RU2161834C2 - Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch - Google Patents
Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161834C2 RU2161834C2 RU98106318A RU98106318A RU2161834C2 RU 2161834 C2 RU2161834 C2 RU 2161834C2 RU 98106318 A RU98106318 A RU 98106318A RU 98106318 A RU98106318 A RU 98106318A RU 2161834 C2 RU2161834 C2 RU 2161834C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- movable
- gas
- spring
- contact
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам (ДУ) высоковольтных газонаполненных выключателей промышленных электросетей. The present invention relates to electrical engineering, namely to arcing devices (DU) of high-voltage gas-filled switches of industrial power networks.
Известны ДУ [1] газонаполненных (элегазовых) высоковольтных выключателей, содержащие неподвижные и подвижные главный и дугогасительный контакты и поршневое устройство для формирования потока элегаза. Known remote control [1] gas-filled (SF6) high-voltage switches containing fixed and movable main and arcing contacts and a piston device for forming a stream of SF6 gas.
Для отключения тока привод отодвигает подвижную группу элементов, включающую подвижный электрод, диэлектрическое сопло и цилиндр от неподвижного дугогасительного электрода (неподвижного относительно корпуса). При появлении межэлектродного промежутка в нем возникает дуга, по которой проходит отключаемый ток. Одновременно при движении подвижной группы компрессионный объем между цилиндром подвижного электрода и неподвижным поршнем сжимается. To turn off the current, the drive pushes the movable group of elements, including the movable electrode, the dielectric nozzle and the cylinder, from the stationary arcing electrode (stationary relative to the housing). When the interelectrode gap appears, an arc appears in it, along which the disconnected current passes. At the same time, when the movable group moves, the compression volume between the cylinder of the movable electrode and the stationary piston is compressed.
Элегаз вытекает высокоскоростным потоком из сжимаемой полости через сопло в межэлектродный промежуток. Интенсивный обдув дуги обеспечивает уменьшение температуры плазмы дуги и восстановление электрической прочности промежутка. SF6 gas flows out from the compressible cavity through a nozzle into the interelectrode gap by a high-speed flow. Intensive blowing of the arc reduces the temperature of the plasma arc and restores the electrical strength of the gap.
Элегаз (SF6) обладает высокой электропрочностью, высокой теплоемкостью, что обеспечивает эффективное гашение дуги и отключение тока при относительно небольших габаритах выключателя. SF6 gas (SF6) has high electrical strength, high heat capacity, which ensures efficient arc extinction and current cutoff with relatively small dimensions of the circuit breaker.
Недостаток такой конструкции ДУ связан с явлением закупорки сопла (А.А. Чунихин. Электрические аппараты, Москва, Энергоатомиздат. 1986 г., стр. 169), суть которого заключается в том, что при больших величинах отключаемого тока в электрической дуге выделяется большое количество тепловой энергии, что повышает давление газа в межэлектродном промежутке и в сообщающейся с ним полости сжатия до критической величины, когда усилие привода оказывается не достаточным на дальнейшее сжатие газа. Большое давление газа замедляет движение подвижной группы, включающей сопло и подвижный электрод. В результате промежуток между дугогасительными электродами оказывается недоразведенным, и планируемая электропрочность промежутка не обеспечивается в заданный временной интервал. Из-за этого явления величина тока, которую может надежно отключать выключатель уменьшается. The disadvantage of this design of the remote control is associated with the phenomenon of clogging of the nozzle (A.A. Chunikhin. Electrical apparatuses, Moscow, Energoatomizdat. 1986, p. 169), the essence of which is that at large values of the disconnected current in the electric arc, a large amount of thermal energy, which increases the gas pressure in the interelectrode gap and in the compression cavity communicating with it to a critical value, when the drive force is not sufficient to further compress the gas. High gas pressure slows down the movement of the mobile group, including the nozzle and the movable electrode. As a result, the gap between the arcing electrodes is underdeveloped, and the planned electrical strength of the gap is not provided at a given time interval. Due to this phenomenon, the amount of current that the circuit breaker can reliably close is reduced.
Автором известны ДУ выключателя [2], в которых неподвижный поршень снабжен предохранительным клапаном. При повышении давления газа в полости сжатия до критической величины предохранительный клапан открывается, и часть газа из полости сжатия сбрасывается, давление остается ниже критического, и движение подвижного контакта не прекращается. The author knows the remote control of the switch [2], in which the stationary piston is equipped with a safety valve. When the gas pressure in the compression cavity increases to a critical value, the safety valve opens, and part of the gas from the compression cavity is released, the pressure remains below the critical value, and the movement of the movable contact does not stop.
