RU2650186C2 - Способ гашения электрической дуги отключения - Google Patents
Способ гашения электрической дуги отключения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650186C2 RU2650186C2 RU2016136203A RU2016136203A RU2650186C2 RU 2650186 C2 RU2650186 C2 RU 2650186C2 RU 2016136203 A RU2016136203 A RU 2016136203A RU 2016136203 A RU2016136203 A RU 2016136203A RU 2650186 C2 RU2650186 C2 RU 2650186C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- float
- piston
- arresters
- extinguishing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 24
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 2
- 241001165575 Hylotelephium telephium subsp. maximum Species 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
Landscapes
- Circuit Breakers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электроаппаратостроения. Способ включает деформирование дуги затопленными струями дугогасящей жидкости, истекающими из полости контактов в дугогасительную камеру, начиная с момента загорания дуги при разведении контактов, процесс воздействия на дугу сопровождают контролем выбранного параметра дуги и в момент достижения значения этого параметра определенной предварительно величины гашение дуги завершают с помощью дополнительного воздействия ударных волн, направленных перпендикулярно фронтальному участку дуги и генерированных с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере, концентрично контактам. В качестве контролируемого параметра выбирают скорость изменения напряжения на дуге dU/dt, а датчик скорости изменения напряжения на дуге подключают с задержкой относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата, значение задержки определяют согласно приведенному соотношению. Технический результат состоит в снижении коммутационных потерь при увеличении надежности работы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электроаппаратостроения и может быть использовано для гашения электрической дуги в коммутационных аппаратах.
Известен способ гашения дуги [1] затопленными струями дугогасящей жидкости. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости. Плазма разряда деионизируется и дуга гасится. На границе дуги и дугогасящей жидкости образуется парогазовая полость, затрудняющая теплоотвод от дуги, что увеличивает время коммутации и ограничивает величину коммутируемых токов при использовании этого способа гашения дуги в высоковольтных коммутационных аппаратах.
Известен способ гашения дуги [2] затопленными струями дугогасящей жидкости. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости. Процесс воздействия на дугу сопровождают контролем одного из ее параметров, в качестве которого выбирают толщину дуги. Толщину дуги измеряют с помощью электрических зондов или фотодиодов. Когда толщина дуги достигает определенной расчетной величины, инициируют с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере концентрично контактам, ударные волны, направленные перпендикулярно фронтальному участку дуги. Происходит интенсивное перемешивание плазмы дуги с холодным газом, образовавшимся при испарении дугогасящей жидкости, нарушение теплового баланса дуги и ее гашение.
Недостатками данного способа являются сложность измерения толщины дуги и возможность повторных пробоев межконтактного промежутка при возникновении коммутационных напряжений и, как следствие, большой разброс времен коммутации и коммутационные потери энергии.
Техническим результатом данного изобретения является снижение коммутационных потерь и увеличение надежности работы коммутационных аппаратов, использующих данный способ гашения дуги отключения.
