RU2121187C1

RU2121187C1 - Gas-filled electric switch

Info

Publication number: RU2121187C1
Application number: RU97101586A
Authority: RU
Inventors: А.А. Базанов; В.К. Чернышев; В.С. Колонтай
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering, in particular, air-blast SF6 circuit breakers. SUBSTANCE: device has arc-quenching unit, which has pair of ON contacts. Mobile contact is connected to end wall and serves as part of mobile contact unit. In addition device has cap which provides dynamic pair of chamber-plunger type together with end wall, side wall which is located around mobile contact, and mobile contact. EFFECT: increased efficiency of arc-quenching, increased electric strength of contact gap. 1 dwg

Description

Изобретение относится к газовым, в частности элегазовым, электрическим выключателям с устройствами для гашения дуги, использующими энергию дуги для усиления потока дугогасящего газа и автоотбрасывания размыкаемых контактов. The invention relates to gas, in particular gas-insulated, electric switches with devices for extinguishing the arc, using arc energy to enhance the flow of the extinguishing gas and auto-disconnect open contacts.

Известен газонаполненный электрический выключатель: Выключатель с небольшой энергией переключения, Франция, заявка N 2610763, МПК H 01 H 33/95, опубликовано 12.08.88 г. Выключатель снабжен дугогасительным устройством, содержащим размытые контакты, один из которых выполнен подвижным и является частью подвижного контактного узла, торцевую перегородку и хотя бы один канал, один конец которого выходит к размыкаемым концам контактов, а другой - открыт к торцевой перегородке. Кроме того, выключатель содержит неподвижный контактный узел, соединенный с поршнем, расположенным в компрессионной полости, которую образует полуподвижный подпружиненный цилиндр, установленный вокруг неподвижного контактного узла. Поршень разделяет компрессионную полость на два объема. Объем, примыкающий к поршню со стороны, противоположной размыкаемым контактам, сообщается с дутьевым соплом, установленным на неподвижном контактном узле. Указанные выше размыкаемые контакты являются дугогасительными. Выключатель содержит также пару главных контактов, установленных на большом радиусе на подвижном и неподвижном контактных узлах коаксиально дугогасительным контактам. Торцевая перегородка образована торцом цилиндра, расположенным со стороны размыкаемых контактов, причем указанный ранее канал выходит в объем компрессионной полости, примыкающий к торцевой перегородке. Торец цилиндра прижат усилием пружины к подвижному контактному узлу. При этом цилиндр и подвижный контактный узел взаимодействуют друг с другом через присоединенные к ним цилиндрические изоляционные элементы, расположенные вокруг главных контактов. Known gas-filled electrical switch: Switch with low switching energy, France, application N 2610763, IPC H 01 H 33/95, published 12.08.88, the Switch is equipped with an arcing device containing blurry contacts, one of which is movable and is part of a movable contact node, end partition and at least one channel, one end of which extends to the disconnectable ends of the contacts, and the other is open to the end partition. In addition, the switch comprises a fixed contact assembly connected to a piston located in the compression cavity, which is formed by a semi-movable spring-loaded cylinder mounted around the fixed contact assembly. The piston divides the compression cavity into two volumes. The volume adjacent to the piston from the side opposite to the opening contacts is in communication with the blow nozzle mounted on the fixed contact node. The above openable contacts are arcing. The switch also contains a pair of main contacts mounted on a large radius on the movable and fixed contact nodes coaxially arcing contacts. The end wall is formed by the end of the cylinder located on the side of the openable contacts, and the previously mentioned channel extends into the volume of the compression cavity adjacent to the end wall. The end face of the cylinder is pressed by the spring force to the movable contact assembly. In this case, the cylinder and the movable contact node interact with each other through the attached cylindrical insulating elements located around the main contacts.

Выключатель работает следующим образом. Во включенном положении его контакты замкнуты. При отключении подвижный контактный узел приводится в движение. Сначала размыкаются главные контакты, затем - дугогасительные. В момент размыкания дугогасительных контактов загорается электрическая дуга, которая через имеющийся канал сообщения поднимает давление газа, нагреваемого дугой, в объеме компрессионной полости, примыкающем к торцевой перегородке. Возросшее давление газа, воздействуя на торцевую перегородку, обеспечивает (совместно с пружиной) смещение цилиндра для сжатия газа в объеме, примыкающем к поршню со стороны, противоположной размыкаемым контактам. Цилиндр, перемещаясь, толкает подвижный контактный узел, с которым взаимодействует через цилиндрические изоляционные элементы, обеспечивая таким образом дальнейшее размыкание контактов. Сжатый в компрессионной полости газ истекает через дутьевое сопло на дугу и гасит ее, прерывая электрический ток, протекающий через контакты. The switch operates as follows. In the on position, its contacts are closed. When disconnected, the movable contact assembly is driven. First, the main contacts open, then the interrupter contacts. At the moment of opening the arcing contacts, an electric arc lights up, which through the existing communication channel raises the pressure of the gas heated by the arc in the volume of the compression cavity adjacent to the end wall. The increased gas pressure, acting on the end wall, provides (together with the spring) displacement of the cylinder to compress gas in the volume adjacent to the piston from the side opposite to the open contacts. The cylinder, moving, pushes the movable contact node, with which it interacts through the cylindrical insulating elements, thus providing a further opening of the contacts. Compressed gas in the compression cavity flows through the blow nozzle to the arc and extinguishes it, interrupting the electric current flowing through the contacts.

