RU2374718C1 - Vacuum switching unit - Google Patents
Vacuum switching unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374718C1 RU2374718C1 RU2008126421/09A RU2008126421A RU2374718C1 RU 2374718 C1 RU2374718 C1 RU 2374718C1 RU 2008126421/09 A RU2008126421/09 A RU 2008126421/09A RU 2008126421 A RU2008126421 A RU 2008126421A RU 2374718 C1 RU2374718 C1 RU 2374718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screens
- screen
- annular
- depth
- width
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области высоковольтной коммутационной аппаратуры, а более конкретно к вакуумным управляемым разрядникам и вакуумным дугогасительным камерам (камерам) на номинальное напряжение более 35 кВ, например для камер на 60 кВ, используемым в выключателях на 110 кВ при последовательном соединении двух камер в каждом полюсе.The invention relates to the field of high-voltage switching equipment, and more specifically to vacuum controlled arresters and vacuum interrupter chambers (chambers) for a rated voltage of more than 35 kV, for example, for 60 kV chambers used in 110 kV circuit breakers with two cameras connected in series at each pole .
Известна выпускаемая промышленностью России камера типа КДВ-35. («Электротехника», №9, 2001 г., с.22.) [1]. Электрическая прочность внутренней изоляции этой камеры обеспечивается экранной системой из пяти экранов, из которых три изолированы, а два прифланцевых имеют электрическое соединение с дугогасительными электродами. Центральный из изолированных экранов, охватывающий электроды, и два других изолированных экрана закреплены на изоляционном керамическом корпусе и вместе с прифланцевыми экранами защищают изоляционный корпус от металлизации продуктами эрозии электродов, возникающей под действием вакуумной дуги при коммутации тока. Примененная экранная система обеспечивает требуемую стандартом электрическую прочность внутренней изоляции 95 кВ при испытании одноминутным напряжением промышленной частоты и 190 кВ при воздействии напряжением стандартного грозового импульса. Экраны обеспечивают сохранение электрической прочности на требуемом уровне, не ниже 80% от начального. Вместе с тем наблюдается тенденция снижения электрической прочности внутренней изоляции камер по мере выработки электрического ресурса. Природа этого явления, как показало обследование камер после выработки ресурса, состоит в недостаточной защите изоляционного корпуса от металлизации. В максимальной степени металлизация наблюдается на участках изоляционного корпуса, не прикрытых экранами.Known industry produced in Russia camera type KDV-35. ("Electrical Engineering", No. 9, 2001, p.22.) [1]. The dielectric strength of the internal insulation of this chamber is ensured by a screen system of five screens, of which three are insulated, and two flange-mounted are electrically connected to the arcing electrodes. The central of the insulated shields, covering the electrodes, and two other insulated shields are mounted on the ceramic insulating casing and together with the flange shields protect the insulating casing from metallization by the products of electrode erosion that occurs under the influence of a vacuum arc during current switching. The applied screen system provides the required electric strength of the internal insulation of 95 kV when tested with a one-minute voltage of industrial frequency and 190 kV when exposed to a standard lightning impulse voltage. Screens provide preservation of electric strength at the required level, not lower than 80% of the initial one. At the same time, there is a tendency to decrease the electric strength of the internal insulation of the chambers as the electrical resource is developed. The nature of this phenomenon, as shown by a survey of the chambers after running out of resources, is the insufficient protection of the insulating casing from metallization. To the maximum extent, metallization is observed in areas of the insulating casing not covered by screens.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является камера с экранной системой из пяти экранов, из которых три изолированы, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов. Центральный изолированный экран, охватывающий дугогасительные электроды, выполнен в виде двух усеченных конусов, соединяющихся между собою торцами больших диаметров. Каждый из торцов меньшего диаметра центрального экрана охватывается другим изолированным экраном, имеющим также форму полого усеченного конуса. В свою очередь, каждый из торцов меньшего диаметра изолированных экранов охватывается прифланцевым экраном. Таким образом достигается более плотная защита изоляционного корпуса от металлизации. Геометрия экранов выбрана таким образом, чтобы напряжение равномерно распределялось по корпусу (Патент США №3792214, класс 200-144В, опубл. 12.02.1974 г.) [2].The closest technical solution to the proposed technical essence and the achieved effect is a camera with a screen system of five screens, of which three are isolated, and two flange are under the potential of the electrodes. The central insulated screen, covering the arcing electrodes, is made in the form of two truncated cones, connected to each other by ends of large diameters. Each of the ends of the smaller diameter of the Central screen is covered by another insulated screen, also having the shape of a hollow truncated cone. In turn, each of the ends of the smaller diameter of the insulated screens is covered by a flange screen. Thus, a more dense protection of the insulating housing from metallization is achieved. The geometry of the screens is selected so that the voltage is evenly distributed over the housing (US Patent No. 3792214, class 200-144V, publ. 12.02.1974) [2].