Для достижения указанного технического результата в известном способе гашения электрической дуги отключения, при котором в процессе разведения контактов деформируют дугу затопленными струями дугогасящей жидкости, истекающими из полости контактов в дугогасительную камеру, при этом процесс воздействия на дугу сопровождают контролем по крайней мере одного параметра дуги и в момент достижения значения этого параметра определенной предварительно величины гашение дуги завершают с помощью дополнительного воздействия ударных волн, направленных перпендикулярно фронтальному участку дуги и генерированных с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере, концентрично контактам, предложено в качестве контролируемого параметра выбрать скорость изменения напряжения на дуге dU/dt, а датчик скорости изменения напряжения на дуге подключать с задержкой τ относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=τр.к.+0,5τудл.д., где τр.к. - время расхождения контактов, τудл.д - экспериментально полученное время удлинения дуги до резкого увеличения скорости изменения напряжения на дуге. При завершении гашения дуги в дугогасящей жидкости создают повышенное давление посредством работы разрядников, а также дополнительно введенного поршня-поплавка, размещенного на поверхности жидкости и стопоров, установленных на внутренней боковой поверхности дугогасительной камеры в плоскости на расстоянии Н от центральной плоскости контактного промежутка, Н=(4-5)h+3Vп.к./π(D2 кам.-d2 вк.)+hп, где h - межконтактный промежуток, Vп.к. - внутренний объем полости контактов, Dкам. - внутренний диаметр дугогасительной камеры, dвк. - наружный диаметр верхнего контакта, hп. - толщина поршня-поплавка. Дополнительно введенный поршень-поплавок изготавливается из изоляционного материала и имеет внутренние полости, заполненные, например, воздухом, так чтобы плотность поршня-поплавка была меньше плотности дугогасящей жидкости. Дополнительно введенный поршень-поплавок выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру верхнего контакта, а наружный внутреннему диаметру дугогасительной камеры, а также поршень-поплавок имеет 6-8 сквозных осевых отверстий диаметром (5-7) мм, равномерно расположенных на радиусе 1,3dвн/2, где dвн - внутренний диаметр поршня-поплавка. Разрядники объединяют по времени срабатывания и геометрии расположения в дугогасительной камере по крайней мере в две группы по три разрядника в каждой группе, срабатывание групп разрядников осуществляют с интервалом (100-150) мкс, а разрядники в каждой группе размещают под углом 120° друг к другу.
На рис. 1 представлена геометрия потока дугогасящей жидкости и дуги отключения в одной из возможных конструкций, реализующих способ гашения дуги; на рис. 2 - разрез А-А на рис. 1; на рис. 3 - блок-схема работы коммутационного аппарата; на рис. 4 - пример осциллограммы напряжения и теневых фотографий электрической дуги отключения в затопленной струе технической воды, 1,5 кВ/дел., 200 мкс/дел., время экспозиции одного кадра - 25 мкс, t=500-700 мкс - время после расхождения контактов, υ=50 м/с - скорость затопленной струи дугогасящей жидкости, Im=60 кА - максимальный ток электрической дуги отключения.
Контакты - верхний подвижный 1 и нижний неподвижный 2, расположены соосно и вертикально в дугогасительной камере 3, заполненной дугогасящей жидкостью выше уровня контактного узла (от центральной плоскости межконтактного промежутка при расхождении контактов) на (4-5)h, где h - межконтактный промежуток (рис. 1). Верхний подвижный контакт 1 выполнен в виде стакана, стенки которого охватывают снаружи стенки неподвижного контакта 2, имеющего полость 4, заполненную дугогасящей жидкостью. На поверхности дугогасящей жидкости в дугогасительной камере 3 размещен поршень-поплавок 5, изготовленный из изоляционного материала. Поршень-поплавок 5 имеет внутренние полости 6, заполненные, например, воздухом, так чтобы плотность поршня-поплавка была меньше плотности дугогасящей жидкости. Поршень-поплавок 5 выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру верхнего контакта 1, а наружный - внутреннему диаметру дугогасительной камеры 3, а также поршень-поплавок имеет 6-8 сквозных осевых отверстий 7 диаметром (5-7) мм, равномерно расположенных на радиусе 1,3dвн/2, где dвн - внутренний диаметр поршня-поплавка. На внутренней боковой поверхности дугогасительной камеры 3 в плоскости на расстоянии Н от центральной плоскости контактного промежутка установлены стопоры 8, Н=(4-5)h+3Vп.к./π(D2 кам.-d2 вк.)+hп, где h - межконтактный промежуток, Vп.к. - внутренний объем полости контактов, Dкам. - внутренний диаметр дугогасительной камеры, dвк. - наружный диаметр верхнего контакта, hп. - толщина поршня-поплавка. Концентрично контактам 1 и 2 в дугогасительной камере 3 установлены разрядники 9. Разрядники 9 объединены по крайней мере в две группы, по три разрядника в каждой группе, и в каждой группе размещены под углом 120° друг к другу. К каждому разряднику 9 подключена электрическая цепь, состоящая из коммутатора 10 и емкостного накопителя 11.
