WO2015113120A1 - Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока - Google Patents

Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока Download PDF

Info

Publication number
WO2015113120A1
WO2015113120A1 PCT/BG2014/000003 BG2014000003W WO2015113120A1 WO 2015113120 A1 WO2015113120 A1 WO 2015113120A1 BG 2014000003 W BG2014000003 W BG 2014000003W WO 2015113120 A1 WO2015113120 A1 WO 2015113120A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chambers
gas
electrolytic cell
switch
chamber
Prior art date
Application number
PCT/BG2014/000003
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Любомир СЕКУЛОВ
Жеоржи ПАВЛОВ
Галина ЧЕРНЕВА
Original Assignee
Любомир СЕКУЛОВ
Жеоржи ПАВЛОВ
Галина ЧЕРНЕВА
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Любомир СЕКУЛОВ, Жеоржи ПАВЛОВ, Галина ЧЕРНЕВА filed Critical Любомир СЕКУЛОВ
Priority to PCT/BG2014/000003 priority Critical patent/WO2015113120A1/ru
Publication of WO2015113120A1 publication Critical patent/WO2015113120A1/ru

Links

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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • H01H2033/566—Avoiding the use of SF6

Definitions

  • the present invention finds application in power engineering and electric transport, especially as a high-speed circuit breaker for constant current and alternating current electric networks of medium and low voltage.
  • SF6 rectifiers In SF6 rectifiers, arcing devices operate in an “electrotechnical gas” environment - sulfur hexafluoride (SF6, SF6). This name was given by the Russian physicist B. Gokhberg, who was the first to suggest the possibility of using SF6 gas as an insulating medium for high voltage electrical equipment (HV). It is believed that the first SF6 rectifiers with applications in the industry appeared on the market in the mid 50-ies of the twentieth century. This gas is very stable due to six covalent bonds in the molecule. It is one of the heaviest SF6 gases - its molecular weight is 146.05. In addition, it can be easily transported and used in various industries - in the petrochemical, nuclear, electronic, metallurgy, X-ray machines, electron microscopes, etc.
  • HV high voltage electrical equipment
  • SF6 rectifiers The main disadvantage of SF6 rectifiers is sulfur hexafluoride and its decomposition products, inert gases that are not found in the atmosphere. Although these gases are not toxic in themselves, they are easily hydrolyzed by contact with moisture, forming hydrogen fluoride and sulfur dioxide. For their absorption, filters are included in the SF6 circuit breakers, which absorb both gaseous decomposition products and moisture. If the gas pressure in the chamber reaches high values, the gas enters the atmosphere through the membrane so that the switch does not explode. Therefore, in order to ensure optimal operation of the circuit breaker, it is necessary to maintain optimal gas performance. Many applications use gas detectors to measure the concentration of sulfur hexafluoride in the atmosphere around circuit breakers.
  • Vacuum circuit breakers use a different type of medium in the extinguishing chamber - vacuum. Their contact system is in a vacuum chamber. When the contacts open between them, an electric arc arises. Then the arc goes out and the conducted metal vapors condense onto metal surfaces (contact poles and chamber walls) for several microseconds, which leads to a quick restoration of the electric strength of the vacuum.
  • the properties of vacuum circuit breakers are more dependent on the material and the shape of their contacts. A successful solution in this direction is an alloy of oxygen-free copper and chromium, in which the cutting current is reduced significantly.
  • vacuum circuit breakers complete explosion and fire safety, the possibility of any shutdown modes, high switching life (the electric strength of the vacuum is restored at high speed - up to 12 ⁇ ), small size and weight, relatively simple design and easy operation, large operational term (more than 20 years), high mechanical and electrodynamic stability during switching in normal and emergency conditions, no negative impact on the environment, auto ohmnost, the ability to work in any position in space, the ability to work in an aggressive environment, speed.
  • the disadvantages include: high cost, loss of function of the switch due to the accident of the vacuum interrupter chamber, the strong dependence of their reliable operation on the quality of contact communication, inapplicability at high voltages, the occurrence of overvoltage.
  • the task to which the claimed invention is directed is to create a DC and AC circuit breaker that will find application in medium and low voltage electrical networks, with a requirement for greater arc suppression speed compared to existing technical solutions up to this point and without negative impact on the environment .
  • the high-speed DC and AC circuit breaker claimed by the present invention has an electrical control unit including an electrically coupled programmable microprocessor, passive and active electronic components, and a winding on and off.
  • the switch has one or three arc quenching hermetic chambers made of electrical insulating material, which withstands an absolute pressure of 20 Ra to 1000 kPa, each chamber is placed in an insulating casing, which is an electrical insulator.
  • Each chamber is equipped with two pole contacts of a material with high electrical conductivity, one of which is stationary, attached to the housing of the corresponding chamber and connected electrically to the upper current terminal, and the other contact is movable, attached to a rod of insulating material to transmit the movement of the contact and electrically connected with the lower current output of the camera.