Недостатком такого решения является сброс части газа из полости сжатия, т. к. при этом количество газа, продуваемого через сопло, уменьшается, что снижает надежность работы выключателя. The disadvantage of this solution is the discharge of part of the gas from the compression cavity, since the amount of gas blown through the nozzle decreases, which reduces the reliability of the circuit breaker.
Нам известен газовый выключатель, в котором сжимаемая полость ДУ образована цилиндром и подпружиненным поршнем [3], т.е. по сравнению с традиционной схемой автокомпрессионного выключателя неподвижный поршень в сжимаемой полости заменен подпружиненным подвижным поршнем. Однако такое конструктивное решение имеет недостаток, заключающийся в том, что подвижный поршень имеет подвижные соединения как по наружному диаметру, так и по внутреннему диаметру относительно штока подвижного контакта, в которых между сопрягаемыми поверхностями имеются зазоры. Это приводит к дополнительным люфтам, затрудняет выполнение требования точного ориентирования подвижного контакта при его вхождении в неподвижный контакт, а также вызывает повышенный износ, увеличение люфтов и снижение эксплуатационного ресурса выключателя. Последнее особенно важно, т.к. выключатель должен по отечественным и международным стандартам эксплуатироваться 30 лет и обеспечивать надежное срабатывание не менее чем в 5 тысячах циклов при усилии на штоке подвижного контакта до 10 тонн. We know a gas switch in which the compressible cavity of the remote control is formed by a cylinder and a spring-loaded piston [3], i.e. Compared to the traditional circuit of the autocompression switch, the stationary piston in the compressible cavity is replaced by a spring-loaded movable piston. However, this constructive solution has the disadvantage that the movable piston has movable joints both in the outer diameter and in the inner diameter relative to the rod of the movable contact, in which there are gaps between the mating surfaces. This leads to additional backlash, makes it difficult to meet the exact orientation requirements of the movable contact when it enters the stationary contact, and also causes increased wear, increased backlash and reduced circuit breaker service life. The latter is especially important since the circuit breaker must be operated for 30 years according to domestic and international standards and provide reliable operation for at least 5 thousand cycles with a force on the stock of the movable contact of up to 10 tons.
Известен выключатель с автокомпрессионным ДУ двухстороннего дутья [4], содержащий неподвижный и подвижный главные и дугогасительные контакты, изоляционное сопло и полость сжатия между подвижной контактной группой и неподвижным поршнем. Внутрь полости сжатия дополнительно введен инерционный ограниченно подвижный поршень, который укреплен на пружине между внутренней поверхностью изоляционного сопла и внешней поверхностью дугогасительного контакта и отделен от инерционного поршня кольцевым каналом. При подаче команды на отключение привод перемещает подвижную контактную группу выключателя. При движении подвижной контактной группы относительно неподвижного поршня происходит сжатие элегаза в полости сжатия. Инерционный поршень, укрепленный на пружине, в начале процесса разгона движется в обратном направлении относительно движения подвижной контактной группы выключателя, а затем движется внутри полости сжатия колебательно. Поэтому приэлектродная часть объема в момент разведения контактов сжимается эффективнее, максимальное импульсное давление газа в межконтактном промежутке за счет колебаний дополнительно увеличивается, обеспечивая интенсивное продувание электрической дуги элегазом, что способствует повышению надежности отключения тока. Known circuit breaker with autocompression control double-sided blast [4], containing fixed and movable main and arcing contacts, an insulating nozzle and a compression cavity between the movable contact group and the stationary piston. An inertial limited movable piston is additionally introduced inside the compression cavity, which is mounted on a spring between the inner surface of the insulating nozzle and the outer surface of the arcing contact and is separated from the inertial piston by an annular channel. When a trip command is issued, the drive moves the movable contact group of the switch. When the movable contact group is moving relative to the stationary piston, the SF6 gas is compressed in the compression cavity. The inertial piston, mounted on a spring, at the beginning of the acceleration process moves in the opposite direction relative to the movement of the moving contact group of the switch, and then moves oscillatory inside the compression cavity. Therefore, the near-electrode part of the volume at the moment of contact separation is compressed more efficiently, the maximum pulse pressure of the gas in the contact gap due to oscillations is additionally increased, providing intensive blowing of the electric arc by SF6 gas, which helps to increase the reliability of current shutdown.