Однако и эта экранная система содержит существенные недостатки, препятствующие ее использованию в камерах на повышенное напряжение. Основным недостатком является проникновение продуктов эрозии электродов через экранную систему, несмотря на взаимное перекрытие экранов, к изоляционному корпусу, и металлизация его по мере выработки электрического ресурса камеры. Проникновение продуктов эрозии за экраны к корпусу обусловлено недостаточным взаимным перекрытием экранов и прямолинейностью зазоров между ними. Вторым недостатком является чрезмерная концентрация электрического поля в месте соединения конических экранов с изоляционным корпусом по причине большой ширины кольцевых щелей между корпусом и указанными экранами из-за их конусности. Чрезмерная концентрация электрического поля в месте соединения конического экрана с изоляционным корпусом создает условия для инициации пробоя вдоль поверхности изоляционного корпуса, что препятствует достижению более высоких значений внутренней изоляции камеры.However, this screen system also contains significant disadvantages that impede its use in high voltage cameras. The main disadvantage is the penetration of the products of electrode erosion through the screen system, despite the mutual overlap of the screens, to the insulating casing, and its metallization as the electrical resource of the chamber is developed. Penetration of erosion products behind the screens to the housing is due to insufficient mutual overlap of the screens and the straightness of the gaps between them. The second disadvantage is the excessive concentration of the electric field at the junction of the conical screens with the insulating casing due to the large width of the annular slots between the casing and these screens due to their taper. Excessive concentration of the electric field at the junction of the conical screen with the insulating casing creates the conditions for initiating breakdown along the surface of the insulating casing, which prevents the achievement of higher values of the internal insulation of the chamber.
Цель изобретения - увеличение электрической прочности внутренней изоляции камеры и сохранение ее до полной выработки электрического ресурса путем устранения сквозного пролета между смежными экранами продуктов эрозии электродов по направлению к поверхности изоляционного корпуса и направлении этих продуктов в основном на поверхности экранов, а также за счет уменьшения напряженности электрического поля в местах соединения экранов с изоляционным корпусом, оптимизацией ширины и глубины кольцевой щели между экраном и корпусом.The purpose of the invention is to increase the dielectric strength of the inner insulation of the chamber and preserve it until the electrical resource is completely depleted by eliminating the through span between adjacent screens of the products of electrode erosion towards the surface of the insulating body and the direction of these products mainly on the surface of the screens, as well as by reducing the electric voltage fields at the junction of the screens with the insulating casing, optimization of the width and depth of the annular gap between the screen and the casing.
Указанная цель достигается тем, что в вакуумном коммутационном приборе, содержащем изоляционный корпус, дугогасительные электроды и экранную систему, по меньшей мере, из пяти экранов, часть из которых изолированы, а два прифланцевых находятся под потенциалом электродов, при этом центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, и каждый из торцов экрана, меньшего диаметра, охвачен торцом большего диаметра смежного экрана. Новым является то, что центральный и изолированные экраны выполнены в виде тел вращения, образующие которых имеют ступенчатую форму, при этом кольцевые каналы между смежными экранами в зонах их взаимного перекрытия и кольцевые щели между корпусом и экранами должны удовлетворять условиямThis goal is achieved by the fact that in a vacuum switching device containing an insulating casing, arcing electrodes and a screen system of at least five screens, some of which are insulated, and two flange are under the potential of the electrodes, while the central and insulated screens are made in in the form of bodies of revolution, and each of the ends of the screen, of smaller diameter, is covered by the end of the larger diameter of the adjacent screen. What is new is that the central and isolated screens are made in the form of bodies of revolution, the generators of which are stepped in shape, while the annular channels between adjacent screens in the areas of their mutual overlap and the annular slots between the body and the screens must satisfy the conditions
L≥ML≥M
4≤P/S≤15,4≤P / S≤15,
где L - длина кольцевого канала;where L is the length of the annular channel;
М - ширина кольцевого канала;M is the width of the annular channel;
Р - глубина кольцевой щели;P is the depth of the annular gap;
S - ширина щели на середине глубины щели.S is the width of the slit in the middle of the depth of the slit.