  • the chambers Before the circuit breaker is activated (transient), the chambers are filled with an oxyhydrogen mixture with a volume ratio of hydrogen and oxygen of 2: 1 and with an absolute pressure of about 100 kPa, and after the circuit breaker is activated, the chambers are filled with a fluid of water and water vapor with an absolute
  • the cameras are connected to a high-speed exhaust solenoid valve and a gas pipeline having a vessel with a liquid for removal, created after the activation of the switch, a fluid consisting of water and water vapor.
  • the switch also has a gas generator (electrolytic cell) for generating and supplying the oxyhydrogen mixture to the chambers.
  • a gas generator electrolytic cell
  • the switch also has a gas compensation tank for storing the oxyhydrogen mixture obtained from the electrolytic cell and for supplying it to the chambers after actuating the switch.
  • the tank which is electrically grounded, is made of chemically resistant materials to oxygen and hydrogen and is connected to an electrolytic cell through a gas pipeline.
  • an inlet for fluid In the upper part of the housing of the electrolytic cell there is an inlet for fluid, which is connected through a controlled valve and gas line to a pump, and then to a fluid vessel.
  • One specific example shows that fast-acting solenoid valves are mounted to pressurized chambers through connecting holes and gas pipes.
  • Another specific example illustrates pole contacts chemically resistant to oxidation and hydrogenation.
  • each chamber and a gas reservoir and between each chamber and a liquid vessel there are exhaust and inlet quick-acting magnetic valves, the parts of which are in contact with the gas of the electrolytic cell and the fluid exiting from each chamber are made of materials resistant to oxygen and hydrogen.
  • sensors for measuring absolute pressure are installed on each chamber, on the gas reservoir, and on the electrolytic cell.
  • the body of the electrolytic cell is a metal hermetically sealed vessel that can withstand high pressure.
  • gas pipelines made of materials resistant to oxygen and hydrogen, electrical insulators and connect hermetic chambers to a gas tank.
  • an electrolytic cell consists of identical sections, each of which consists of a housing, electrodes, electrolyte, liquid inlet, gas outlet, pressure sensors and electrolyte level; electrolyte - an aqueous solution of a base or acid with a high dissociation of aqueous molecules; the housing of the electrolytic cell from the inside is sheathed with stainless steel or other oxidation resistant material.
  • the electrodes of the electrolytic cell are made of stainless steel or other electrically conductive corrosion-resistant material and are located in parallel planes, and the distance between the electrodes is the same. The electrodes are powered by terminals on the outside of the electrolytic cell housing.
  • the electrolyte in the electrolytic cell does not fill the entire vessel, and two adjacent electrodes, in the absence of electrolyte, are electrically isolated; the gas outlet is located in the upper part of the housing of the electrolytic cell.
  • FIG. 1 shows a three-pole switch with gas chambers and a gas installation for it.
  • Figure 2 is a graph of the transient in an oxyhydrogen mixture environment, which shows the change in pressure, voltage and current as a function of time.
  • FIG. 1 shows a three-pole switch with gas chambers and a gas installation for it, according to the present invention. He has poles 1, 2, and 3 with three identical cameras.
  • the pole (1) shows the designations of the individual parts and elements: the upper current terminal (5), the pressure sensor (6), the arcing chamber (7), the high-speed gas solenoid valve (8), the gas pipeline (4), the solenoid valve (10), piston (I), spring (12), lower current terminal (13), insulation (14), adjustment screw (15), insulating rod (16), shaft (17), gas reservoir (18), pressure sensor (19 ), double gas solenoid valve (20), electrolytic cell (21), liquid vessel (22), pump (23), solenoid valve (24), gas outlet (26), fluid inlet (25) .
  • the circuit breaker is controlled by the control unit. It controls the circuit breaker winding, gas solenoid valves and electrolytic cell.
  • the electrical part of the low voltage consists of a control unit, which includes a programmable microprocessor and other passive and active electronic components (resistors, inductors, capacitors, optocouplers, powerful transistors, voltage, current and pressure sensors). It is possible to connect different types of relay protection.
  • the control unit also controls solenoid valves (20) that are mounted on gas pipelines, monitors and controls the electrolysis in the cell, monitors the pressure in the expansion tank (18), pressurized chambers, and controls the liquid pump (23).
  • Pressure sensors (6, 19), which measure absolute pressure from 0 to 1000 kPa, are mounted one on each chamber, one on the reservoir (1 8) and one on the electrolytic cell (21).
  • the electro-mechanical part of the circuit breaker of the present invention consists of b the following elements (Fig. 3 and Fig. 4).
  • the pole contacts (29, 30) are made of a material with high electrical conductivity and chemically resistant to oxidation and hydration.
  • One of the contacts is movable (30), and the other is stationary (29).
  • the pole contacts are in the hermetic chamber (7).
