, конденсаторов или кабелей), а также при разбросе времени отключения отдельных дугогасящих разрывов выключателя. Поэтому данный выключатель рекомендуется его разработчиками, в основном, для коммутации шунтирующих реакторов, т. е. в цепях, где не возникает длительных перенапряжений. Кроме того, так как каждый дугогасящий разрыв шунтирован резистором с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, выключатель обладает повышенной материалоемкостью. The disadvantage of this switch is the limitation of the possibility of its use due to heavy impacts on the shunt resistor in modes with a long increase in voltage (shutdown of asynchronous operation, idle overhead lines, capacitors or cables), as well as in the spread of the shutdown time of individual arc breaks of the switch. Therefore, this switch is recommended by its developers, mainly for switching shunt reactors, i.e., in circuits where long overvoltages do not occur. In addition, since each arcing gap is shunted by a resistor with a very non-linear volt-ampere characteristic, the switch has a high material consumption.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей выключателя высокого напряжения, а также снижение его материалоемкости. The aim of the present invention is to expand the functionality of the high voltage switch, as well as reducing its material consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в выключателе высокого напряжения, содержащем одинаковые по конструктивному исполнению дугогасящие разрывы, шунтированные резисторами с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, согласно изобретению, резисторы с резконелинейной вольт-амперной характеристикой подключены к части дугогасящих разрывов. This goal is achieved by the fact that in the high voltage switch containing the same arc-breaking gaps, shunted by resistors with a sharp non-linear volt-ampere characteristic, according to the invention, resistors with a sharp non-linear volt-ampere characteristic are connected to part of the arcing breaks.

Кроме того, согласно изобретению, резистор с резконелинейной вольт-амперной характеристикой может быть выполнен общим для всех шунтированных дугогасящих разрывов. In addition, according to the invention, a resistor with a sharp nonlinear current-voltage characteristic can be made common to all shunted arcing breaks.

В предложенном устройстве параллельно каждому дугогасящему разрыву могут быть подключены конденсаторы, причем емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, зашунтированным упомянутыми резисторами, меньше емкости конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, к которым не подключены упомянутые резисторы, где C₁ < C₂.In the proposed device, capacitors can be connected in parallel to each arcing gap, and the capacitance of the capacitors connected in parallel to the arcing breaks shunted by the mentioned resistors is less than the capacitance of the capacitors connected in parallel to the arcing breaks to which the mentioned resistors are not connected, where C ₁ <C ₂ .

На фиг.1 представлен выключатель высокого напряжения с дугогасящими разрывами, часть которых шунтирована резисторами с резконелинейной вольт-амперной характеристикой. Figure 1 shows a high voltage switch with arcing breaks, some of which are shunted by resistors with a nonlinear current-voltage characteristic.

На фиг.2 представлен выключатель высокого напряжения, в котором резистор с резконелинейной вольт-амперной характеристикой выполнен общим для шунтированных дугогасящих разрывов. Figure 2 presents the high voltage switch, in which a resistor with a nonlinear volt-ampere characteristic is made common for shunted arcing breaks.

На фиг. 3 представлен выключатель высокого напряжения, в котором параллельно всем дугогасящим разрывам подключены конденсаторы. In FIG. Figure 3 shows a high voltage switch in which capacitors are connected in parallel with all the arcing breaks.

Устройство, представленное на фиг.1, содержит вводы 1 и 2 выключателя высокого напряжения, между которыми находятся последовательно соединенные дугогасящие разрывы 3 и 4, часть которых (3) шунтирована резисторами 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой. The device shown in figure 1, contains the inputs 1 and 2 of the high voltage switch, between which there are series-connected arcing breaks 3 and 4, part of which (3) is shunted by resistors 5 with a sharp non-linear current-voltage characteristic.

Устройство, представленное на фиг.2, содержит общий резистор 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой, подключенный параллельно двум дугогасящим разрывам 3. The device shown in figure 2, contains a common resistor 5 with a non-linear volt-ampere characteristic, connected in parallel with two arcing breaks 3.

На фиг. 3 представлен выключатель высокого напряжения, в котором параллельно всем дугогасящим разрывам подключены конденсаторы, причем к дугогасящим разрывам, шунтированным резисторами 5, подключены конденсаторы 6 меньшей емкости, а к дугогасящим разрывам, не шунтированным резисторами 5, подключены конденсаторы 7 большей емкости, соотношение между которыми должно быть близко к следующему:
C₁ + C₂ C₃,
где C₁ емкость конденсаторов, подключенных параллельно дугогасящим разрывам, зашунтированным резисторами 5;
С₂ собственная емкость резистора 5 с резконелинейной вольт-амперной характеристикой;
C₃ емкость конденсатора не зашунтированных резисторами 5.In FIG. Figure 3 shows a high voltage switch, in which capacitors are connected in parallel to all the arcing breaks, and capacitors 6 of a smaller capacity are connected to arcing breaks shunted by resistors 5, and capacitors 7 of a larger capacity are connected to arcing breaks not shunted by resistors 5, the ratio between which should be close to the following:
C ₁ + C ₂ C ₃ ,
where C _{1 is the} capacitance of capacitors connected in parallel with arcing breaks, shunted by resistors 5;
C ₂ own capacitance of the resistor 5 with a nonlinear current-voltage characteristic;
C ₃ capacitance of capacitor not shunted by resistors 5.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом. The device shown in figure 1, operates as follows.