Недостатком такого дугогасительного устройства является то, что конструкция и размещение подвижного поршня не устраняет эффекта закупорки сопла электрической дугой при больших токах. Размещение инерционного поршня в полости сжатия не ограничивает величину давления в ней. Давление газа из-за большого выделения энергии в дуге при больших токах может достигать критических значений, при которых тормозящее действие давления газа на подвижную группу превышает максимальное усилие привода. The disadvantage of such an arcing device is that the design and placement of the movable piston does not eliminate the effect of clogging of the nozzle by an electric arc at high currents. Placing an inertial piston in the compression cavity does not limit the amount of pressure in it. Gas pressure due to the large energy release in the arc at high currents can reach critical values at which the inhibitory effect of gas pressure on the moving group exceeds the maximum drive force.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является ДУ [5] автокомпрессионного типа, содержащего подвижный цилиндр с закрепленным на нем изоляционным соплом и трубчатым контактом с отверстиями в боковой стенке, неподвижный поршень, установленный на цилиндрическом основании. Внутри указанного цилиндрического основания неподвижного поршня установлен подвижный поршень, который соединен с трубчатым контактом, причем указанные отверстия в боковой стенке этого контакта соединяют внутреннюю полость его с полостью внутри цилиндрического основания между неподвижным и подвижным поршнем. При выполнении операции "отключение" в полости над неподвижным поршнем происходит сжатие газа, а в полости, образованной подвижным поршнем и цилиндрическим основанием неподвижного поршня, при этом образуется разряжение. Это обстоятельство приводит к перетеку газа через сопло и трубчатый контакт из полости сжатия в полость разряжения. Closest to the proposed device is a remote control [5] of an autocompression type, comprising a movable cylinder with an insulating nozzle fixed to it and tubular contact with holes in the side wall, a fixed piston mounted on a cylindrical base. A movable piston is mounted inside said cylindrical base of the stationary piston, which is connected to a tubular contact, said holes in the side wall of this contact connecting its internal cavity with a cavity inside the cylindrical base between the stationary and movable piston. During the “shutdown” operation, gas compression occurs in the cavity above the stationary piston, and a vacuum is formed in the cavity formed by the movable piston and the cylindrical base of the stationary piston. This circumstance leads to gas overflow through the nozzle and tubular contact from the compression cavity to the vacuum cavity.
Преимуществом предложенной конструкции является то, что она создает к моменту размыкания дугогасительных контактов, т.е. при малом ходе и соответственно при малом приросте давления в полости сжатия увеличенный перепад давления между зоной размыкаемых контактов и объема разряжения, который обеспечивает большую интенсивность обдува дуги и тем самым способствует увеличению отключающей способности. The advantage of the proposed design is that it creates by the moment of opening the arcing contacts, i.e. with a small stroke and, accordingly, with a small increase in pressure in the compression cavity, the increased pressure drop between the zone of open contacts and the volume of vacuum, which provides a greater intensity of blowing the arc and thereby contributes to an increase in breaking capacity.
Недостатком такой конструкции является, что она не устраняет эффекта закупорки сопла электрической дугой при больших токах, т.к. полость сжатия сообщается с полостью разряжения через межконтактный промежуток, в котором происходит выделение большого количества тепловой энергии дуги, приводящей к подъему давления, и, как следствие, замедлению движения подвижной группы элементов ДУ. The disadvantage of this design is that it does not eliminate the effect of clogging of the nozzle by an electric arc at high currents, because the compression cavity communicates with the vacuum cavity through the intercontact gap, in which a large amount of thermal energy of the arc is released, which leads to a rise in pressure, and, as a consequence, slows down the movement of the mobile group of elements of the remote control.
Сложность отключения токов короткого замыкания промышленных электросетей, величины которых могут достигать многих десятков килоампер, связана с тем, что в дуге при разведении контактов за полупериод протекания тока происходит выделение энергии порядка 100 кДж, что эквивалентно выделению энергии при взрыве 20 грамм тротила. Это приводит к дополнительному подъему температуры и давления газа, в том числе и в полости сжатия, которая непосредственно сообщается с межконтактным промежутком. Поэтому возникает задача повысить надежность работы выключателя при отключении токов короткого замыкания. The difficulty in switching off the short-circuit currents of industrial power grids, the values of which can reach many tens of kiloamperes, is connected with the fact that in the arc during the separation of the contacts during the half-cycle of the current flow, energy is released about 100 kJ, which is equivalent to the energy released during the explosion of 20 grams of TNT. This leads to an additional rise in temperature and gas pressure, including in the compression cavity, which is directly connected with the contact gap. Therefore, the task arises to improve the reliability of the circuit breaker when disconnecting short circuit currents.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности работы выключателя при больших величинах (50...80 кА) отключаемого тока путем предотвращения преждевременной остановки подвижного электрода. The technical result of the present invention is to increase the reliability of the circuit breaker at large values (50 ... 80 kA) of the disconnected current by preventing premature stopping of the movable electrode.