При включении выключателя подвижный контактный узел перемещается в обратном направлении. При этом он нажимает на цилиндр через цилиндрические изоляционные элементы и сдвигает его в первоначальное положение, преодолевая сопротивление газа в компрессионной полости и усиление пружины. When the switch is turned on, the movable contact assembly moves in the opposite direction. At the same time, he presses the cylinder through the cylindrical insulating elements and shifts it to its original position, overcoming the gas resistance in the compression cavity and the spring reinforcement.

Выключатель имеет следующие недостатки. Его конструкция предполагает, что для успешного отключения тока электрическая дуга должна гаситься на длине хода полуподвижного цилиндра, сжимающего газ в компрессионной полости и выталкивающего его на дугу через дутьевое сопло. Поскольку цилиндр при своем перемещении взаимодействует с подвижным контактным узлом, то цилиндрические изоляционные элементы посредством которых осуществляется это взаимодействие, должны выдерживать бросок восстанавливающегося напряжения, возникающий между контактами в момент прерывания тока. Это приводит к необходимости увеличения линейных размеров изолированных элементов, а с ними и всего дугогасительного устройства в целом, т.к. напряжение электрического пробоя вдоль поверхности изолятора в несколько раз меньше напряжения пробоя через газовый промежуток. Напряжение пробоя вдоль поверхности взаимодействующих изоляционных элементов может дополнительно снижаться из-за покрытия поверхностей изоляторов продуктами эрозии конструкционных материалов дугогасительного устройства и в результате теплового воздействия дуги на материал самих изоляторов. Кроме того, увеличение линейных размеров цилиндрических изоляционных элементов предъявляет повышенные требования к их прочности, поскольку они испытывают переменные механические нагрузки, связанные с усилиями, которые возникают при перемещении взаимодействия друг с другом цилиндра и подвижного контактного узла в процессе включения-отключения. Перечисленные факторы снижают надежность работы выключателя. The circuit breaker has the following disadvantages. Its design suggests that in order to successfully turn off the current, the electric arc must be extinguished along the stroke length of the semi-movable cylinder, compressing the gas in the compression cavity and pushing it to the arc through the blast nozzle. Since the cylinder interacts with the movable contact assembly during its movement, the cylindrical insulating elements through which this interaction takes place must withstand the surge of the recovering voltage that occurs between the contacts at the moment of current interruption. This leads to the need to increase the linear dimensions of the isolated elements, and with them the entire arcing device as a whole, because the electric breakdown voltage along the surface of the insulator is several times less than the breakdown voltage through the gas gap. The breakdown voltage along the surface of interacting insulating elements can be further reduced due to the coating of the surfaces of insulators with erosion products of the structural materials of the arcing device and as a result of the thermal effect of the arc on the material of the insulators themselves. In addition, the increase in the linear dimensions of cylindrical insulating elements places increased demands on their strength, since they experience variable mechanical loads associated with the forces that arise when the cylinder and the movable contact assembly move with each other during on-off switching. These factors reduce the reliability of the circuit breaker.

Наиболее близким к заявленному является газонаполненый электрический выключатель: Высоковольтный силовой выключатель, патент США N 4486632, МПК H 01 H 33/88, опубликовано 04.12.84 г. Газонаполненный электрический выключатель снабжен дугогасительбным устройством, содержащим пару размыкаемых контактов, один из которых выполнен подвижным, соединен с торцевой перегородкой и является частью подвижного контактного узла, боковую стенку, расположенную вокруг подвижного контакта, насадку, хотя бы часть которой расположена за торцевой перегородкой со стороны размыкаемых контактов. Насадка образует в комбинации с торцевой перегородкой, боковой стенкой и подвижным контактом динамическую пару типа полость-поршень. Дугогасительное устройство содержит также хотя бы один канал, один конец которого выходит к размыкаемым концам контактов, а другой открыт к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов. Кроме того, выключатель содержит неподвижный контактный узел со вторым контактом указанной контактной пары, компрессионную полость, расположенную вокруг подвижного контакта, и камеру нагрева газа. Насадка выполнена из изоляционного материала, установлена неподвижно и образует торцевую стенку компрессионной полости. Компрессионная полость ограничена снаружи указанной боковой стенкой. Торцевая перегородка расположена в компрессионной полости и играет роль поршня. К торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов присоединена цилиндрическая стенка, окружающая подвижный контакт с кольцевым зазором, которым образован дутьевой канал, причем изоляционная насадка прилегает к наружной поверхности цилиндрической стенки. Камера нагрева газа расположена за торцевой стенкой компрессионной полости вокруг размыкаемых контактов. Насадка установлена относительно неподвижного концевого узла с торцевым зазором, выполненным в форме кольцевого сопла. Через этот зазор камера нагрева газа сообщается с областью размыкания контактов. В торцевой стенке компрессионной полости выполнены отверстия, соединяющие с ней камеру нагрева газа. Таким образом зазор между насадкой и неподвижным контактным узлом образует указанный выше канал, один конец которого выходит к размыкаемым концам контактов, а другой - открыт к торцевой перегородке. Дугогасительный контур в выключателе образуется, например, за счет того, что подвижный контакт выполнен трубчатым. Выключатель может содержать также устройство магнитного вращения дуги для повышения эффективности ее гашения. Closest to the claimed one is a gas-filled electric switch: High-voltage power switch, US patent N 4486632, IPC H 01 H 33/88, published December 4, 84. The gas-filled electric switch is equipped with an arcing device containing a pair of breakable contacts, one of which is movable, connected to the end wall and is part of the movable contact node, a side wall located around the movable contact, a nozzle, at least part of which is located behind the end wall with a hundred ony NC contacts. The nozzle forms, in combination with the end wall, the side wall and the movable contact, a dynamic cavity-piston pair. The arcing device also contains at least one channel, one end of which extends to the openable ends of the contacts, and the other is open to the end wall from the side of the openable contacts. In addition, the switch contains a fixed contact node with a second contact of the specified contact pair, a compression cavity located around the movable contact, and a gas heating chamber. The nozzle is made of insulating material, mounted motionless and forms the end wall of the compression cavity. The compression cavity is bounded externally by the indicated side wall. The end wall is located in the compression cavity and plays the role of a piston. A cylindrical wall is attached to the end wall from the side of the contacts to be opened, surrounding the movable contact with the annular gap by which the blast channel is formed, the insulating nozzle adjacent to the outer surface of the cylindrical wall. The gas heating chamber is located behind the end wall of the compression cavity around the opening contacts. The nozzle is mounted relative to the fixed end unit with an end gap made in the form of an annular nozzle. Through this gap, the gas heating chamber communicates with the contact opening area. Holes are made in the end wall of the compression cavity connecting the gas heating chamber to it. Thus, the gap between the nozzle and the fixed contact node forms the above channel, one end of which goes to the disconnectable ends of the contacts, and the other is open to the end wall. The arcing circuit in the switch is formed, for example, due to the fact that the movable contact is made tubular. The switch may also contain a device for magnetic rotation of the arc to increase the efficiency of its extinction.