  • the fixed (29) is attached to the insulating casing, and the movable (30) to the insulating rod (16).
  • the hermetic chamber (7) in which the pole contacts (29. 30) are located, is one if the switch is single-pole, or three if the switch is three-pole.
  • the hermetic chamber (7) is made of insulating material that meets the voltage indices for which the circuit breaker is designed; it withstands absolute pressure indices in the range from 20 Ra to 9000 kPa. Magnetic valves are mounted to the chamber (7) by means of connecting holes and gas pipelines.
  • the hermetic chamber is filled with an oxyhydrogen mixture (27) with a volume ratio of hydrogen and oxygen of 2: 1 and with an absolute pressure of about 100 kPa. During the transient, the pressure changes as shown in fig. 2. After the end of the transition process, due to the properties of the oxyhydrogen mixture, a vacuum is created.
  • Magnetic valves - exhaust and discharge which provide the necessary amount and pressure of gas in each chamber, and also provide emptying of the chamber after the phase conversion of the oxyhydrogen mixture. Parts that come into contact with the fluid are made of materials resistant to hydrogen and oxygen. Electromechanical characteristics provide high speed and sufficient flow rate.
  • the insulating rod (16) is made of a suitable insulating material with the necessary mechanical characteristics, which drives the movable pole (30) in the chamber (7).
  • Gas generator electrolytic cell (21). It has the same sections, each of which consists of: housing, electrodes, electrolyte, fluid inlet (25), gas outlet (26), sensors for pressure and level.
  • An electrolyte is an aqueous solution of a base with the following characteristics.
  • the cell body is a metal, hermetically sealed container that can withstand high pressure, the inside of which is stainless steel or other oxidation resistant material.
  • the electrodes which are made of stainless steel or other corrosion-resistant material, are located in parallel planes with a maximum contact area with respect to the electrolyte, and the distance between two adjacent electrodes is greater if the contact area is larger and smaller, if the contact area between the electrolyte and electrodes is less .
  • the number of electrodes depends on the size of the housing, and the distance between them is the same. Electrode power is located on the outside of the housing.
  • the electrolyte does not fill the entire container, and the volume between the lid of the vessel and the surface of the electrolyte depends on the contact area of the electrodes with the electrolyte. Two adjacent electrodes in the absence of an electrolyte are electrically isolated.
  • the gas outlet (26) is located in the upper part of the housing, far from the electrolyte level.
  • the fluid inlet (25) is located in the upper part of the housing and is connected by a controlled valve to the fluid pump (23).
  • the mechanical part of the circuit breaker of the present invention consists of the following elements.
  • Gas pipelines which are made of materials resistant to hydrogen and oxygen, electrical insulators with an internal cross-section, which provides the necessary flow rate between the individual components.
  • the compensation tank (18) which is made of materials resistant to hydrogen and oxygen, is electrically grounded, connected by mechanical / mechanical bonds, gas pipelines to the electrolytic cell (21) on the one hand and to the hermetic chambers (7) on the other.
  • the circuit breaker of the present invention has chambers of insulating material, and solenoid valves are located on respective input and output connecting holes that are connected to the control unit of the circuit breaker.
  • the inlet solenoid valves dispense gas in the chamber so that when loading the pressure does not exceed a certain value.
  • the common supply gas pipeline (9) is connected to the reservoir (18), it also has an electromagnetic valve, which is regulated by the control unit of the switch.
  • the oxyhydrogen mixture is preserved with a pressure above atmospheric and below 20,000 kPa.
  • the oxyhydrogen mixture is produced by a gas generator that connects the gas pipeline to the reservoir. Pipes are mounted on the gas outlet openings of the chambers (7), on which there are also electromagnetic valves regulated by the control unit.
  • the valve exits are connected by a common pipeline, which provides access to the fluid in the container (22).
  • the invention can be applied to both single-pole and three-pole circuit breakers.
  • Shutdown time i.e. the time from issuing a trip command to the moment the contacts open is an important rated parameter of the switches. It includes the own time of the circuit breaker (from the moment of issuing the shutdown command to the moment of opening the contacts) and the arc burning time in three poles.
  • the arc quenching time t d together with the relay protection time t rz and the intrinsic time t c of the circuit breaker, forms the tripping time: ⁇ open ⁇ 'rz ⁇ * ⁇ ⁇ dg
  • the energy required to obtain oxyhydrogen is approximately about 10,000 J for one liter at a pressure of 100 kPa and is determined by the First Faraday Law on Electrolytic Processes:
  • t is the amount of substance
  • k is the electrochemical equivalent
  • t is time.
  • the minimum energy required to burn the oxyhydrogen mixture is only 0.019 mJ and it is provided by opening the poles of the switches when current flows in the external circuit of the switch.
  • the arcing transient is shown graphically.