При включенном выключателе напряжение на шунтирующем резисторе 5 равно нулю. В процессе включения выключателя при разбросе времени замыкания отдельных контактов 3 и 4 резистор 5 будет подвергаться воздействию повышенного напряжения на время разброса, если время включения контактов 3 превышает время включения контактов 4. Степень указанного кратковременного превышения напряжения при включении цепи зависит от распределения напряжения между входным сопротивлением цепи и сопротивлением шунтирующего резистора. Последнее при повышении напряжения снижается, следовательно, снижается и степень повышения напряжения. При включении на к.з. у выключателя напряжение на резисторе 5 может достигать U_ф.ном..When the switch is on, the voltage across the shunt resistor 5 is zero. In the process of turning on the circuit breaker during the spread of the closing time of individual contacts 3 and 4, the resistor 5 will be exposed to increased voltage for the spread time if the turn-on time of the contacts 3 exceeds the turn-on time of the contacts 4. The degree of the indicated short-term excess voltage when the circuit is turned on depends on the voltage distribution between the input resistance circuit and resistance of the shunt resistor. The latter decreases with increasing voltage, therefore, decreases the degree of increase in voltage. When you turn on the short circuit at the switch, the voltage across the resistor 5 can reach U _fnom. .

В процессе отключения выключатель вначале имеет нулевое сопротивление (контакты 3 и 4 еще замкнуты); затем, после погасания дуги на шунтированных резистором 5 контактах 3 сопротивление выключателя становится активным, быстро достигая минимальной величины, но достаточной для демпфирования переходного восстанавливающего напряжения. Затем сопротивление резистора 5 увеличивается, снижая тем самым ток практически до нуля. Часть полупериода между моментом достижения колена вольт-амперной характеристики резистора 5 и нулем напряжения сети ток в выключателе будет активным и близким к нулю. После обрыва этого тока контактами, не шунтированными резистором 5, напряжение будет распределено по всем контактам и не будет причины для их перекрытия. В результате резистор 5 в процессе отключения выключателя находится под напряжением не более 0,005 с, что облегчает требования к нему. Форма напряжения косинусоида при частоте 50 Гц. During tripping, the circuit breaker initially has zero resistance (pins 3 and 4 are still closed); then, after the extinction of the arc on the contacts 3 shunted by the resistor 5, the resistance of the switch becomes active, quickly reaching the minimum value, but sufficient to damp the transient recovery voltage. Then the resistance of the resistor 5 increases, thereby reducing the current to almost zero. Part of the half-period between the moment the knee reaches the current-voltage characteristic of resistor 5 and the network voltage zero is the current in the switch will be active and close to zero. After this current is cut off by contacts not shunted by resistor 5, the voltage will be distributed across all the contacts and there will be no reason for their overlap. As a result, the resistor 5 is in the process of opening the circuit breaker under a voltage of not more than 0.005 s, which facilitates the requirements for it. The form of the cosine voltage at a frequency of 50 Hz.

Сущность изобретения состоит во взаимном влиянии нелинейного резистора 5 и дугогасительной системы выключателя в предлагаемой схеме их соединения. Резистор 5 снижает воздействие восстанавливающегося напряжения на изоляцию между разомкнутыми контактами выключателя, а схема выключателя обеспечивает уменьшение длительности воздействия напряжения на указанный резистор 5. The invention consists in the mutual influence of the nonlinear resistor 5 and the arcing system of the switch in the proposed scheme for their connection. The resistor 5 reduces the effect of the recovering voltage on the insulation between the open contacts of the switch, and the circuit breaker provides a reduction in the duration of the voltage on the specified resistor 5.