Достигается это тем, что в дугогасительном устройстве высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем неподвижный и связанные с приводом подвижные главные и дугогасительные контакты, изоляционное сопло, полость сжатия между подвижным цилиндром и неподвижным поршнем, неподвижный поршень имеет основание, в котором образована цилиндрическая полость, сообщающаяся с полостью сжатия и установлен подвижный поршень, коаксиально расположенный и подпружиненный относительно неподвижного поршня, причем предварительный натяг пружины выполнен в соответствии с соотношением
G=F·S2·K/S1,
где F - максимальное усилие привода (Н);
S1 - площадь рабочей поверхности неподвижного поршня (м2);
S2 - площадь рабочей поверхности подвижного поршня (м2),
К - коэффициент запаса устойчивости работы привода, принимаемый равным 0,4...0,6.This is achieved by the fact that in the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch containing a stationary and associated with the drive movable main and arcing contacts, an insulating nozzle, a compression cavity between the movable cylinder and the stationary piston, the stationary piston has a base in which a cylindrical cavity communicating with a compression piston and a movable piston is installed, coaxially located and spring-loaded relative to the stationary piston, spring tightness is made in accordance with the ratio
G = F · S2 · K / S1,
where F is the maximum drive force (N);
S1 - the area of the working surface of the stationary piston (m 2 );
S2 - the area of the working surface of the movable piston (m 2 ),
K is the safety factor of the drive, taken equal to 0.4 ... 0.6.
На стенке цилиндрического основания целесообразно выполнить страховочное выхлопное отверстие. On the wall of the cylindrical base, it is advisable to make a safety exhaust hole.
В предлагаемом решении подвижный поршень используется совместно с основным неподвижным поршнем. При этом шток подвижного контакта можно крепить на подшипниках скольжения в отверстии по оси неподвижного поршня. Такое крепление подвижного контакта достаточно жесткое, оно обеспечивает сохранность надежной ориентации подвижного контакта и работоспособность контактной группы в течение требуемого рабочего ресурса выключателя. In the proposed solution, the movable piston is used in conjunction with the main stationary piston. In this case, the rod of the movable contact can be mounted on sliding bearings in the hole along the axis of the stationary piston. This fastening of the movable contact is quite rigid, it ensures the safety of a reliable orientation of the movable contact and the operability of the contact group during the required working life of the switch.
Для размещения подвижного подпружиненного поршня в основании основного поршня выполнена цилиндрическая полость, сообщающаяся с полостью сжатия. Подвижный поршень может перемещаться в своей полости, регулируя давление газа в сжимаемой полости, и таким образом, обеспечивает повышение надежности работы выключателя при больших токах. To accommodate the movable spring-loaded piston at the base of the main piston, a cylindrical cavity is made, communicating with the compression cavity. The movable piston can move in its cavity, regulating the gas pressure in the compressible cavity, and thus, provides increased reliability of the circuit breaker at high currents.
Наличие дополнительного подвижного поршня, который подпружинен относительно неподвижного поршня с натягом пружины, выбранным по соотношению (1), который согласован с усилием привода, обеспечивает ограничение давления в полости сжатия на уровне ниже критического значения давления, при котором происходит преждевременная остановка разведения контактных групп. The presence of an additional movable piston, which is spring-loaded relative to the stationary piston with a spring interference, selected according to relation (1), which is consistent with the drive force, ensures that the pressure in the compression cavity is limited to a level below the critical pressure value at which the contact groups are stopped prematurely.
При достижении планируемой величины давления, составляющей 0,4...0.6, от критического значения давления, пружина, удерживающая подвижный поршень, начинает деформироваться (сжиматься), дальнейший темп сжатия газа и подъем давления газа выше заданного оптимального значения замедляется, что позволяет развести контакты на планируемое расстояние, обеспечивающее электропрочность межэлектродного промежутка. When the planned pressure value of 0.4 ... 0.6 is reached from the critical pressure value, the spring holding the movable piston begins to deform (compress), the further gas compression rate and the rise in gas pressure above a predetermined optimal value slows down, which allows the contacts to separate at the planned distance, providing electrical strength of the interelectrode gap.
