SU1070621A1

SU1070621A1 - Switching device

Info

Publication number: SU1070621A1
Application number: SU823448024A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Анатольевич Попов; Вадим Михайлович Солдатов; Игорь Львович Шлейфман; Владимир Иванович Шатерников; Юрий Алексеевич Маненков; Виктор Иванович Сорокин
Original assignee: Научно-Исследовательский Центр По Испытанию Высоковольтной Аппаратуры; Чебоксарский Электромеханический Завод Запасных Частей "Энергозапчасть"
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1984-01-30

Description

Изобретение относитс к коммутационным аппаратам высокого напр жени , а именно к воздушным выключател м с воздухонаполненным отделителем . The invention relates to high voltage switching devices, namely air switches with an air-filled separator.

Известны воздушные выключатели, в которых отключение токов производитс дугогасительной камерой, а воздухонаполненный отделитель осуществл ет функции создани изол ционного промежутка в отключенном положении и замыкани электрической цепи при включении. В некоторых конструкци х отделитель используетс также дл отключени тока резистора, шунтирующего дугогаительную камеру. Дугогасительна камера и отделитель содержат один или несколько разрывов, образованных неподвижным и подвижным контактами . В отделителе применены размыкаемые контакты торцового типа. При отключении внутренн полость отдеител заполн е тс сжатым воздухом, авление которого отводит подвижный контакт и удерживает его в отключенном положении. Дл гашени дуги тока унтирующего резистора в/неподвижном контакте предусмотрен специальный канал, через который осуществл тс воздушное дутье, направленное на ,,дугу. При включении давление возуха в отделителе по.нижаетс вследствие истечени его через выпускной клапан, подвижный контакт перемрщаетс под действием пружины и контакы замыкаютс . Во включенном положеНИИ через контакты отделител проходит рабочий ток длительной нагрузки , поэтому они Выполн ютс из материала с высокой электропроводностью - из меди .Air circuit breakers are known in which the disconnection of currents is carried out by the interrupter chamber, and the air-filled separator performs the functions of creating an insulating gap in the open position and closing the electrical circuit when turned on. In some designs, the separator is also used to disconnect the current of the resistor that shunt the arc chamber. The arcing chamber and the separator contain one or more discontinuities, formed by fixed and moving contacts. In the separator applied openable contacts of the face type. When disconnecting, the internal cavity of the separator is filled with compressed air, the air of which removes the moving contact and keeps it in the disconnected position. To extinguish the arc of the current of the untying resistor in the / fixed contact, a special channel is provided through which the air blast is directed to the arc. When activated, the air pressure in the separator decreases as a result of its outflow through the exhaust valve, the moving contact is shifted by the action of the spring and the contacts are closed. In the on position, the operating current of the continuous load passes through the contacts of the separator; therefore, they are made of a material with high electrical conductivity — copper.

Недостатками данной конструкции вл ютс ограниченна включающа способность и низка износостойкость вследствие сильного износа контактов под действием дуги. При включении под напр жением смыкание контактов происходит при низком давлении воздуха и межконтактный промежуток имеет- низкую электрическую прочность. В результате между сближающимис контактами возникает электрическа дуга предварительного пробо . Повторные дуги возникают при отбросе контактов после их первоначального ме-таллического смыкани . Опорные точки дуги наход тс на медных поверхност х контактов, имеющих низкую температуру плавлени и подвергающихс значительному износу. Частицы расплавленного металла оседают на внутренней поверхности фарфорового изол тора отделител , что приводит к ее металлизации, разрушению глазури и снижению механической и электрической прочности. Оседанию частиц способствует воздушноеThe disadvantages of this design are limited inclusiveness and low wear resistance due to the strong contact wear by the arc. When switched on under voltage, the contact closure occurs at low air pressure and the contact gap has low electrical strength. As a result, an electric arc of preliminary breakdown occurs between the contacting contacts. Repeated arcs occur when the contacts are thrown after their initial metallic closing. The reference points of the arc are on copper contact surfaces that have a low melting point and are subject to significant wear. The particles of molten metal are deposited on the inner surface of the porcelain insulator separator, which leads to its metallization, the destruction of the glaze and the reduction of mechanical and electrical strength. The deposition of particles contributes to air

дутье на дугу через канал в неподвижном контакте, которое при включении направлено во внутреннюю полость отделител . При замыкании контакты соприкасаютс оплавленными поверхност ми, что при больших токах приводит к их свариванию.blowing on the arc through the channel in a fixed contact, which, when turned on, is directed into the internal cavity of the separator. When closing, the contacts are in contact with melted surfaces, which at high currents leads to their welding.