На фиг.1 изображена предлагаемая камера, осевой разрез; на фиг.2 - зоны кольцевых каналов между смежными экранами и кольцевых щелей между экранами и корпусом. Камера содержит два вывода 1 и 2, на внутренних концах которых укреплены электроды 3 и 4. Вывод 1 жестко закреплен на фланце 5, вывод 2 вакуум-плотно соединен с фланцем 6 через сильфон 7. Изоляционный корпус 8 образован минимум двумя (левая половина фиг.1) или, например, четырьмя (правая половина) керамическими кольцами, спаянными герметично между собою. На этих кольцах жестко закреплены три изолированных экрана 9, 10, 11; два прифланцевых экрана 12 и 13 закреплены на фланцах 5 и 6 и соединены электрически с электродами 3 и 4. Каждый из торцов меньшего диаметра экранов 9-11 охватывается торцом большего диаметра смежного экрана. Участки взаимного перекрытия смежных экранов образуют кольцевые каналы, длина которых L не менее их ширины М (L≥М), фиг.2. Торцы экранов оканчиваются скруглениями. Между экранами 9-11 и стенками изоляционного корпуса 8 в местах крепления экранов к корпусу, а также между экранами 12, 13 и корпусом образуются узкие и глубокие кольцевые щели 14-21 (фиг.1) с отношением глубины Р к ширине S в пределах 4≤P/S≤15 (фиг.2). Поскольку ширина щели, как правило, изменяется с глубиной, то ее значение S определяется на середине глубины щели, как это показано на фиг.2.Figure 1 shows the proposed camera, axial section; figure 2 - zone of annular channels between adjacent screens and annular slots between the screens and the housing. The chamber contains two
Работа камеры происходит следующим образом. При отключении камерой тока электроды 3 и 4 размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, в процессе горения которой образуются ионы и пары металлов. Давление паров между электродами при отключении тока в десятки килоампер может достигать многих сотен миллиметров ртутного столба (многих паскалей). Пар нагревается до тысяч градусов, поэтому происходит процесс энергичного его выхода из межэлектродного промежутка в объем камеры и его взаимодействия с экранной системой, фланцами и поверхностями других деталей. При взаимодействии потоков паров с окружающими поверхностями происходит их конденсация. После многократных столкновений с поверхностями, окружающими межэлектродный промежуток, несконденсировавшийся пар выходит за пределы экранов. Для исключения конденсации паров на корпусе в предлагаемой экранной системе служат кольцевые каналы, направляющие потоки пара на участки Q внешней поверхности изолированных экранов (на фиг.2 один из них отмечен пунктиром). На участках Q коэффициент конденсации близок к 100%, поскольку температура пара после 2-3 предварительных «контактов» с поверхностями других электродов снижается с тысяч в дуговом разряде до сотен градусов к моменту прохождения сквозь кольцевые каналы. Кроме того, участки Q не подвержены воздействию факторов дугового разряда. Таким образом, при условии попадания всего молекулярного потока, вытекающего из данного кольцевого канала на участок Q, можно ожидать практически полное исключение металлизации корпуса камеры. Эта возможность реализуется, если отношение L/M≥1. При этом траектории периферийных молекул потока не выходят за обозначенную штрих-пунктиром прямую Z, фиг.2. При L/M<1 прямая Z пройдет мимо экрана и окончится на корпусе, что будет свидетельствовать о металлизации корпуса, приводя к недопустимому уменьшению внутренней изоляции камеры.The camera operates as follows. When the current is turned off by the camera, the
Было показано («Электротехника», №03/01, с.10) [3], что при превышении в местах крепления экранов к изоляционному корпусу камеры, например, места 22-25, фиг.2, напряженности электрического поля сверх 2,7 кВ/мм, или напряженности поля на экранах в местах на выходе из кольцевых щелей, например, места 26, 27, более 9 кВ/мм, возникает существенная вероятность инициации перекрытия. Перекрытие наступает по внутренней поверхности изоляционного корпуса между смежными экранами. Это перекрытие может привести к пробою всей камеры. Оно также приводит к металлизации корпуса и необратимому снижению внутренней изоляции камеры. Разумеется, что исключить возможность перекрытия возможно лишь путем ограничения напряженности электрического поля указанными выше значениями. Моделированием камеры на 60 кВ установлено, что при равномерном делении напряжения между экранами и при относительной глубине щели, т.е. при отношении ее глубины Р к ширине S более 4 и менее 15, т.е. при условии 4≤P/S≤15 ограничения напряженностей указанными значениями выполняется. Напротив, при относительной глубине P/S меньше 4 происходит инициация пробоя из точек 22-25, фиг.2. При P/S>15 пробои инициируются из точек 26, 27.It was shown ("Electrical Engineering", No. 03/01, p.10) [3] that when the screen attachment points to the camera’s insulating body exceed, for example, places 22-25, Fig. 2, the electric field strength exceeds 2.7 kV / mm, or field strengths on the screens in places at the exit from the annular slots, for example, places 26, 27, more than 9 kV / mm, there is a significant probability of initiation of overlap. Overlapping occurs on the inner surface of the insulating casing between adjacent screens. This overlap can cause a breakdown of the entire camera. It also leads to metallization of the housing and an irreversible decrease in the internal insulation of the chamber. Of course, it is possible to exclude the possibility of overlapping only by limiting the electric field strength to the values indicated above. By modeling the camera at 60 kV, it was found that with a uniform division of the voltage between the screens and with a relative depth of the gap, i.e. with a ratio of its depth P to width S more than 4 and less than 15, i.e. under the condition of 4≤P / S≤15 limitation of tension by the specified values is performed. On the contrary, at a relative P / S depth of less than 4, breakdown is initiated from points 22-25, FIG. 2. At P / S> 15, breakdowns are initiated from points 26, 27.