Т.к. отключаемый ток изменяется во времени по синусоидальному закону, то в моменты перехода тока через нуль (при смене направления протекания тока) выделение джоулевого тепла в дуге также прекращается, и давление в полости сжатия оказывается выше давления в межэлектродном промежутке. В эти моменты дугогасительный промежуток эффективно обдувается и охлаждается газом из полости сжатия. Наличие пружины подвижного поршня обеспечивает более длительный обдув промежутка. Длительность обдува промежутка увеличивается на то время, в течение которого пружина распрямляется и, толкая, подвижный поршень, вытесняет газ из цилиндрической полости в сопло Это способствует более глубокому охлаждению и повышению электропрочности газа в дугогасительном промежутке и более надежному отключению тока большой амплитуды. Because Since the switched-off current changes in time according to a sinusoidal law, at the moments when the current passes through zero (when changing the direction of the current flow), the generation of Joule heat in the arc also stops, and the pressure in the compression cavity is higher than the pressure in the interelectrode gap. At these moments, the arcing gap is effectively blown and cooled by gas from the compression cavity. The presence of the spring of the movable piston provides a longer blowing gap. The duration of the blowing of the gap increases for the time during which the spring is straightened and, pushing, the movable piston displaces the gas from the cylindrical cavity into the nozzle.This contributes to deeper cooling and increased electric strength of the gas in the arcing gap and a more reliable disconnection of large amplitude current.
В случае смещения дополнительного поршня до положения, определяемого отношением (2), сопротивление пружины возрастает до величины, при которой давление газа в сжимаемой полости повышается до 0.8 от критического значения давления, приводящего к остановке подвижной группы и таким образом к нарушению нормальной работы выключателя. В данной позиции поршень открывает страховочное выхлопное отверстие в стенке цилиндрической полости. Это обеспечивает сброс части сжимаемого газа из полости сжатия, прекращение роста его давления. If the additional piston is displaced to the position determined by relation (2), the spring resistance increases to a value at which the gas pressure in the compressible cavity rises to 0.8 from the critical pressure value, which leads to the stop of the movable group and thus to the disruption of the normal operation of the switch. In this position, the piston opens a safety exhaust hole in the wall of the cylindrical cavity. This ensures the discharge of part of the compressible gas from the compression cavity, the cessation of its pressure growth.
На фиг. 1 предлагаемое ДУ. На левой половине фиг. 1 изображено состояние ДУ при замкнутом положении контактных электродов, на правой половине - в разомкнутом. In FIG. 1 proposed remote control. In the left half of FIG. 1 shows the state of the remote control when the contact electrodes are closed, on the right half - in the open.
Дугогасительное устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, неподвижную контактную группу, включающую главный контакт 2, и дугогасительный контакт 3, подвижную группу, включающую подвижный главный контакт 4, подвижный дугогасительный контакт 5, диэлектрическое сопло 6, цилиндр 7. Детали 4,5,6,7 подвижной контактной группы скреплены между собой с помощью диска 8, который имеет отверстия для свободного прохождения газа. Подвижная контактная группа приводится в движение приводом, который связан с ней через шток 9 (крепление на чертеже условно не показано). Цилиндр 7 и неподвижный поршень 10 образуют полость сжатия газа 11. Со стороны, противоположной полости сжатия 11 в цилиндрическом основании поршня 10 выполнена цилиндрическая полость 12, в которой установлен подвижный поршень 13, укрепленный на пружине 14, имеющей предварительный натяг. Пружина 14 сжата между поршнем 13 и электродом 15. Между поршнями 10 и 13 установлена клапанная пластина 16. Электроды 15 и 17 служат для подсоединения выключателя в электрическую сеть. В стенке цилиндра основания неподвижного поршня сделано страховочное выхлопное отверстие 18. The arcing device (Fig. 1) contains a housing 1, a fixed contact group including the main contact 2, and an arcing contact 3, a mobile group including a movable main contact 4, a movable arcing contact 5, dielectric nozzle 6, cylinder 7. Details 4,5 6,7 of the movable contact group are fastened together using a disk 8, which has openings for free passage of gas. The movable contact group is driven by a drive that is connected to it through the rod 9 (the mount is not conventionally shown in the drawing). The cylinder 7 and the stationary piston 10 form a gas compression cavity 11. On the side opposite to the compression cavity 11, a cylindrical cavity 12 is made in the cylindrical base of the piston 10, in which a movable piston 13 is mounted, mounted on a spring 14 having a preload. A spring 14 is compressed between the piston 13 and the electrode 15. A valve plate 16 is installed between the pistons 10 and 13. The electrodes 15 and 17 are used to connect the switch to the electrical network. In the cylinder wall of the base of the stationary piston, a safety exhaust hole 18 is made.
При включенном положении выключателя, показанном на левой половине фиг. 1, ток проходит параллельно по замкнутым главным контактам 2 и 4 и дугогасительным контактам 3 и 5. With the on position of the switch shown in the left half of FIG. 1, the current flows in parallel through closed main contacts 2 and 4 and arcing contacts 3 and 5.