Резколинейная вольт-амперная характеристика резистора 5 позволяет ограничить высокие перенапряжения в переходных кратковременных режимах. Длительные перенапряжения на резисторе 5 должны быть значительно меньше (в 1,5-1,8 раза) переходных, однако соотношение кратковременных и длительных перенапряжений на изоляции разомкнутых контактов выключателей - противоположно. При отключении в режиме короткого замыкания, когда между разомкнутыми контактами еще находятся остатки дугового столба, прочность изоляции снижена (при U_ном. 500 кВ, U_исп. ≈ 800 кВ), а при отключенном состоянии выключателя, например, в режиме асинхронного хода U_исп. на 30% выше и достигает 1070 кВ. В результате при простом подключении резконелинейного резистора 5 параллельно дугогасящим контактам колено вольт-амперной характеристики резистора 5 должно быть выше длительных перенапряжений, поэтому техническое решение, выбранное в качестве прототипа заявленного, предназначено в основном для выключателей в цепи шунтирующих реакторов, при отключении которых в результате среза тока возникают высокие перенапряжения.The sharp-linear current-voltage characteristic of the resistor 5 allows you to limit high overvoltage in transient short-term modes. Long-term overvoltages on resistor 5 should be significantly less (1.5-1.8 times) transient, however, the ratio of short-term and long-term overvoltages on the insulation of open contacts of switches is the opposite. When tripping in the short circuit mode, when there are still remains of the arc column between the open contacts, the insulation strength is reduced (at U _nom. 500 kV, U _use. ≈ 800 kV), and when the circuit breaker is off, for example, in the asynchronous operation mode U _{use .} 30% higher and reaches 1070 kV. As a result, with a simple connection of a non-linear resistor 5 parallel to the arcing contacts, the elbow of the current-voltage characteristic of the resistor 5 should be higher than long-term overvoltages, therefore, the technical solution chosen as a prototype of the claimed one is intended mainly for circuit breakers in the shunt reactor circuit, when disconnected by a cutoff high voltage surges occur.

В предложенной схеме подключения резконелинейного резистора 5 колено его вольт-амперной характеристики может быть принято ниже длительных перенапряжений, т.к. на резисторы 5 при отключенном выключателе ложится часть общего напряжения на выключателе, зависящая от соотношения числа шунтированных и нешунтированных дугогасящих разрывов. In the proposed connection diagram of the non-linear resistor 5, the elbow of its current-voltage characteristic can be taken below long-term overvoltages, because on resistors 5, when the switch is off, a part of the total voltage on the switch is laid, depending on the ratio of the number of shunted and unshunted arcing breaks.

При подключении конденсаторов, обеспечивающих равномерное распределение напряжения по дугогасящим разрывам, напряжение на резисторах 5 (U_R) в долях от напряжения на выключателе в целом (U_вн) составит:

где X_c и X_cR сопротивления элементов делителя напряжения, образованного последовательно подключенными конденсаторами, причем X_c - сопротивления конденсаторов, параллельно которым не подключены резисторы 5 и соответственно X_cR сопротивления конденсаторов, параллельно которым подключены резисторы 5.When connecting capacitors that provide a uniform distribution of voltage across the arcing breaks, the voltage across the resistors 5 (U _R ) in fractions of the voltage across the circuit breaker as a whole (U _int ) will be:

where X _c and X _{cR are the} resistances of the elements of the voltage divider formed by the series-connected capacitors, and X _c are the resistances of the capacitors, the resistors 5 are not connected in parallel, and, respectively, X _{cR are the} resistors of the capacitors, the resistors 5 are connected in parallel.

Таким образом, новым и существенным по сравнению с прототипом является равномерное распределение напряжения между разными по функциональному назначению элементами, а именно дугогасящими разрывами 3 и 4. Это позволяет в результате уменьшения времени работы резистора 5 уменьшить его сопротивление и материлоемкость, т.е. получить дополнительный эффект. Thus, a new and significant in comparison with the prototype is the uniform distribution of voltage between elements of different functional purpose, namely, arcing breaks 3 and 4. This allows reducing the resistance and material consumption as a result of reducing the operating time of the resistor 5, i.e. get an extra effect.

Предложенное техническое решение найдет в применении в выключателях, чувствительных к высокой амплитуде восстанавливающего напряжения с целью снижения величины восстанавливающихся напряжений на контактах выключателя и облегчения условий гашения дуги. The proposed technical solution will be used in circuit breakers that are sensitive to high amplitude of the recovery voltage in order to reduce the value of the recovery voltage at the contacts of the switch and to facilitate the conditions of arc extinction.

Claims

1. A high-voltage switch containing arcing breaks of the same design, shunted by resistors with a sharp non-linear current-voltage characteristic, characterized in that, in order to expand the functionality of reducing material consumption, resistors with a sharp non-linear voltage-current characteristic are connected to part of the arcing breaks.

2. The circuit breaker according to claim 1, characterized in that the resistor with a sharply non-linear volt-ampere characteristic is made common to all shunted arcing breaks.

3. The switch according to claim 1, characterized in that capacitors are connected in parallel to each arcing gap, and the capacitance of the capacitors connected in parallel to the arcing breaks shunted by the mentioned resistors is less than the capacitance of the capacitors connected in parallel to the arcing breaks to which the mentioned resistors are not connected.