Выключатель работает следующим образом. Во включенном положении его контакты замкнуты. При отключении подвижной контакт приводится в движение, контакты размыкаются. При этом цилиндрическая стенка скользит вдоль насадки. Возникающая между контактами дуга обдувается направленным на нее продольным потоком газа, формируемым в результате сжатия газа торцевой перегородкой в компрессионной полости и его истечения через дутьевой канал. Одновременно с этим дуга нагревает газ в камере нагрева, его давление возрастает и начинается интенсивное истечение газа из камеры нагрева на дугу (автогенерация дугогасящего потока) и дальше - через внутреннюю полость подвижного трубчатого контакта. Оба потока смешиваются в области горения дуги, что способствует интенсивному разрушению, охлаждению и гашению дуги. В процессе отключения возрастающее давление газа из камеры нагрева передается через отверстия в торцевой стенке компрессорной полости на торцевую перегородку, осуществляя автоотбрасывание подвижного контакта. The switch operates as follows. In the on position, its contacts are closed. When disconnected, the movable contact is driven, the contacts open. In this case, the cylindrical wall slides along the nozzle. The arc arising between the contacts is blown by a longitudinal gas flow directed at it, which is formed as a result of gas compression by the end wall in the compression cavity and its outflow through the blow channel. At the same time, the arc heats the gas in the heating chamber, its pressure rises and intense gas flow begins from the heating chamber to the arc (self-generation of the quenching flow) and then through the internal cavity of the movable tubular contact. Both streams mix in the area of arc burning, which contributes to intensive destruction, cooling and extinction of the arc. During shutdown, the increasing gas pressure from the heating chamber is transmitted through the holes in the end wall of the compressor cavity to the end wall, automatically dropping the movable contact.