Abstract

Выключатель находит приложе в электрических сетях среднего и низкого напряжения. Он имеет электрический блок управления, одну или три дугогасительные герметические камеры, каждая из которых размещена в изоляционном корпусе. В каждой камере расположены два полюсные контакты, один из которых стационарен, а а другой контакт - подвижный. Перед приведением в действие выключателя камеры заполнены оксигидрогеннной смесью с объемным соотношением водорода и кислорода 2: 1, а после активации выключателя заполнены флюидом из воды и водяных паров. Камеры связаны выпускательным быстродействующим электромагнитным клапаном и газопроводом к сосуду с жидкостью для удаления, созданного после активации выключателя, флюида, состоящего из воды и водяных паров. Выключатель имеет еще генератор газа для генерирования и подачи оксигидрогеннной смеси в камеры и газовый компенсационный резервуар для сохранения полученной из электролитической ячейки оксигидрогеннной смеси и для ее подачи в камеры после приведения в действие выключателя.

Description

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО и ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение находит приложение в энергетике и электрическом транспорте, особенно, как быстродействующий выключатель постояннотоковых и переменнотоковых электрических сетей среднего и низкого напряжения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ
Одна из основных проблем в области энергетики и электрического транспорта - это исследование переходных процессов в постояннотоковых и переменнотоковых электрических сетях. Основная проблема в этих областях - разработка выпрямителей с большим быстродействием. Один из основных параметров, оказывающий влияние на быстродействие выпрямителей - это среда дугогашения, в которой находятся полюсы выпрямителя. В современных выпрямителях используется отдельная герметическая дугогасительная камера, причем в последние годы разрабатываются преимущественно два типа выпрямителей - элегазовые и вакуумные.
В элегазовых выпрямителях дугогасительные устройства работают в среде "электротехнического газа'" - шестифтористая сера (SF6, элегаз). Это название дал русский физик Б. Гохберг, который первым высказал предположение о возможности применения элегаза SF6 в качестве изоляционной среды для электрооборудования высокого напряжения (ВН). Считается, что първые SF6 выпрямители с приложением в индустрии появились на рынке в середине 50-х годов ХХ-ого века. Этот газ очень устойчив благодаря шести ковалентным связям в молекуле. Он один из самых тяжелых газов SF6 - его молекулярный вес 146.05. Кроме того, его можно переносить легко и использовать в разных отраслях промышлености - в нефтехимической, ядерной, электронной, в металлургии, рентгеновские аппараты, электронные микроскопы и т.д.
Основным недостатком элегазовых выпрямителей являются шестифтористая сера и ее продукты разложения, инертные газы, которые не встречаются в атмосфере. Хотя эти газы сами по себе не токсичны, они легко гидролизуются при взаимодействии с влагой, образуя фтористо-водородную кислоту и двуокись серы. Для их поглощения в элегазовые выключатели включаются фильтры, которые поглощают как газообразные продукты разложения, так и влагу. Если давление газа в камере достигнет больших значений, газ выходит в атмосферу через мембрану, чтобы выключатель не взорвался. Следовательно, чтобы обеспечить оптимальную работу выключателя, необходимо поддерживать оптимальные характеристики газа. Во многих приложениях применяют газдетекторы для измерения концентрации шестифтористой серы в атмосфере вокруг выключателей.
