RU2556881C2

RU2556881C2 - Contact system of vacuum circuit breaker

Info

Publication number: RU2556881C2
Application number: RU2012139989/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Воронин; Валерий Геннадьевич Гольдштейн; Александр Андреевич Казанцев; Игорь Андреевич Косорлуков; Максим Евгеньевич Серпуховитин; Михаил Олегович Скрипачев
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2015-07-20
Also published as: RU2012139989A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to contact system of a vacuum circuit breaker with space between contacts filled with liquid-metal working substance. In geometric centres of a movable contact and a fixed contact there are blind cylindrical openings and liquid-metal working substance is placed into an opening of the movable contact and its contact surface. When the circuit breaker is switched on the movable contact starts moving and liquid-metal working substance acquires kinetic energy and at contacts touching it is moved to the blind cylindrical opening of the fixed contact and then under force of gravity it moves back to the blind cylindrical opening of the movable contact.

EFFECT: reducing overvoltage at switching and chopping current as well as increasing breakdown voltage in switched-off position of the circuit breaker thus improving operational reliability and reducing power losses at passage of load current.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для коммутации мощных генераторов, конденсаторных батарей, шунтирующих реакторов и электродвигателей нефтепромысловых скважин как в режиме переключений, так и в аварийных режимах.The invention relates to the field of energy and can be used for switching powerful generators, capacitor banks, shunt reactors and electric motors of oil wells both in switching mode and in emergency modes.

Известна контактная система вакуумных выключателей, имеющая изоляционную камеру, изоляторы, металлический сильфон и вакуумную камеру, где вакуум служит дугогасящей средой (Евдокунин Г.А., Тилер Г. «Современная вакуумная коммутационная техника для сетей среднего напряжения», Санкт-Петербург, 2002 г. - 148 с.).The contact system of vacuum circuit breakers is known, which has an insulating chamber, insulators, a metal bellows and a vacuum chamber, where the vacuum serves as an extinguishing medium (Evdokunin GA, Tiler G. "Modern vacuum switching equipment for medium voltage networks", St. Petersburg, 2002 . - 148 p.).

Недостатком контактных систем вакуумных выключателей является возникновение коммутационных перенапряжений, которые могут достигать 6-7-кратного фазного напряжения, что значительно больше, чем при других видах внутренних перенапряжений. Перенапряжения представляют серьезную опасность для сетей среднего напряжения. Перенапряжения возникают вследствие высоких значений токов среза, скорости изменения тока при отключении и дребезга контактов при включении. В процессе эксплуатации вакуумного выключателя имеет место эрозия контактных поверхностей. При этом увеличивается сопротивление контактов, что приводит к дополнительным потерям электроэнергии.The disadvantage of contact systems for vacuum circuit breakers is the occurrence of switching overvoltages, which can reach 6-7-fold phase voltage, which is much greater than with other types of internal overvoltages. Surge voltages pose a serious danger to medium voltage networks. Overvoltages occur due to high values of the cutoff currents, the rate of change of the current when disconnecting, and the bounce of contacts when turning on. During operation of the vacuum circuit breaker, erosion of the contact surfaces takes place. This increases the resistance of the contacts, which leads to additional energy losses.

Известна контактная система, в межконтактном объеме которой используется жидкометаллическое рабочее тело для снижения сопротивления контактного перехода («Сильноточные коммутационные аппараты с жидкометаллическими контактами», Москва, Информэлектро, 1982 г., с. 42-43).A contact system is known, in the intercontact volume of which a liquid-metal working fluid is used to reduce the resistance of the contact transition ("High-current switching devices with liquid-metal contacts", Moscow, Informelectro, 1982, pp. 42-43).

Недостаток таких аппаратов заключается в том, что изоляционные герметизирующие материалы конструкции при эксплуатации омываются жидкометаллическим рабочим телом, при этом резко снижается пробивное напряжение в отключенном положении аппарата и при отключении выключателя токи среза достигают высокого значения. Эти обстоятельства накладывают ограничение на уровень коммутационного напряжения до класса «низковольтное оборудование».The disadvantage of such devices is that the insulating sealing materials of the structure during operation are washed by the liquid metal working fluid, and the breakdown voltage in the disconnected position of the device sharply decreases and when the circuit breaker is turned off, the cutoff currents reach a high value. These circumstances impose a limitation on the level of switching voltage to the class "low voltage equipment".

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение перенапряжений при коммутациях, уменьшение тока среза, скорости изменения тока при отключении, увеличение пробивного напряжения, что увеличивает надежность срабатывания, и снижение потерь электроэнергии при протекании тока нагрузки.The technical result of the invention is to reduce overvoltage during switching, reduce the cutoff current, the rate of change of current during shutdown, increase the breakdown voltage, which increases the reliability of operation, and reduce power losses during the flow of the load current.