Выключатель имеет следующие недостатки. Несмотря на то, что в конструкции выключателя электропрочность межконтактного промежутка несколько повышена по сравнению с аналогом за счет отсутствия механически взаимодействующих изоляционных элементов, устанавливаемых между контактными узлами, все же она остается еще относительно низкой, поскольку в процессе разведения контактов не происходит увеличения газового промежутка между насадкой и неподвижным контактным узлом. При этом насадка не может быть изначально установлена на большом расстоянии относительно неподвижного контактного узла, т.к. кольцевой зазор между ними служит в качестве сопла для истечения газа из камеры нагрева в область размыкания контактов. Увеличение этого расстояния привело бы к снижению эффективности гашения дуги. Другим недостатком выключателя является то, что газ из камеры нагрева засасывается на всей длине хода подвижного контакта в объем разрежения компрессионной полости, примыкающей к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов. Иными словами, объем камеры нагрева газа не остается постоянным и непрерывно возрастает за счет дополнительного присоединения к нему объема компрессионной полости, освобождаемого в процессе перемещения подвижного контактного узла. Это снижает давление газа в камере нагрева и уменьшает перепад давлений в дугогасительном устройстве, отрицательно сказываясь на эффективности гашения дуги. The circuit breaker has the following disadvantages. Despite the fact that in the design of the circuit breaker, the electrical strength of the contact gap is slightly increased compared to the analog due to the absence of mechanically interacting insulating elements installed between the contact nodes, nevertheless it remains relatively low, since the gas gap between the nozzle does not increase during the separation of contacts and fixed contact node. In this case, the nozzle cannot be initially installed at a large distance relative to the fixed contact node, because the annular gap between them serves as a nozzle for the outflow of gas from the heating chamber to the contact opening area. An increase in this distance would lead to a decrease in the efficiency of arc extinction. Another disadvantage of the switch is that the gas from the heating chamber is sucked along the entire stroke length of the movable contact into the rarefaction volume of the compression cavity adjacent to the end wall from the openable contacts. In other words, the volume of the gas heating chamber does not remain constant and continuously increases due to the additional attachment to it of the volume of the compression cavity, released during the movement of the movable contact node. This reduces the gas pressure in the heating chamber and reduces the pressure drop in the arcing device, adversely affecting the efficiency of arc extinction.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения отключающей способности и надежности работы газонаполненных электрических выключателей, использующих энергию дуги для усиления потока дугогасящего газа и автоотбрасывания размыкаемых контактов. The claimed invention solves the problem of increasing the breaking capacity and the reliability of gas-filled electrical switches that use arc energy to enhance the flow of extinguishing gas and auto-disconnect open contacts.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение, по сравнению с прототипом, эффективности гашения дуги и электропрочности межконтактного промежутка, достигаемой в процессе размыкания контактов. The technical result of the claimed invention is to increase, compared with the prototype, the efficiency of arc extinction and the electrical strength of the contact gap achieved in the process of opening contacts.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным газонаполненным электрическим выключателем с дугогасительным устройством, содержащим пару размыкаемых контактов, один из которых выполнен подвижным, соединен с торцевой перегородкой и является частью подвижного контактного узла, боковую стенку, расположенную вокруг подвижного контакта, насадку, хотя бы часть которой расположена за торцевой перегородкой со стороны размыкаемых контактов, образующую в комбинации с торцевой перегородкой, боковой стенкой и подвижным контактом динамическую пару типа полость - поршень, хотя бы один канал, один конец которого выходит к размыкаемым концам контактов, а другой - открыт к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов, новым является то, что насадка выполнена ограниченно-подвижной, содержит указанный канал и установлена таким образом, что отделяет размыкаемые концы контактов от пространства, окружающего дугогасительное устройство, хотя бы на части длины хода подвижного контактного узла, который снабжен средством для ее захвата. The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known gas-filled electric switch with an arcing device containing a pair of breakable contacts, one of which is movable, connected to the end wall and is part of the movable contact node, a side wall located around the movable contact, nozzle, at least part of which is located behind the end wall from the side of the opening contacts, forming in combination with the end wall, side wall and by a moving contact, a dynamic cavity-piston pair, at least one channel, one end of which extends to the openable ends of the contacts, and the other is open to the end wall from the side of the openable contacts, new is that the nozzle is made limited-movable, contains the specified channel and installed in such a way that separates the breakable ends of the contacts from the space surrounding the arcing device, at least part of the stroke length of the movable contact node, which is equipped with a means for its capture.

Поскольку в заявленном техническом решении насадка содержит указанный канал, то при размыкании контактов возникающая между ними дуга поднимает давление газа через этот канал сообщения в объеме, примыкающем к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов. При этом отделение насадкой размыкаемых контактов хотя бы на части длины хода подвижного контактного узла от пространства, окружающего дугогасительное устройство, предотвращает сброс в него газа из-под насадки на это части длины хода, что привело бы к уменьшению перепада давлений в дугогасительном устройстве и к снижению эффективности гашения дуги. Возрастающее давление газа стремится вытолкнуть насадку в направлении, противоположном направлению движения подвижного контакта. Поэтому ее подвижность в этом направлении должна быть ограничена. В процессе перемещения подвижного контакта и соединенной с ним торцевой перегородки относительно насадки начинает формироваться и заполняться газом объем камеры нагрева (следует заметить, что в данном выключателе до момента начала размыкания контактов камеры нагрева газа может, как таковой, вообще не существовать). Так как насадка выполнена подвижной, а подвижный контактный узел снабжен средством для ее захвата, то в процессе его перемещения насадка захватывается и в дальнейшем перемещается вместе с подвижным контактным узлом. Поэтому после захвата насадки объем камеры нагрева газа оказывается сформированным и перестает расти. Этим достигается повышение давлен я газа в камере нагрева по сравнению с прототипом, в котором объем камеры нагрева газа увеличивается на всей длине хода подвижного контактного узла. В результате возрастает перепад давлений газа в дугогасительном устройстве и, следовательно, повышается эффективность гашения дуги за счет процесса автогенерации дугогасящего потока. Одновременно с процессом формирования объема камеры нагрева газа происходит, как в прототипе, автообрасывание подвижного контакта возрастающим в камере нагрева давлением газа, которое воздействует на соединенную с ним торцевую перегородку. После захвата насадки на завершающей стадии размыкания контактов она, перемещаясь вместе с подвижным контактным узлом, сдвигается на расстояние, необходимое для образования газового промежутка между контактами выключателя. Таким образом электропрочность межконтактного промежутка, в отличии от прототипа, может регулироваться за счет выбора расстояния, на которое перемещается насадка. При этом, поскольку газовый промежуток обладает высокими электроизолирующими свойствами, а его длина при том же межконтактном расстоянии может быть увеличена по сравнению с прототипом, вероятность электрических пробоев между контактами существенно уменьшается. С другой стороны, при заданной электропрочности межконтактного промежутка для включателей на высокие классы напряжений захват и смещение насадки позволяет уменьшить продольный размер их дугогасительных устройств. Since the nozzle contains the specified channel in the claimed technical solution, when the contacts open, the arc arising between them raises the gas pressure through this communication channel in a volume adjacent to the end wall from the side of the contacts to be opened. In this case, the separation of the disconnected contacts by the nozzle at least part of the stroke length of the movable contact assembly from the space surrounding the arcing device prevents gas from being discharged into it from the nozzle on this part of the stroke length, which would lead to a decrease in the pressure drop in the arcing device and to a decrease arc extinction efficiency. The increasing gas pressure tends to push the nozzle in the opposite direction to the moving contact. Therefore, its mobility in this direction should be limited. In the process of moving the movable contact and the end wall connected to it relative to the nozzle, the volume of the heating chamber begins to form and fill with gas (it should be noted that in this switch until the beginning of opening the contacts of the gas heating chamber, as such, may not exist at all). Since the nozzle is movable, and the movable contact node is equipped with a means for its capture, in the process of moving it, the nozzle is captured and subsequently moves together with the movable contact node. Therefore, after capturing the nozzle, the volume of the gas heating chamber is formed and stops growing. This achieves an increase in gas pressure in the heating chamber compared to the prototype, in which the volume of the gas heating chamber increases over the entire stroke length of the movable contact assembly. As a result, the differential pressure of the gas in the extinguishing device increases and, consequently, the efficiency of extinguishing the arc due to the process of self-generation of the extinguishing stream increases. Simultaneously with the process of forming the volume of the gas heating chamber, as in the prototype, auto-flushing of the movable contact occurs with increasing gas pressure in the heating chamber, which acts on the end wall connected to it. After capturing the nozzle at the final stage of opening the contacts, it, moving together with the movable contact node, is shifted by the distance necessary for the formation of a gas gap between the contacts of the switch. Thus, the electrical strength of the contact gap, in contrast to the prototype, can be adjusted by choosing the distance over which the nozzle moves. In this case, since the gas gap has high electrical insulating properties, and its length at the same intercontact distance can be increased compared to the prototype, the likelihood of electrical breakdowns between the contacts is significantly reduced. On the other hand, with a given electrical strength of the contact gap for switches with high voltage classes, the gripping and displacement of the nozzle allows to reduce the longitudinal size of their arcing devices.