Вакуумные выключатели используют другой вид среды в камере дугогашения - вакуум. Их контактная система находится в вакуумной камере. При размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга. Потом дуга гаснет и проводимые металлические пары кондензируют на металлические поверхности (контактные полюсы и стенки камеры) в продолжении нескольких микросекунд, что приводит к быстрому восстановлению электрической прочности вакуума. Свойства вакуумных выключателей в большей степени зависят от материала и формы их контактов. Успешное решение в данном направлении - сплав из безкислородной меди и хрома, при которой ток срезывания уменьшается значительно.
Преимуществами вакуумных выключателей являются: полная взрыво- и пожаро- безопасность, возможность осуществления любых режимов отключения, высокий коммутационный ресурс (электрическая прочность вакуума восстанавливается с большой скоростью - до 12 μβ), малые размеры и вес, сравнительно простая конструкция и легкая эксплуатация, большой эксплуатационный срок (более 20 лет), высокая механическая и электродинамическая устойчивость при коммутации в нормальных и аварийных режимах, отсуствие негативного воздействия на окружающую среду, автономность, возможность работы в любом положении в пространстве, возможность работы в агрессивной среде, быстродействие.
К недостаткам следует отнести: высокую себестомость, потерю функции выключателя вследствие аварии вакуумной дугогасительной камеры, сильную зависимость их надежной работы от качества контактной связи, неприменимость при высоких напряжениях, возникновение перенапряжения.
ТЕХНИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание выключателя постоянного и переменного тока, который найдет приложение в электрических сетях среднего и низкого напряжения, с требованием о большем быстродействии дугогашения по сравнению с существующими техническими решениями до этого момента и без негативного воздействия на окружающую среду.
Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока, заявленный настоящим изобретением, имеет электрический блок управления, включающий электрически связанный программируемый микропроцессор, пассивные и активные электронные компоненты и включающую и выключающую обмотку.
Выключатель имеет одну или три дугогасительные герметические камеры из электроизоляционного материала, который выдерживает абсолютное давление от 20 Ра до 1000 кРа, каждая камера размещена в изоляционном корпусе, который является электрическим изолятором.
Каждая камера снабжена двумя полюсными контактами из материала с высокой электрической проводимостью, один из которых стационарен, прикреплен к корпусу соответствующей камеры и связан электрически с верхним токовым выводом, а другой контакт - подвижный, прикреплен к стержню из изоляционного материала для передачи движения контакта и связан электрически с нижним токовым выводом камеры.
Перед приведением в действие выключателя (переходный процесс) камеры заполняются оксигидрогеннной смесью с объемным соотношением водорода и кислорода 2: 1 и с абсолютным давлением около 100 кРа, а после активации выключателя - камеры заполняются флюидом из воды и водяных паров с абсолютным
з давлением между 20 и 200Ра, созданные вследствие процесса дугогашения.
Камеры связаны с выпускательным быстродействующим электромагнитным клапаном и газопроводом, имеющим сосуд с жидкостью для удаления, созданного после активации выключателя, флюида, состоящего из воды и водяных паров.
Выключатель имеет еще генератор газа (электролитическая ячейка) для генерирования и подачи оксигидрогеннной смеси в камеры.
Выключатель имеет еще и газовый компенсационный резервуар для сохранения полученной из электролитической ячейки оксигидрогеннной смеси и для ее подачи в камеры после приведения в действие выключателя. Резервуар, который электрически заземлен, сделан из химически устойчивых материалов к кислороду и водороду и через газопровод связан с электролитической ячейкой. В верхней части корпуса электролитической ячейки расположен вход для флюида, который связан через управляемый клапан и газопровод с насосом, а потом с со судом для жидкости.