Технический результат досчитается тем, что в контактной системе вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело, а в геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия. В отверстие подвижного контакта и на контактирующую поверхность его помещено жидкометаллическое рабочее тело, причем 95% его находится в отверстии и 5% на поверхности. При включении выключателя подвижный контакт приходит в движение, и жидкометаллическое рабочее тело приобретает кинетическую энергию, которая позволяет ему при соприкосновении неподвижного контакта и подвижного контакта переместиться в глухое цилиндрическое отверстие неподвижного контакта, а во включенном положении выключателя жидкометаллическое рабочее тело под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие подвижного контакта.The technical result is calculated by the fact that in the contact system of the vacuum circuit breaker, in the intercontact volume of which a liquid metal working medium is used, and in the geometric centers of the movable and fixed contacts, blind cylindrical holes are made. A liquid metal working fluid is placed in the hole of the movable contact and on the contacting surface thereof, with 95% of it being in the hole and 5% on the surface. When the switch is turned on, the movable contact comes into motion, and the liquid-metal working fluid acquires kinetic energy, which allows it to move into the blind cylindrical hole of the fixed contact when the fixed contact and the moving contact are in contact, and in the on position of the switch, the liquid-metal working body moves back to blind cylindrical bore of the movable contact.

Контактная система вакуумного выключателя изображена на фиг.1, где 1 - неподвижный контакт, 2 - глухое цилиндрическое отверстие, 3 - подвижный контакт, 4 - отражатель, 5 - глухое цилиндрическое отверстие, 6 - жидкометаллическое рабочее тело.The contact system of the vacuum circuit breaker is shown in figure 1, where 1 is a fixed contact, 2 is a blind cylindrical hole, 3 is a movable contact, 4 is a reflector, 5 is a blind cylindrical hole, 6 is a liquid metal working fluid.

Устройство работает следующим образом: в исходном положении неподвижный контакт 1 и подвижный контакт 3 разомкнуты, жидкометаллическое рабочее тело 6 в состоянии покоя полностью заполняет глухое цилиндрическое отверстие 5, а также покрывает тонким слоем дно подвижного контакта 3. В глухом цилиндрическом отверстии 5 находится 95% жидкометаллического рабочего тела, а слой жидкометаллического рабочего тела на поверхности дна подвижного контакта 3 составляет 5%. При включении выключателя подвижный контакт 3 приходит в движение, и жидкометаллическое рабочее тело 6 приобретает кинетическую энергию, которая позволяет ему при соприкосновении неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 переместиться в глухое цилиндрическое отверстие 2. Отражатель 4 служит для предотвращения разбрызгивания жидкометаллического рабочего тела 6 при включении.The device operates as follows: in the initial position, the fixed contact 1 and the movable contact 3 are open, the liquid metal working fluid 6 at rest completely fills the blind cylindrical hole 5, and also covers the bottom of the movable contact 3 with a thin layer. 95% liquid metal lies in the blind cylindrical hole 5 the working fluid, and the layer of liquid metal working fluid on the bottom surface of the movable contact 3 is 5%. When the switch is turned on, the movable contact 3 is set in motion, and the liquid-metal working fluid 6 acquires kinetic energy, which allows it to move into a blind cylindrical hole 2 when the stationary contact 1 and the movable contact 3 touch. Reflector 4 serves to prevent the liquid-metal working fluid 6 from splashing when turned on .

Во включенном положении выключателя жидкометаллическое рабочее тело 6 под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие 5. Таким образом, в каждом цикле «включение - отключение» пленка жидкометаллического рабочего тела на поверхности контактов обновляется.In the on position of the switch, the liquid metal working fluid 6 moves back to the blind cylindrical hole 5 under the action of gravity. Thus, in each “on / off” cycle, the film of the liquid metal working fluid on the contact surface is updated.

За счет жидкометаллического рабочего тела 6 увеличивается площадь соприкосновения неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 выключателя, что снижает электрическое сопротивление контактного перехода и приводит к снижению потерь электроэнергии.Due to the liquid metal working fluid 6, the contact area of the fixed contact 1 and the movable contact 3 of the switch increases, which reduces the electrical resistance of the contact junction and reduces energy losses.

При отключении выключателя размыкание неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 происходит при наличии жидкометаллической пленки на контактных поверхностях. При размыкании контактов загорается дуга, которая своим сопротивлением ограничивает величину отключаемого тока. Это приводит к уменьшению тока среза выключателя и снижению уровня перенапряжений. Так как дуга горит на жидкометаллической пленке, которой покрыты твердометаллические контакты, то это приводит лишь к частичному испарению этой пленки и позволяет избежать эрозии поверхности твердометаллических контактов. Испарившиеся участки жидкометаллической пленки будут обновлены при очередном включении.When the switch is turned off, the opening of the fixed contact 1 and the movable contact 3 opens when there is a liquid-metal film on the contact surfaces. When the contacts are opened, an arc lights up, which limits the value of the disconnected current with its resistance. This leads to a decrease in the cutoff current of the circuit breaker and a decrease in the level of overvoltage. Since the arc burns on a liquid-metal film with which solid-metal contacts are coated, this only leads to partial evaporation of this film and avoids erosion of the surface of solid-metal contacts. The evaporated sections of the liquid metal film will be updated the next time they are turned on.

Claims

The contact system of the vacuum circuit breaker, in the intercontact volume of which a liquid metal working medium is used, characterized in that blind geometrical holes are made in the geometric centers of the movable and fixed contacts, and a liquid metal working medium is placed in the opening of the moving contact and on its contacting surface, with 95% of it being in the hole and 5% on the surface, when the switch is turned on, the movable contact comes into motion, and the liquid metal working fluid acquires a kinetic energy that allows it to move into a blind cylindrical hole of a fixed contact when a fixed contact and a movable contact come into contact, and in the on position of the switch, the liquid metal working fluid moves back to the blind cylindrical hole of the movable contact under the action of gravity.