На чертеже приведен пример исполнения конструкции заявляемого газонаполненного электрического выключателя. Выключатель изображен: во включенном положении - слева от оси симметрии, в отключенном - справа. The drawing shows an example of the design of the inventive gas-filled electrical switch. The switch is shown: in the on position - to the left of the axis of symmetry, in the off position - on the right.

Выключатель снабжен дугогасительным устройство, содержащим пару размыкаемых контактов 1 и 2, один из которых 2 выполнен подвижным, соединен с торцовой перегородкой 3 и является частью подвижного контактного узла, боковую стенку 4, расположенную вокруг подвижного контакта, насадку 5, хотя бы часть которой расположена за торцевой перегородкой 3 со стороны размыкаемых контактов. Насадка образует в комбинации с торцевой перегородкой 3, боковой стенкой 4 и подвижным контактом 2 динамическую пару типа полость - поршень. Дугогасительное устройство содержит также каналы 6, один конец которых выходит к размыкаемым концам контактов, а другой - открыт к торцевой перегородке 3 со стороны размыкаемых контактов. Насадка 5 выполнена ограниченно-подвижной и содержит указанные каналы, а подвижный контактный узел снабжен средством для ее захвата. The switch is equipped with an arcing device containing a pair of breakable contacts 1 and 2, one of which 2 is movable, connected to the end wall 3 and is part of the movable contact assembly, side wall 4 located around the movable contact, nozzle 5, at least part of which is located behind end partition 3 from the side of the opening contacts. The nozzle forms, in combination with the end wall 3, the side wall 4 and the movable contact 2, a dynamic cavity-piston pair. The arcing device also contains channels 6, one end of which extends to the openable ends of the contacts, and the other is open to the end wall 3 from the side of the openable contacts. The nozzle 5 is made limited-movable and contains these channels, and the movable contact node is equipped with a means for its capture.

Следует заметить, что средство для захвата насадки, которое должно обеспечивать ее захват при перемещении подвижного контактного узла, конструктивно может быть выполнено различным образом. В представленном на фигуре примере в качестве средства для захвата насадки служит торцевая перегородка 3, которая при перемещении подвижного контактного узла взаимодействует с кольцевым буртиком 7 на насадке 5. Количество и исполнение каналов также может быть различным. В представленном примере каналы 6 выполнены в форме отверстий в насадке, которые входят в кольцевую проточку 8, открытую к торцевой перегородке. Сама насадка состоит из двух частей: металлического хвостовика 9 и наконечника 10, расположенного за торцевой перегородкой со стороны размыкаемых контактов. Наконечник выполнен из дугостойкого изоляционного материала, охватывает размыкаемые концы контактов 1 и 2, образуя с ними скользящую газонепроницаемую посадку, и упирается в основание неподвижного контактного узла 11, на котором смонтирован контакт 1. It should be noted that the means for gripping the nozzle, which should ensure its capture when moving the movable contact node, can be structurally performed in various ways. In the example shown in the figure, an end wall 3 serves as a means for gripping the nozzle, which interacts with the annular collar 7 on the nozzle 5 when moving the movable contact assembly. The number and design of channels can also be different. In the presented example, the channels 6 are made in the form of holes in the nozzle, which are included in the annular groove 8, open to the end wall. The nozzle itself consists of two parts: a metal shank 9 and a tip 10 located behind the end wall from the side of the open contacts. The tip is made of arc-resistant insulating material, covers the breakable ends of the contacts 1 and 2, forming a gas-tight fit with them, and abuts against the base of the fixed contact unit 11, on which the contact 1 is mounted.