Известны конструкции выключателей , у которых отделитель снабжен специальными пневматическими устройствами , исключающими при включении дутье воздуха через полый неподвижный контакт во внутреннюю полость отделител , чем снижены вредные последстви дуги включени 2.Designs of switches are known, in which the separator is equipped with special pneumatic devices, which exclude when switching on the blast of air through hollow fixed contact into the internal cavity of the separator, thus reducing the harmful consequences of the switching arc 2.

Однако указанные устройства не наход т практического применени , так как они усложн ют конструкцию, а эффективность их невелика, посколку они не уменьшают обгорани медHrix контактов.However, these devices are not practical, as they complicate the design, and their efficiency is low, because they do not reduce the burning of the copper Hrix contacts.

Наиболее близок к предлагаемому коммутационный аппарат, например воздушный выключатель, содержащий корпус из изол ционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой , а другой - розеточным с попружиненными ламел ми, расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держател , причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обоймой. Ламели с металлокерамическими накладками имеют большую высоту, чем остальные . Металлокерамическа накладка на торце стержневого контакта имеет форму диска. В таких контактах осноные токонесущие поверхности, которы выполнены из материала с высокой электропроводностью, например меди, и через которые проходит рабочий то при включенном аппарате, расположены на боковой поверхности рабочих ламелей розеточного контакта и на цилиндрической поверхности контактного стержн и не подвергаютс воздействию электрической дуги. Износ контактов значительно меньше, так как опорные токи дуги наход тс на дугостойких поверхност х, а металлизаци изол ционных поверхностей практически не имеет места ГЗ.Closest to the proposed switching device, for example, an air switch, comprising a housing of insulating material, flanges and openable contacts, one of which is made rod-shaped with an arc-resistant metal-ceramic lining, and the other is rosetted with spring-loaded lamellae arranged on the holder so that the lamellae above the end surface of the holder, with arc-resistant metal-ceramic lining on the part of them, and a clip. Lamels with metal-ceramic linings have a greater height than others. Metal-ceramic pad at the end of the rod contact has the form of a disk. In such contacts, the main current-carrying surfaces, which are made of a material with high electrical conductivity, such as copper, through which the worker passes while the machine is on, are located on the side surface of the working lamellae of the socket contact and on the cylindrical surface of the contact rod and are not affected by an electric arc. The contact wear is much less, since the reference arc currents are on arc-resistant surfaces, and the metallization of the insulating surfaces practically does not take place in the GB.

Недостатком известных конструкций вл етс большой ход в контактах , что усложн ет коммутационный аппарат. Поэтому они наход т применение в газовых, в частности воздушных , выключател х, у которых дугогасительна камера выполн ет функции как отключени , так и включени тока, и не примен ютс в отделител х , так как они привод т к увеличению габаритов и в результате к увеличению стоимости выключател с воздухонаполненным отделителем.A disadvantage of the known structures is a large stroke in the contacts, which complicates the switching apparatus. Therefore, they are used in gas, in particular air, switches, in which the arcing chamber performs both the function of switching off and switching on the current, and is not used in separators, since they lead to an increase in size and, as a result, increase the cost of the switch with the air-filled separator.

Цель изобретени - уменьшение габаритов и снижение стоимости коммутационного аппарата, в частности воздушного выключател с газонаполненным отделителем, путем уменьшени хода контактов.The purpose of the invention is to reduce the size and reduce the cost of a switching device, in particular an air switch with a gas-filled separator, by reducing the stroke of the contacts.