При работе выключателя на отключение переменного тока небольшой величины привод за шток 9 отводит подвижную контактную группу от неподвижной. За счет разницы перекрытия главных 2, 4 и дугогасительных 3, 5 контактов вначале разъединяются главные контакты 2, 4 без образования дуги, т.к. ток может еще протекать по дугогасительным контактам 3, 5, продолжающим идти на размыкание. Когда начинают расходиться дугогасительные контакты 3, 5, между ними возникает дуговой канал высокотемпературного токопроводящего газа. Одновременно с размыканием контактов движение подвижной группы приводит из-за ее приближения к неподвижному поршню 10 к уменьшению сжимаемой полости 11. Давление газа в полости сжатия повышается и формируется поток газа, вытесняемого через сопло 6 в область горения дуги между контактами, что приводит к ее охлаждению, восстановлению электропрочности промежутка между контактами 3, 5 и отключению тока. When the switch is used to turn off an alternating current of a small size, the drive behind the rod 9 moves the movable contact group away from the stationary one. Due to the difference in the overlap of the main 2, 4 and interrupter 3, 5 contacts, the main contacts 2, 4 are first disconnected without arcing, because current can still flow through the arcing contacts 3, 5, continuing to go on opening. When the arcing contacts 3, 5 begin to diverge, an arc channel of a high-temperature conductive gas arises between them. Simultaneously with the opening of the contacts, the movement of the mobile group, due to its approach to the stationary piston 10, reduces the compressible cavity 11. The gas pressure in the compression cavity increases and a gas flow is formed, displaced through the nozzle 6 into the arc burning area between the contacts, which leads to its cooling , restoring the electrical strength of the gap between contacts 3, 5 and turning off the current.
Отключение больших токов короткого замыкания имеет особенности, связанные с выделением в электрической дуге больших мощностей энергии, что приводит к дополнительному повышению энергосодержания газа, в том числе в полости сжатия 11, сообщающейся с дугогасительным промежутком между электродами 3, 5. Поэтому подъем давления газа в полости сжатия 11 происходит круче, чем при отключении малых токов. The disconnection of large short-circuit currents has features associated with the release of large energy powers in the electric arc, which leads to an additional increase in the gas energy content, including in the compression cavity 11, which communicates with the arcing gap between the electrodes 3, 5. Therefore, the gas pressure rises in the cavity Compression 11 occurs steeper than when disconnecting low currents.
Пружина 14 настроена так, что в случае, если давление в полости сжатия приблизится к критическому уровню, при котором возникает опасность того, что привод не сможет обеспечить дальнейшее движение подвижной группы элементов 4, 5, 6, 7, пружина 14 начинает сжиматься, поршень 13 начинает отодвигаться, что обеспечивает увеличение объема полости сжатия. При этом подъем давления газа резко замедляется, что дает возможность приводу продолжить перемещение подвижной группы и обеспечить увеличение промежутка между электродами до планируемой величины, обеспечивающей необходимую электропрочность. Газ при этом из полости сжатия 11 не сбрасывается. Надежная работа выключателя обеспечивается тем, что предварительный натяг пружины подвижного поршня по соответствию (1) выбран таким образом, что пружина подвижного поршня начинает сжиматься при повышении давления газа до уровня значения 0.6 от критического давления газа, которое способно останавливать перемещение подвижной группы под действием привода. Сжатие пружины регулирует подъем давления газа в полости сжатия. The spring 14 is configured so that if the pressure in the compression cavity approaches a critical level at which there is a danger that the drive will not be able to provide further movement of the mobile group of elements 4, 5, 6, 7, the spring 14 begins to compress, the piston 13 begins to move away, which provides an increase in the volume of the compression cavity. At the same time, the rise in gas pressure slows down sharply, which makes it possible for the drive to continue moving the mobile group and to provide an increase in the gap between the electrodes to the planned value, providing the necessary electrical strength. Gas from the compression cavity 11 is not discharged. Reliable operation of the switch is ensured by the fact that the preload of the spring of the movable piston according to (1) is selected so that the spring of the movable piston begins to compress when the gas pressure increases to a value of 0.6 from the critical gas pressure, which can stop the movement of the movable group under the action of the drive. Spring compression controls the rise in gas pressure in the compression cavity.
Поскольку в выключателе протекает переменный ток, то при очередной смене направления во временном интервале вблизи нуля тока выделение мощности становится близким к нулю, и давление плазмы в дуге уменьшается. При этом давление газа в полости сжатия становится достаточным для продувки дуги в межэлектродном промежутке. Весь объем газа из сжимаемой полости усилиями привода и распрямляющейся пружины подвижного поршня продувается через дугогасительный промежуток, что интенсивно охлаждает газ, восстанавливает электропрочность и обеспечивает прекращение протекания (отключение) тока. Since alternating current flows in the switch, the next time the direction changes in the time interval near the current zero, the power release becomes close to zero, and the plasma pressure in the arc decreases. In this case, the gas pressure in the compression cavity becomes sufficient to purge the arc in the interelectrode gap. The entire volume of gas from the compressible cavity by the forces of the drive and the spring of the movable piston is blown through the arcing gap, which intensively cools the gas, restores electrical strength and ensures the termination of the flow (shutdown) of the current.