Кроме того, выключатель содержит компрессионную полость 12, примыкающую к торцевой перегородке 3 со стороны, противоположной размыкаемым контактам, неподвижный поршень 13, расположенный в компрессионной полости, и пару главных контактов 14 и 15. Контакты 1 и 2 являются дугогасительными. Боковая стенка 4 дугогасительного устройства служит, одновременно, внешней стенкой компрессорной полости и соединена с торцевой перегородкой 3 и с подвижным контактом 2, причем с последним соединение выполнено с помощью соединительных элементов 16. Она имеет цилиндрическую форму и заканчивается главным контактом 15. Между насадкой и боковой стенкой имеет кольцевой зазор 17, а боковая стенка снабжена кольцевым запорным буртиком 18, который выполнен по размеру этого зазора. Использование кольцевого зазорного буртика в сочетании с тем, что насадка охватывает размыкаемые концы дугогасительных контактов, позволяет отделить их телом насадки от пространства, окружающего дугогасительное устройство, на части длины хода подвижного контактного узла. In addition, the switch contains a compression cavity 12 adjacent to the end wall 3 from the side opposite to the open contacts, a stationary piston 13 located in the compression cavity, and a pair of main contacts 14 and 15. Contacts 1 and 2 are arcing. The side wall 4 of the arcing device serves, at the same time, as the external wall of the compressor cavity and is connected to the end wall 3 and to the movable contact 2, and the latter is connected using the connecting elements 16. It has a cylindrical shape and ends with the main contact 15. Between the nozzle and the side the wall has an annular gap 17, and the side wall is provided with an annular locking collar 18, which is made to the size of this gap. The use of an annular gap bead in combination with the nozzle covering the openable ends of the arcing contacts allows them to be separated by the nozzle body from the space surrounding the arcing device, in part of the stroke length of the movable contact assembly.

Насадка установлена таким образом, что проходит через торцевую перегородку 3 в компрессорную полость 12, и расположена относительно неподвижного контакта 2 с кольцевым зазором, который образует дутьевой канал 19. Конец хвостовика 9 насадки расположен в кольцевом зазоре между подвижным контактом 2 и поршнем 13 и прилегает к последнему. В хвостовике установлена пружина 20, которая упруго взаимодействует с насадкой и, через соединительные элементы 16, с подвижным контактом. В стенке дутьевой насадки имеются отверстия 21, соединяющие компрессионную полость 12 с дутьевым каналом 19, который отделен от указанного кольцевого зазора перегородкой 22. The nozzle is installed in such a way that it passes through the end wall 3 into the compressor cavity 12, and is located relative to the stationary contact 2 with the annular gap, which forms the blast channel 19. The end of the nozzle shank 9 is located in the annular gap between the movable contact 2 and the piston 13 and is adjacent to the last one. A spring 20 is installed in the shank, which elastically interacts with the nozzle and, through the connecting elements 16, with a movable contact. In the wall of the blower nozzle there are openings 21 connecting the compression cavity 12 with the blower channel 19, which is separated from the specified annular gap by a partition 22.

Поршень выключателя снабжен обратными клапанами 23, открывающимися в компрессионную полость. Для обеспечения дугогасительного контура подвижный контакт 2 выключателя выполнен полым. Скользящий контакт 24 служит для передачи тока, протекающего через главные контакты выключателя, на соединенную с поршнем неподвижную цилиндрическую шину 25, в которой выполнены пазы 26 для перемещения соединительных элементов 16. Выключатель заключен в герметичный корпус 27, заполненный газом, например, элегазом (SF₆).The piston of the switch is equipped with check valves 23, opening into the compression cavity. To ensure the arcing circuit, the movable contact 2 of the switch is hollow. Sliding contact 24 serves to transfer current flowing through the main contacts of the switch to a fixed cylindrical tire 25 connected to the piston, in which grooves 26 are made for moving the connecting elements 16. The switch is enclosed in a sealed housing 27 filled with gas, for example, SF6 gas (SF ₆ )