При подаче команды на срабатывание коммутационного аппарата (рис. 3) в полости 4 нижнего неподвижного контакта 2, заполненной дугогасящей жидкостью, известным способом создают повышенное давление. Верхний контакт 1 под воздействием давления начинает ускоренное движение, происходит разрыв контактов, в образующийся межконтактный промежуток истекает поток дугогасящей жидкости, воздействующий на электрическую дугу отключения. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости (рис. 1, 2). Осциллограмма напряжения на дуге U (рис. 4) имеет пологий участок (ab), который соответствует квазистационарному удлинению дуги на фронте затопленной струи жидкости (dU/dt≈3⋅106 В/с) и участок (bc) - резкого возрастания скорости изменения напряжения на дуге (dU/dt≈107 В/с). Участок (bc) связан с процессами в дуге на ее переднем фронте. Когда на 500-ой - 600-ой мкс после расхождения контактов и возникновения дуги на отрезке дуги перед передним фронтом струи жидкости начинают развиваться возмущения, интенсивность свечения дуги падает и на ее переднем фронте появляется темная область, разделяющая излучающий канал дуги на две части (700-ая мкс, рис. 4.). Возникновение темной области на переднем фронте дуги совпадает по времени с максимумом на осциллограмме напряжения. Скорость изменения напряжения на дуге dU/dt контролируют датчиком скорости изменения напряжения на дуге (рис. 3), который подключают с задержкой τ относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=τр.к.+0,5τудл.д., где τр.к. - время расхождения контактов, τудл.д. - экспериментально полученное время удлинения дуги до резкого увеличения скорости изменения напряжения на дуге (точка b на осциллограмме напряжения на дуге U (рис. 4)). При резком возрастании скорости изменения напряжения на дуге запускается система генерации ударных волн на основе разрядников 9 и подключенных к ним электрических цепей, состоящих из коммутаторов 10 и емкостных накопителей 11 (рис. 3). Система генерации ударных волн срабатывает по сигналу от генератора однократных импульсов, который запускается от блока регистрации сигнала с датчика скорости изменения напряжения на дуге. Срабатывание групп разрядников 9 осуществляют с интервалом (100-150) мкс, пока к межконтактному промежутку приложено коммутационное напряжение. Объем дугогасящей жидкости в полости контактов 1 и 2, а также размещение стопоров 8 выбирают таким, что ко времени τудл.д из полости контактов истекает 3/4Vп.к. дугогасящей жидкости и происходит фиксация поршня-поплавка 5. В дугогасительной камере 3 повышается давление и из отверстий 7 происходит истечение жидкости, а также газов, отведенных из парогазовой области, прилегающей к дуге, в пространство над поршнем-поплавком 5. Характер теплообмена дугового разряда при этом существенно изменяется, нарушается тепловой баланс, преобладающим становится процесс остывания дуги, пронизанной струями дугогасящей жидкости, она приобретает ячеистую структуру и гасится. Вероятность повторных пробоев сводится к минимуму за счет поддержания повышенного давления в дугогасительной камере 3 разрядниками 9.
Как показали эксперименты, использование данного способа позволяет снизить на 30% по сравнению с прототипом коммутационные потери при увеличении надежности работы.
Приведем один из конкретных примеров реализации способа. Дугогасительная камера и полости контактов заполнены технической водой с проводимостью σ0=2,8⋅10-2 См/м и температурой t=20°С. До срабатывания коммутационного аппарата давление воздуха над поверхностью поршня-поплавка Р=0,1 МПа. Наружный диаметр верхнего контакта dвк.=60 мм. Межконтактный промежуток h=5 мм. Толщина поршня-поплавка hп.=50 мм. Задержка подключения датчика скорости изменения напряжения на дуге относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=300 мкс. Пологий участок (ab) на осциллограмме напряжения, соответствующий квазистационарному удлинению дуги на фронте затопленной струи жидкости (dU/dt≈3⋅106 В/с) и участок (bc) - резкого возрастания скорости изменения напряжения на дуге (dU/dt≈10 В/с) (рис. 4). Давление в дугогасительной камере после фиксации поршня-поплавка P1=5 МПа. Скорость затопленной струи дугогасящей жидкости V=50 м/с. Максимальный ток электрической дуги отключения Im=60 кА.