При максимально больших величинах отключаемого тока и большом вкладе электрической энергии в нагрев и повышение давления газа подвижный поршень может быть отжат до положения, при котором пружина займет предельно сжатое состояние. Если это произойдет, то подвижный поршень откроет страховочное отверстие 18, расположение которого определяется из соотношения (2). Это гарантирует перемещение подвижной группы до планируемого положения, обеспечивающего электропрочность промежутка между дугогасительными контактами и надежное отключение тока в результате обдува дуги потоком газа и восстановления электропрочности при прохождении отключаемого переменного тока через нулевое значение. With the largest possible disconnected current and the large contribution of electric energy to heating and increasing the gas pressure, the movable piston can be squeezed to a position in which the spring will occupy an extremely compressed state. If this happens, the movable piston will open the safety hole 18, the location of which is determined from relation (2). This ensures that the movable group moves to the planned position, ensuring the electric strength of the gap between the arcing contacts and reliable disconnection of the current as a result of blowing the arc with a gas stream and restoring the electric strength when the disconnected alternating current passes through the zero value.
При работе выключателя на включение привод воздействует на шток в направлении замыкания контактов. When the switch is operated, the actuator acts on the stem in the direction of contact closure to close.
В примере конкретного выполнения корпус дугогасительного устройства выполнен из фарфора цилиндрической формы, торцевые электроды выполнены из алюминия. В качестве рабочего газа использован элегаз по ТУ-02-1249-83 при номинальном давлении около 5 ати. Уплотнения подвижных соединений выполнены с помощью фторопластовых прокладок. Страховочное отверстие выполнено диаметром 4,5 мм. In an example of a specific embodiment, the body of the arcing device is made of cylindrical porcelain, the end electrodes are made of aluminum. As the working gas, SF6 gas was used in accordance with TU-02-1249-83 at a nominal pressure of about 5 atm. Seals of movable joints are made using fluoroplastic gaskets. The safety hole is made with a diameter of 4.5 mm.
То, что в предлагаемой конструкции сохранен неподвижный поршень, обеспечивает надежную ориентацию подвижной группы контактов на замыкание относительно неподвижных, малый износ деталей и надежную работу выключателя в течение 5000 циклов рабочего ресурса. The fact that the fixed piston is retained in the proposed design ensures reliable orientation of the moving group of contacts to short circuit relative to fixed ones, low wear of parts and reliable operation of the circuit breaker for 5000 cycles of working life.
Настоящее изобретение обеспечивает повышение надежности работы выключателя при больших (50...80 кА) токах короткого замыкания в течение гарантированного числа циклов рабочего ресурса промышленных выключателей. The present invention provides improved reliability of the circuit breaker at high (50 ... 80 kA) short circuit currents for a guaranteed number of cycles of the working life of industrial switches.
В решении по настоящей заявке, использующем крепление дополнительного поршня на пружинном механизме с предварительным натягом, герметичность полости сжатия не нарушается и количество газа, охлаждающего дугу, не уменьшается. Ограничение давления в полости сжатия достигается не сбросом газа, как в конструкции с клапаном, а увеличением объема полости сжатия. In the decision of this application, using the mounting of an additional piston on a spring mechanism with preload, the tightness of the compression cavity is not broken and the amount of gas cooling the arc is not reduced. The pressure limitation in the compression cavity is achieved not by gas discharge, as in the design with the valve, but by increasing the volume of the compression cavity.
Источники информации:
1. А.Д.Чунихин "Электрические аппараты" Москва, Энергоатомиздат, 1988 г.Sources of information:
1. A.D. Chunikhin "Electrical apparatus" Moscow, Energoatomizdat, 1988
2. Рекламное описание "Damler-Benz Industrie AEG, SF6 - Leistungbbchiter der 3. Generation" AEG Fktiengesellschft, Hochspannungsgerae, Lilienthalstrass 150, D- 34123 Kassel. 2. Advertising description "Damler-Benz Industrie AEG, SF6 - Leistungbbchiter der 3. Generation" AEG Fktiengesellschft, Hochspannungsgerae, Lilienthalstrass 150, D-34123 Kassel.
3. Zimmertman. H, и др. Германия (DE) Газовый выключатель, патент DE 4017643 (Z2TI 1) A1 от 22. 06. 89. кл. МПК H 01 H 33/91. 3. Zimmertman. H, et al. Germany (DE) Gas circuit breaker, patent DE 4017643 (Z2TI 1) A1 from 22. 06. 89. cl. IPC H 01 H 33/91.