Поставленна цель достигаетс тем, что в кс имутационном аппарате преимущественно воздушном выключателе , содержащем корпус из изол ционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой - розеточным с подпружиненными ламел ми расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держател , причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обойму, держатель, на котором расположены ламели, выполнен в виде сте.ржн из материа .ла с высокой электропроводностью, остальна часть ламелей снабжена дополнительно введенными металлокерамическими дугостойкими накладками , указанные на«ладки расположены по всей выступающей высоте ламелей , причем отношение высоты накладки к, полной высоте ламели составл ет 0,15-0,40, а дугостойка накладка стержневого контакта выполнена в виде кольцевого вкладыша на торце.The goal is achieved by the fact that, in the switching device, a predominantly air switch, comprising a case of insulating material, flanges and openable contacts, one of which is rod-shaped with an arc-resistant cermet pad, and the other is rosetted with spring-loaded lamellae arranged on the holder, so that the lamellae protrude above the end surface of the holder, with arc-resistant metal-ceramic lining attached to a part of them, and the holder, the holder on which the lamellae are located, you It is complete in the form of a steel sheet made of a material with high electrical conductivity, the rest of the lamellas are provided with additionally introduced metal-ceramic arc-resistant lining, indicated on the "arm" are located along the entire protruding height of the lamellae, the ratio of the height of the lining to the total height of the lamella is 0.15- 0.40, and the arc-resistant overlay rod contact is made in the form of an annular liner at the end.

Использование такой конструкции дл отделител обеспечивает горение дуги при включении на поверхнос .т х, облицованных дугостойкой металлокерамикой , и соприкосновение контактов во включенном положении медными поверхност ми, не оплавленными дугой предварительного пробо .The use of such a construction for the separator ensures the arc burning upon switching on the surfaces of x, lined with arc-resistant metal ceramics, and the contact of the contacts in the switched on position with copper surfaces not fused by the preliminary sample arc.

На фиг. 1 показан один разрыв отделител во включенном положений/ на фиг. 2 - подвижный и неподвижный контакты в отключенном положении.FIG. 1 shows one break of the separator in the included positions / in FIG. 2 - movable and fixed contacts in the off position.

Разрыв отделител содержит фарфоровый изол тор 1 с двум фланцами 2 и 3. К фланцу 2 прикреплен неподвижный розеточный контакт, который содержит -стержень 4 из материала с высокой электропроводностью, например из меди, ламели 5, плоские пружины б, обойму 7 из изол ционного материала. Обойма 7 прикреплена к стержню 4 с помощью болтов 8. Сте жень 4 содержит канал 9 небольшого диаметра (отношение диаметра канала к наружному диаметру стержн по торцу составл ет не более 1:3), которы соедин е.т полость разрыва отделител с дополнительным резервуаром 10. Выступающие над торцом стержн 4 части всех ламелей облицованы дугостойкими металлокерамическими накладками 11. Подвижный стержневой ко такт 12 и его пружина 13 установлевы в корпусе 14, который укреплен на фланце 3. Электрическое соединение подвижного стержневого контакта 12 с корпусом 14 осуществлено с помсмцью скольз щего контакта 15. На подвижном стержневом контакте 12 имеетс кольцевой вкладыш 16 из дугостойкой металлокерамики.The separator rupture contains a porcelain insulator 1 with two flanges 2 and 3. A fixed rosette contact is attached to the flange 2, which contains an ст core 4 of a material with high electrical conductivity, for example copper, lamella 5, flat springs b, a holder 7 of insulating material . The yoke 7 is attached to the rod 4 by means of bolts 8. Step 4 contains a channel 9 of small diameter (the ratio of the channel diameter to the outer diameter of the rod at the end is not more than 1: 3), which connects the cavity of the separator with an additional reservoir 10 The protruding rod ends 4 parts of all lamellae are lined with arc-resistant metal-ceramic lining 11. The movable rod clock 12 and its spring 13 are installed in the housing 14, which is fixed on the flange 3. The electrical connection of the movable rod contact 12 with 14 pusom effected pomsmtsyu sliding contact 15. In the movable contact rod 12 there is an annular insert 16 of arc-resistant cermet.

Накладки 11 .и кольцевой вкладьш 16 соединены с хедными детал ми ( ламели, стержневой контакт ) с помощью пайки, в качестве дугостойкой металлокерамики может использоватьс металлокерамическа композици вольфрам-медь.The pads 11. And the annular insert 16 are connected to the cladding parts (lamellae, rod contact) by soldering, a metal-ceramic composition of tungsten-copper can be used as arc-resistant metal-ceramic.