Источники информацииInformation sources
1. Журнал «Электротехника», №9, стр.22, опубл. 2001 г.1. The journal "Electrical Engineering", No. 9, p. 22, publ. 2001 year
2. Патент США №3792214, класс 200-144 В, опубл. 12.02.1974 г. (прототип).2. US patent No. 3792214, class 200-144, publ. 02/12/1974 (prototype).
3. Журнал «Электротехника», №3, стр.10, опубл. 2001 г.3. The journal "Electrical Engineering", No. 3, p. 10, publ. 2001 year
Claims (1)
L≥M;
4≤P/S≤15,
где L - длина кольцевого канала;
М - ширина кольцевого канала;
Р - глубина кольцевой щели;
S - ширина щели на середине глубины щели. A vacuum switching device containing an insulating casing, arcing electrodes and a screen system of at least five screens, some of which are insulated, and two flange screens are under the potential of the electrodes, while the central and isolated screens are made in the form of bodies of revolution, and each of the ends of the screens is smaller the diameter is covered by the end face of the larger diameter of the adjacent screen, characterized in that the central and isolated screens are made in the form of bodies of revolution, the generators of which have a stepped shape, while the front channels between adjacent screens in the areas of their mutual overlap and the annular slots between the body and the screens must satisfy the conditions:
L≥M;
4≤P / S≤15,
where L is the length of the annular channel;
M is the width of the annular channel;
P is the depth of the annular gap;
S is the width of the gap in the middle of the depth of the gap.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126421/09A RU2374718C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Vacuum switching unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126421/09A RU2374718C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Vacuum switching unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2374718C1 true RU2374718C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008126421/09A RU2374718C1 (en) | 2008-07-01 | 2008-07-01 | Vacuum switching unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2374718C1 (en) |
-
2008
- 2008-07-01 RU RU2008126421/09A patent/RU2374718C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2470430C1 (en) | Multi-chamber discharger, high-voltage insulator with multichamber discharger and high-voltage power transmission line using such insulator | |
WO2010082861A1 (en) | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester | |
KR101468118B1 (en) | High-voltage insulator arrangement, and ion accelerator arrangement comprising such a high-voltage insulator arrangement | |
RU161492U1 (en) | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE | |
US8835790B2 (en) | Winding for a contact of a medium-voltage vacuum circuit-breaker with improved arc extinction, and an associated circuit-breaker and vacuum circuit-breaker, such as an AC generator disconnector circuit-breaker | |
RU2374718C1 (en) | Vacuum switching unit | |
US20190252139A1 (en) | Electrical interruption device | |
KR20060129367A (en) | Spark gap arrester | |
RU2661356C1 (en) | Discharge chamber and discharge unit with such chamber | |
AU2003224593B2 (en) | Device and method for triggering a spark gap | |
RU143138U1 (en) | CONTROLLED VACUUM DISCHARGE | |
WO2013186951A1 (en) | Spark gap arrester | |
KR101000484B1 (en) | Discharge element with discharge-control electrode and the control apparatus thereof | |
WO2007150048A2 (en) | Triggered spark gap | |
RU2328066C1 (en) | Lightning arrester | |
RU2149488C1 (en) | Lightning surge protective device for overhead power transmission lines | |
US2332399A (en) | Arc quencher | |
RU2592870C1 (en) | Through partitioned insulator | |
SU1749920A1 (en) | Lead-in vacuum insulator | |
RU198701U1 (en) | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE | |
RU2711002C1 (en) | Discharge chamber with three electrodes and two spark gaps (versions) | |
RU2730173C1 (en) | Multi-chamber arrester with protruding electrodes | |
MY196171A (en) | Arrester With Pressurizing Chambers | |
CN110999001B (en) | Surge arrester and method for dimensioning an arc channel thereof | |
JP6002766B2 (en) | Spark gap arrestor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140702 |