Работает выключатель следующим образом. Во включенном положении его контакты замкнуты. При отключении подвижный контактный узел приводится в движение. Сначала размыкаются главные контакты 14 и 15, затем - дугогсительные 1 и 2. К моменту размыкания дугогасительных контактов кольцевой запорный буртик 18 заходит в кольцевой зазор 17 между насадкой и боковой стенкой, тем самым перекрывая канал сообщения, соединяющий объем, примыкающий к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов, с пространством, окружающим дугогасительное устройство. Между дугогасительными контактами 1 и 2 при их размыкании загорается электрическая дуга, которая разогревает газ и через каналы 6, выполненные в изоляционном наконечнике насадки, поднимает его давление в указанном объеме, который, таким образом, играет роль камеры нагрева газа. Объем камеры нагрева газа продолжает формироваться, увеличиваясь в размере, в процессе перемещения подвижного контакта 2 и соединенной с ним торцевой перегородки 3 относительно насадки 5, которая остается неподвижной, поскольку прижимается усилием пружины 20 и нарастающим в камере нагрева давлением газа к неподвижному контактному узлу 11. Одновременно с этим происходит предварительное сжатие газа в компрессионной полости 12 надвигающейся на неподвижный поршень 13 торцевой перегородкой 3. При этом торцевая перегородка скользит вдоль поверхности хвостовика насадки. Прилегание конца хвостовика 9 насадки к поршню 13 препятствует сбросу газа из компрессионной полости 12 через зазор между хвостовиком и поршнем. Для этой же цели служит и перегородка 22 на хвостовике насадки. После того как подвижный контакт 2 переместится на расстояние, необходимое для открытия дутьевого канала 19, начинается интенсивное истечение предварительно сжатого в компрессионной полости газа через отверстия 21 в хвостовике насадки и через дутьевой канал на дугу. Одновременно в нуле тока дуга продувается потоком газа истекающим на нее из камеры нагрева через каналы 6. The switch operates as follows. In the on position, its contacts are closed. When disconnected, the movable contact assembly is driven. First, the main contacts 14 and 15 open, then the arcing contacts 1 and 2. At the moment of opening the arcing contacts, the annular locking collar 18 enters the annular gap 17 between the nozzle and the side wall, thereby blocking the communication channel connecting the volume adjacent to the end wall from the side opening contacts, with the space surrounding the arrester. Between the interrupter contacts 1 and 2, when they open, an electric arc ignites, which heats the gas and, through channels 6 made in the insulating tip of the nozzle, raises its pressure in the indicated volume, which thus plays the role of a gas heating chamber. The volume of the gas heating chamber continues to form, increasing in size, during the movement of the movable contact 2 and the end wall 3 connected to it relative to the nozzle 5, which remains stationary, because it is pressed by the force of the spring 20 and the gas pressure increasing in the heating chamber to the fixed contact unit 11. At the same time, a preliminary compression of the gas occurs in the compression cavity 12 of the end partition 3 approaching the stationary piston 13. In this case, the end partition slides along the top Shank nozzles. The fit of the end of the shank 9 of the nozzle to the piston 13 prevents the discharge of gas from the compression cavity 12 through the gap between the shank and the piston. For the same purpose, the partition 22 on the nozzle shank also serves. After the movable contact 2 moves to the distance necessary to open the blast channel 19, intense flow of gas pre-compressed in the compression cavity begins through the holes 21 in the nozzle shank and through the blast channel to the arc. At the same time, at zero current, the arc is blown by a gas stream flowing onto it from the heating chamber through channels 6.

После открытия дутьевого канала насадка 5 захватывается торцевой перегородкой 3, наезжающей на кольцевой буртик 7, и в дальнейшем перемещается совместно с подвижным контактным узлом. При этом объем камеры нагрева газа оказывается сформированным и после захвата насадки при дальнейшем перемещении подвижного контактного узла остается неизменным, чем достигается повышение гашения дуги по сравнению с прототипом за счет дополнительного возрастания давления газа в камере нагрева и, следовательно, усиления интенсивности газового потока, направленного на дугу. Количество это можно оценить, воспользовавшись выражением для скорости изменения давления газа P в камере нагрева, что газ идеален и имеет постоянную теплоемкость

где
γ - - показатель адиабаты используемого газа;
V, P₀, V₀ - переменный объем, начальное давление и объем камеры нагрева;
W - энергия, выделенная дугой;
R - газовая постоянная;
T - температура газа;
μ - - грамм-молекула газа;
m - массовый расход газа через внутреннюю полость подвижного контакта.After opening the blast channel, the nozzle 5 is captured by the end wall 3, which runs onto the annular flange 7, and subsequently moves together with the movable contact node. In this case, the volume of the gas heating chamber is formed and after capturing the nozzle with further movement of the movable contact assembly, it remains unchanged, which results in an increase in arc quenching compared to the prototype due to an additional increase in gas pressure in the heating chamber and, consequently, an increase in the intensity of the gas flow directed to an arc. This quantity can be estimated using the expression for the rate of change of gas pressure P in the heating chamber that the gas is ideal and has a constant heat capacity

Where
γ - is the adiabatic index of the gas used;
V, P ₀ , V ₀ - variable volume, initial pressure and volume of the heating chamber;
W is the energy released by the arc;
R is the gas constant;
T is the gas temperature;
μ - is the gram molecule of the gas;
m is the mass flow rate of gas through the internal cavity of the movable contact.

Из приведенного выражения видно, что приращение давления газа в камере нагрева за счет выделения в ней тепловой энергии дуги ограничивается из-за сброса газа через внутреннюю полость подвижного контакта, а также вследствие увеличения объема камеры в процессе перемещения подвижного контактного узла. Поскольку производная dV/dt обращается в нуль после захвата насадки 5, то влияние последнего фактора в заявляемом техническом решении снижается, чем достигается указанное повышение эффективности гашения дуги. It can be seen from the above expression that the increment of the gas pressure in the heating chamber due to the release of the thermal energy of the arc in it is limited due to the discharge of gas through the internal cavity of the movable contact, and also due to an increase in the volume of the chamber during the movement of the movable contact assembly. Since the derivative dV / dt vanishes after capturing the nozzle 5, the influence of the latter factor in the claimed technical solution is reduced, thereby achieving the specified increase in the efficiency of arc extinction.