При отключении во внутреннюю полость разрыва отделител подаетс сжатый воздух высокого давлени , под действием которого перемещаетс подвижный стержневой контакт 12, сжима пружину 13. Отделитель размыкаетс только после того, как погашена дуга основного тока (нагрузочного и короткого замыкани ) в дугогасительной камере |не показана . Поэтому контакты отделител не размыкают цепь основного тока, отключаемого воздушным выключателемWhen the separator is switched off, high-pressure compressed air is supplied to the internal cavity of the separator, under the action of which the moving rod contact 12 is moved, compressing the spring 13. The separator opens only after the main current arc (load and short circuit) is extinguished in the arc chute | not shown. Therefore, the contacts of the separator do not open the main circuit disconnected by the air switch

В случае применени отделител в выключателе с шунтирующим резистором он может отключать ток резистора , который Не превышает несколько сот ампер. Возникающа при этом на контактах разрыва отделител дуга гаситс потоком воздуха, направленного из внутренней полости отделител через канал 9 в дополнительный резервуар 10.If a separator is used in a switch with a shunt resistor, it can disconnect the resistor current, which does not exceed several hundred amperes. An arc arising at the break contacts of the separator is quenched by a stream of air directed from the internal cavity of the separator through the channel 9 into the additional tank 10.

При выполнении выключателем опе .рации включени давление воздуха в отделителе уменьшаетс и подвижный стержневой контакт 12 перемещаетс под действием пружины 13. При сближении контактов между ламел ми 5 неподвижного розеточного контакта и подвижным стержневым контактом 12 возникает дуга предварительного пробо , опорные точки которой наход тс на дугостойких металлокерамических ,накладках 11 и кольцевом вкладыше 16. Подвижный стержневой контакт 12 направл етс подпружиненными элементами скольз щего контакта 15 и поэтому при движении в процессе включени он может совершать поперечные колебани . Благодар расположению ламелей 5 розеточного контакта вокруг стержн 4 по всей окружнЬсти и облицовке металлокерамическими накладками 11 всех ламелей 5, колебани подвижного контакта в поперечном направлении не привод т к смещению дуги на медные поверхности. После соприкосновени с ламел ми 5 розеточного контакта подвижный стержневой контакт 12 раздвигёют их и движетс до упора его торцовой поверхности в торец стержн 4. В процессе движени подвижного контактного стержн 12 в ро зетке- подвижный и неподвижный контакты соприкасаютс поверхност ми дугостойких металлокерамических накладок 11, и кольцевого вкладыша 16, в случае отбросов контактов опорные точки дуг располагаютс на этих поверхност х. На поверхност х элементов из дугостойкой металлокерамики дуга включени успевает расплавить метал только на очень небольших участках, выброс металла очень мал и не имеет мео«га металлизаци поверхности фарфорового изол тора. Во включенном п ложении контакты соприкасаютс медными торцовыми поверхност ми, которые не были оплавлены дугой. Основна токоведуща цепь разрыва отделител включает фланец 2, стержень 4 подвижный стержневой контакт 12, скольз щий контакт 15, корпус подвижного контакта 14 и фланец 3. Часть тока ответвл етс в дополнительный токоведущий контур: стержень 4,-ламель 5 - накладка 11 вкладыш 16 - подвижный стержневой контакт 12. Торцовые поверхности стержн 4 и подвижного стержневого контакта 12, через которые проходит основна часть рабочего тока, могут быть .выполнены плоскими, как показано на фиг. 1 и 2, или вьшуклыми на одном элементе и вогнутыми на другом. Контактна система обеспечивает возможность прохождени токов длительной нагрузки до 200ОА. Проведенные экспериментальные исследовани и анализ возможных конструктивных решений показали, что оптимальный диапазон отношени высоты накладок 11 к полной высоте ламелей 5 составл ет 0,15-0,40. При величине этого отношени менее 0,15 высота металлокераМической на-, кладки оказываетс слишком малой, во включенном положении контакты соприкасаютс поверхност ми, расплавленными дугой предварительного пробо , и возможно сваривание контактов (см. таблицу).When the switch is turned on, the air pressure in the separator decreases and the movable rod contact 12 moves under the action of the spring 13. When the contacts between the lamellas 5 of the fixed socket contact and the movable rod contact 12 approach, the arc of the preliminary sample, whose points are on arc-resistant metal-ceramic, overlays 11 and an annular insert 16. The movable rod contact 12 is guided by spring-loaded sliding contact elements 15 and therefore during movement in the process of switching, it can make transverse oscillations. Due to the location of the lamellae 5 of the socket contact around the rod 4 over the entire circumference and lining with the metal-ceramic plates 11 of all the lamellae 5, the oscillations of the moving contact in the transverse direction do not cause the arc to shift to copper surfaces. After contact with the louvers 5 of the socket contact, the movable rod contact 12 expands them and moves up to the stop of its end surface in the end face of the rod 4. In the process of moving the movable contact rod 12 in a rosette, the movable and fixed contacts come into contact with the surfaces of the arc-resistant metal-ceramic linings 11, and an annular insert 16; in case of contact debris, the reference points of the arcs are located on these surfaces. On the surface of elements of arc-resistant metal ceramics, the arc of inclusion manages to melt the metal only in very small areas, the ejection of the metal is very small and does not have a metallization of the surface of the porcelain insulator. In the included position, the contacts are in contact with the copper end surfaces that have not been melted by the arc. The main current-carrying circuit of the breaker separator includes a flange 2, a rod 4, a movable rod contact 12, a sliding contact 15, a housing of the movable contact 14 and a flange 3. Part of the current branches into an additional current-carrying circuit: rod 4, -lamel 5 - pad 11 insert 16 - movable rod contact 12. The end surfaces of the rod 4 and the movable rod contact 12, through which the main part of the operating current passes, can be made flat, as shown in FIG. 1 and 2, or convex on one element and concave on another. The contact system provides the possibility of the passage of continuous current up to 200OA. Experimental studies and analysis of possible design solutions have shown that the optimum ratio of the height of the pads 11 to the full height of the lamellae 5 is 0.15-0.40. When this ratio is less than 0.15, the height of the metallographic layer is too small, in the on position the contacts are in contact with the surfaces melted by the preliminary sample arc, and welding of the contacts is possible (see table).