4. Ю.Л.Вишневский, В.П.Курицын, К.А.Поздняков, В.С.Чемерис, С.К.Чумаков. "Электрический газовый компрессионный выключатель" А.С.888808. 1979 г. м. кл. H 01 H 33/91, Бюллетень N 22, 26.06.81. 4. Yu.L. Vishnevsky, V.P. Kuritsyn, K.A. Pozdnyakov, V.S. Chemeris, S.K. Chumakov. "Electric gas compression switch" A.S. 888808. 1979 m. Cl. H 01 H 33/91, Bulletin N 22.06.06.81.
5. В.П.Курицын, Ю.И.Вишневский, Л.И.Гожева, Ю.Т.Савинков, К.А.Поздняков и В.С.Чемерис "Газовый выключатель" SU 902093 м. кл. H 01 H 33/91 Бюллетень N4 1982 г. 5. V.P. Kuritsyn, Yu.I. Vishnevsky, L.I. Gozheva, Yu.T. Savinkov, K. A. Pozdnyakov and V. S. Chemeris "Gas switch" SU 902093 m. H 01 H 33/91 Bulletin N4 1982
Claims (2)
G = F · S2 · K/S1,
где F - максимальное усилие привода;
S1 - площадь сечения неподвижного поршня;
S2 - площадь сечения подвижного поршня;
K - коэффициент запаса устойчивости работы привода, принимаемый равным 0,4 - 0,6.1. An arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch containing a fixed contact group including a main contact and an arcing contact, a moving contact group including a movable main contact fastened together, a movable arcing contact, a dielectric nozzle and a cylinder connected to the drive, a compression cavity formed between a dielectric nozzle, a cylinder and a stationary piston in which a cylindrical floor communicating with the compression cavity is made the axis in which the movable piston is coaxially located, characterized in that the movable piston is spring loaded relative to the stationary piston by a spring, the preload G of which is selected in accordance with the ratio
G = F · S 2 · K / S 1 ,
where F is the maximum drive force;
S 1 is the cross-sectional area of the stationary piston;
S 2 is the cross-sectional area of the movable piston;
K is the safety factor of the drive, taken equal to 0.4 - 0.6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98106318A RU2161834C2 (en) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98106318A RU2161834C2 (en) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98106318A RU98106318A (en) | 2000-02-20 |
| RU2161834C2 true RU2161834C2 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20204356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98106318A RU2161834C2 (en) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161834C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733059C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-09-29 | Владимир Николаевич Острейко | Electric arc quenching method and device |
-
1998
- 1998-04-07 RU RU98106318A patent/RU2161834C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733059C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-09-29 | Владимир Николаевич Острейко | Electric arc quenching method and device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101796604B (en) | Low- voltage, medium- voltage or high- voltage switchgear assembly having a short-circuiting system | |
| KR100445851B1 (en) | Power breaker | |
| JP4297993B2 (en) | Power breaker | |
| US4553008A (en) | Load interrupter | |
| KR101919125B1 (en) | Gas insulated switch device of high voltage distributer | |
| RU2161834C2 (en) | Arc control device of high-voltage gas-filled autocompression switch | |
| JP2011238617A (en) | Gas-insulation high voltage switch | |
| US4996399A (en) | High or medium tension circuit breaker | |
| US4511776A (en) | Break chamber for a gas-blast circuit breaker | |
| EP0071867B1 (en) | Puffer type current interrupter | |
| US5629506A (en) | Low voltage AC contactor including high recovery voltage gas system | |
| CN110676114A (en) | Be used for automatic circuit breaker of distribution network | |
| RU2811082C1 (en) | Switching device and arc chamber for it | |
| RU2054728C1 (en) | Arc chute | |
| CN110706970B (en) | Be used for automatic circuit breaker of distribution network | |
| RU2121187C1 (en) | Gas-filled electric switch | |
| SU1767564A1 (en) | Vacuum switch | |
| SU253202A1 (en) | PATENT TECHNICAL EIKZOTEKA10 | |
| SU928445A1 (en) | High-voltage switch | |
| RU2091891C1 (en) | High-voltage gas circuit breaker using autooscillations of gas-control flow | |
| RU2255391C1 (en) | Arc-control device of gas-filled and gas-blast high-voltage circuit breaker | |
| EP2814049A1 (en) | Drive mechanism for a switching device | |
| SU1067545A1 (en) | High-voltage gaseous circuit breaker | |
| CN117747321A (en) | Breaking device | |
| SU1257719A1 (en) | High-voltage generator circuit breaker |