Источники информации
1. Ахмеров Н.А., Герасимов В.П., Годонюк В.А, Грибков А.М., Егоров Ю.Я., Емельянов А.И., Жаворонков М.А., Смоляк А.И. Макет коммутатора постоянного тока многократного действия // ПТЭ. - 1983. - №4. - С. 132-136.
2. Азизов Э.А., Годонюк В.А., Емельянов А.И., Цветков Н.В., Ягнов В.А. Способ гашения электрической дуги отключения. Патент РФ №1757372 // Бюллетень изобретений и открытий. - 1994. - №10. - С. 203.
Claims (5)
1. Способ гашения электрической дуги отключения, при котором в процессе разведения контактов деформируют дугу затопленными струями дугогасящей жидкости, истекающими из полости контактов в дугогасительную камеру, при этом процесс воздействия на дугу сопровождают контролем выбранного параметра дуги и в момент достижения значения этого параметра определенной предварительно величины гашение дуги завершают с помощью дополнительного воздействия ударных волн, направленных перпендикулярно фронтальному участку дуги и генерированных с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере, концентрично контактам, отличающийся тем, что в качестве контролируемого параметра выбирают скорость изменения напряжения на дуге dU/dt, а датчик скорости изменения напряжения на дуге подключают с задержкой τ относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=τр.к.+0,5τудл.д., где τрк. - время расхождения контактов, τудл.д - экспериментально полученное время удлинения дуги до резкого увеличения скорости изменения напряжения на дуге, и гашение дуги завершают в момент достижения значения скорости изменения напряжения на дуге dU/dt предварительно определенной экспериментально величины.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при завершении гашения дуги в дугогасящей жидкости создают повышенное давление посредством работы разрядников, а также дополнительно введенного поршня-поплавка, размещенного на поверхности жидкости и стопоров, установленных на внутренней боковой поверхности дугогасительной камеры в плоскости на расстоянии Н от центральной плоскости контактного промежутка, Н=(4-5)h+3Vп.к./π(D2 кам.-d2 вк.)+hп., где h - межконтактный промежуток, Vп.к. - внутренний объем полости контактов, Dкам. - внутренний диаметр дугогасительной камеры, dвк. - наружный диаметр верхнего контакта, hп. - толщина поршня-поплавка.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно введенный поршень-поплавок изготавливается из изоляционного материала и имеет внутренние полости, заполненные, например, воздухом, так чтобы плотность поршня-поплавка была меньше плотности дугогасящей жидкости.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно введенный поршень-поплавок выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру верхнего контакта, а наружный - внутреннему диаметру дугогасительной камеры, а также поршень-поплавок имеет 6-8 сквозных осевых отверстий диаметром (5-7) мм, равномерно расположенных на радиусе 1,3dвн/2, где dвн - внутренний диаметр поршня-поплавка.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрядники объединяют по времени срабатывания и геометрии расположения в дугогасительной камере по крайней мере в две группы по три разрядника в каждой группе, срабатывание групп разрядников осуществляют с интервалом (100-150) мкс, а разрядники в каждой группе размещают под углом 120° друг к другу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016136203A RU2650186C2 (ru) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Способ гашения электрической дуги отключения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016136203A RU2650186C2 (ru) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Способ гашения электрической дуги отключения |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016136203A RU2016136203A (ru) | 2018-03-15 |
RU2016136203A3 RU2016136203A3 (ru) | 2018-03-15 |
RU2650186C2 true RU2650186C2 (ru) | 2018-04-11 |
Family