При величине этого отношени более 0,40 ход в контактах становитс излишне большим,, что, не дава эффекта в части коммутационного ресурса и включающей способности, приводит к ненужному усложнению конструкции .When this ratio is more than 0.40, the stroke in the contacts becomes unnecessarily large, which, without having an effect in terms of the switching resource and the switching capacity, leads to an unnecessary complication of the structure.

Высота кольцевого вкладыша 16 больше высоты металлокерамических накладок 11 ламелей, что исключает плавление и унос меди на подвижном стержневом контакте 12. Внутренний диаметр кольцевого вкладыша 16 больше наружного диаметра основной токонесущей поверхности на торце стержн 4, При этом обеспечиваетс надежное соединение подвижного и неподвижного контактов.The height of the annular liner 16 is greater than the height of the metal-ceramic lining 11 of the lamellae, which eliminates the melting and entrainment of copper on the movable rod contact 12. The inner diameter of the annular liner 16 is larger than the outer diameter of the main current-carrying surface at the end of the rod 4. This ensures a reliable connection of the movable and fixed contacts.

Испытани показали, что использование предлагаемой конструкции коммутационного аппарата позвол ет повысить ток включени воздушных выключателей 110-500 кВ с воздухонаполненным отделителем с 35,5 кА до 40,0 кЛ и увеличить их коммутационный ресурс с 3 до 10-15 включений без существенного усложнени .конструкции отделител .Tests have shown that the use of the proposed switching device design allows increasing the switching current of 110-500 kV air circuit breakers with an air-filled separator from 35.5 kA to 40.0 kL and increasing their switching resource from 3 to 10-15 switching on without significant complication. separator

Claims

(57) SWITCHING APPLIANCE, mainly an air circuit breaker comprising a body of insulating material, flanges and openable contacts, one of which is made of a rod, with an arc-resistant cermet cover, and the other is a socket with spring-loaded lamellas located on the holder so that the lamellas protrude above the end surface of the holder, and on some of them arc-resistant metal-ceramic overlays are fixed, and the cage, on the one and the other, in order to reduce the dimensions and reduce the cost of the apparatus by reducing the stroke of the contacts, the holder on which the lamellas are located is made in the form of a rod made of a material with high electrical conductivity, the rest of the § lamellas are equipped with additional metal-ceramic overlays; to the full height of the lamella is 0.15-0.40, and the arched ceramic-metal lining of the rod contact is made in the form of an annular liner at the end.