Так как насадка установлена таким образом, что ее изоляционный наконечник 10 газонепроницаемо охватывает размыкаемые концы дугогасительных контактов 1 и 2, а кольцевой буртик 18 к моменту размыкания дугогсительных контактов перекрывает кольцевой зазор 17 между насадкой и боковой стенкой 4, то это предотвращает сброс газа из области размыкания дугогасительных контактов в пространство, окружающее дугогасительное устройство, до момента, пока изоляционный наконечник 10 насадки не сойдет с дугогасительного контакта 1 при перемещении насадки после ее захвата подвижным контактным узлом (указанный сброс газа мог бы привести к снижению эффективности гашения дуги по сравнению с прототипом из-за его потери из дугогасительного контура, не связанной с процессом дугогашения, и из-за уменьшения перепада давлений в дугогасительном устройстве). Таким образом до момента сползания изоляционного наконечника насадки с контакта 1 дутье осуществляется только через внутреннюю полость контакта 2. В результате воздействия на дугу потоков газа, формируемых за счет его истечения в нуле тока из камеры нагрева и за счет автокомпрессионного сжатия газа, она разрушается и гаснет. При этом выполнение наконечника 10 насадки из дугостойкого изоляционного материала и разведение его и дугогасительного контакта 1 на конечной стадии размыкания контактов обеспечивают электропрочность межконтактного промежутка. Since the nozzle is installed in such a way that its insulating tip 10 gas-tightly covers the openable ends of the arcing contacts 1 and 2, and the annular flange 18 overlaps the annular gap 17 between the nozzle and the side wall 4 by the moment the arcing contacts open, this prevents gas from being discharged from the opening area of the arcing contacts into the space surrounding the arcing device, until the insulating tip 10 of the nozzle comes off the arcing contact 1 when moving the nozzle along after its capture by the movable contact unit (this gas discharge could lead to a decrease in the efficiency of arc extinction compared to the prototype due to its loss from the arcing circuit, not related to the arcing process, and due to a decrease in the pressure drop in the arcing device). Thus, until the insulating tip of the nozzle slides off contact 1, the blast is carried out only through the internal cavity of contact 2. As a result of the action of gas flows formed on the arc due to its outflow from the heating chamber at zero and due to autocompression gas compression, it collapses and goes out . In this case, the execution of the tip 10 of the nozzle from an arc-resistant insulating material and its dilution and the arcing contact 1 at the final stage of opening of the contacts ensure the electrical strength of the contact gap.

Следует заметить также, что, аналогично прототипу, в процессе отключения выключателя имеет место автоотбрасывание подвижного контакта 2, которое возникает в результате воздействия на торцевую перегородку 3 возрастающего в камере нагрева давления газа. Автоотбрасывание происходит до момента захвата насадки подвижным контактным узлом. It should also be noted that, similarly to the prototype, in the process of opening the circuit breaker, auto-dropping of the movable contact 2 takes place, which occurs as a result of exposure to the end wall 3 of the gas pressure increasing in the heating chamber. Auto-rejection occurs until the nozzle is captured by the movable contact assembly.

Таким образом, приведенная конструкция выключателя позволяет повысить, по сравнению с прототипом, эффективность гашения дуги и электропрочность межконтактного промежутка, сохраняя при этом облегченный режим работы привода за счет автоотбрасывания подвижного контакта. Thus, the design of the switch allows to increase, compared with the prototype, the efficiency of arc extinction and the electrical strength of the contact gap, while maintaining a lightweight drive mode due to auto-dropping of the movable contact.

При включении выключателя подвижный контактный узел перемещается в обратном направлении. После того как изолированный наконечник насадки упрется в неподвижный контактный узел 11, где из объема, примыкающего к торцевой перегородке со стороны размыкаемых контактов (т.е. из камера нагрева газа), выталкивается через каналы 6 наружу, а после их перекрытия подвижным контактом - через открывающийся кольцевой зазор 17 между насадкой и боковой стенкой дугогасительного устройства. Одновременно компрессионная полость 12 заполняется дугогасительным газом через обратные клапаны 23, подготавливая выключатель к последующему отключению. When the switch is turned on, the movable contact assembly moves in the opposite direction. After the insulated nozzle tip abuts against the fixed contact unit 11, where it is pushed out through the channels 6 from the volume adjacent to the end wall from the openable contacts (i.e., from the gas heating chamber), and after they are blocked by the movable contact, through an opening annular gap 17 between the nozzle and the side wall of the arcing device. At the same time, the compression cavity 12 is filled with an extinguishing gas through the check valves 23, preparing the circuit breaker for subsequent shutdown.

Claims

A gas-filled electrical switch with an arcing device containing a pair of breakable contacts, one of which is movable, connected to the end partition and is part of the movable contact assembly, a side wall located around the movable contact, a nozzle, at least part of which is located behind the end partition from the side of the disconnect contacts, forming in combination with the end wall, side wall and movable contact a dynamic cavity-piston pair, at least one channel, one the end of which goes to the openable ends of the contacts, and the other is open to the end wall from the side of the openable contacts, characterized in that the nozzle is limited-movable, contains the specified channel and is installed in such a way that separates the openable ends of the contacts from the space surrounding the arcing device, at least part of the stroke length of the movable contact node, which is equipped with a means for its capture.