ID=61627399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016136203A RU2650186C2 (ru) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Способ гашения электрической дуги отключения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650186C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4420662A (en) * | 1980-10-31 | 1983-12-13 | Bbc Brown, Boveri & Company Ltd. | Compressed-gas circuit breaker |
RU2028683C1 (ru) * | 1991-08-29 | 1995-02-09 | Акционерное общество закрытого типа - Медногорский электротехнический завод "Уралэлектро" | Дугогасительное устройство контактора |
RU66114U1 (ru) * | 2006-12-14 | 2007-08-27 | Закрытое акционерное общество "Формат" | Дугогасительная камера |
RU80060U1 (ru) * | 2008-08-04 | 2009-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
RU81597U1 (ru) * | 2008-10-09 | 2009-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
RU82927U1 (ru) * | 2008-12-16 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
-
2016
- 2016-09-08 RU RU2016136203A patent/RU2650186C2/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4420662A (en) * | 1980-10-31 | 1983-12-13 | Bbc Brown, Boveri & Company Ltd. | Compressed-gas circuit breaker |
RU2028683C1 (ru) * | 1991-08-29 | 1995-02-09 | Акционерное общество закрытого типа - Медногорский электротехнический завод "Уралэлектро" | Дугогасительное устройство контактора |
RU66114U1 (ru) * | 2006-12-14 | 2007-08-27 | Закрытое акционерное общество "Формат" | Дугогасительная камера |
RU80060U1 (ru) * | 2008-08-04 | 2009-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
RU81597U1 (ru) * | 2008-10-09 | 2009-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
RU82927U1 (ru) * | 2008-12-16 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Дугогасительная система |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016136203A (ru) | 2018-03-15 |
RU2016136203A3 (ru) | 2018-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101415415B1 (ko) | 융삭 플라즈마 건 | |
US10937613B2 (en) | Triggered gap switching device | |
Budin et al. | An experimental setup for investigation of arc and erosion processes in high-voltage high-current breakers | |
US4080521A (en) | Quenching contact arrangement for a compressed-gas circuit breaker | |
RU2650186C2 (ru) | Способ гашения электрической дуги отключения | |
Jonsson et al. | Current interruption in air for a medium-voltage load break switch | |
US1961475A (en) | Circuit breaker with liquid or gas blow-outs | |
Shin et al. | Experimental study on the influence of vent aperture size and distribution on arc motion and interruption in low-voltage switching devices | |
RU2366051C1 (ru) | Коммутирующее устройство | |
Wang et al. | Research and application of a new jet stream arc extinguishing gap lightning protection device | |
Zhou et al. | Anodic glow and conductive channel formation in single and double long vacuum gaps | |
Kurakina et al. | Formation of the upstream region in HV gas blast interrupters with synchronous gas injection | |
US4237404A (en) | Spark gap control | |
Nakano et al. | Thermal re-ignition processes of switching arcs with various gas-blast using voltage application highly controlled by powersemiconductors | |
JPH05273290A (ja) | 高圧交流回路遮断器の短絡試験用合成試験回路及びそのような回路に用いるトリガー火花間隙 | |
JP2019091590A (ja) | ガス遮断器 | |
CN110739175B (zh) | 提高直动式高压开关小电流开断能力的装置 | |
US1898900A (en) | Method and apparatus for interrupting high tension circuits | |
Min-Fu et al. | Delay characteristics and controller design of a triggered vacuum switch | |
Wang et al. | The influence of liquid viscosities on bubble breakdown | |
Park et al. | Arc phenomena and method of arc extinction in air circuit breaker | |
Deng et al. | Simulation Analysis of DC Arc Extinguishing Characteristics of Arcing Horn | |
Zhang et al. | Influence of Nozzle Expansion Angle on the Breaking Performance of Ultra-high Voltage SF 6 Circuit Breaker | |
Mori et al. | Diagnostic measurements on rotary arcs in hollow polymeric cylinders | |
Deng et al. | Study of the Arc Interruption Performance of SF 6 Alternative Gas in 35kV Circuit Breaker |