На одном конкретном примере показано, что к герметическим камерам через присоединительные отверстия и газопроводы монтированы быстродействующие магнитные клапаны.
Другой конкретный пример иллюстрирует полюсные контакты, химически устойчивые к оксидированию и гидрированию.
На другом конкретном примере между каждой камерой и газовым резервуаром и между каждой камерой и сосудом для жидкости расположены выпускные и впускные быстродействующие магнитные клапаны, части которых, находящиеся в соприкосновении с газом электролитической ячейки и флюидом, выходящим из каждой камеры, сделаны из материалов, устойчивых к кислороду и водороду.
На другом конкретном примере на каждой камере, на резервуаре газа и на электролитической ячейке поставлены датчики для измерения абсолютного давления. На другом конкретном примере корпус электролитической ячейки металлический герметически замкнутый сосуд, который выдерживает высокое давление.
На другом конкретном примере показаны газопроводы, сделанные из материалов, устойчивых к кислороду и водороду, электрические изоляторы и связывают герметические камеры с газовым резервуаром.
На другом конкретном примере электролитическая ячейка состоит из одинаковых секций, каждая из которых состоит из корпуса, электродов, электролита, входа для жидкости, выхода для газа, датчиков давления и уровня электролита; электролит - водный раствор основания или кислоты с высокой диссоциацией водных молекул; корпус электролитической ячейки с внутренной части обшит нержавеющей сталью или другим материалом, устойчивым к окислению. Электроды электролитической ячейки сделаны из нержавеющей стали или другого электропроводящего коррозионно стойкого материала и расположены в параллельных плоскостях, а расстояние между електродами одинакаво. Питание электродов осуществляется клеммами на внешней части корпуса электролитической ячейки. Электролит в электролитической ячейке не заполняет весь сосуд, а два соседних электрода, при отсутствии электролита, являются электрически изолироваными; выход для газа находится в верхной части корпуса электролитической ячейки.
ОПИСАНИЕ ПРИЛОЖЕННЫХ РИСУНКОВ
На рис. 1 показан трехполюсный выключатель с газовыми камерами и газовая установка к нему.
На рис. 2 находится графика переходного процесса в среде оксигидрогеннной смеси, где показано изменение давления, напрежения и тока в функции времени.
На рис. 3 изображено пересечение одной из камер перед приведением в действии выключателя.
На рис. 4 изображено пересечение одной из камер после приведения в действие выключателя. ОПИСАНИЕ ПРИЛОЖЕННЫХ РИСУНКОВ
ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ
На рис. 1 показан трехполюсный выключатель с газовыми камерами и газовая установка к нему, согласно настоящему изобретению. У него полюсы 1 , 2, и 3 с тремя одинаковыми камерами. На полюсе ( 1 ) показаны обозначения отдельных деталей и элементов: верхний токовый вывод (5), датчик давления (6), дугогасительная камера (7), быстродействующий газовый магнитный клапан (8), газопровод (4), магнитный клапан (10), поршень ( И ), пружина ( 12), нижний токовый вывод (13), изоляция (14), винт для регулирования (15), изоляционный стержень (16), вал (17), газовый резервуар ( 18), датчик давления (19), двойной газовый электромагнитный клапан (20), электролитическая ячейка (21), сосуд для жидкости (22), насос (23), магнитный клапан (24), выход для газа (26), вход для флюида (25). Управление выключателем реализуется блоком управления. Он управляет обмоткой выключателя, газовыми магнитными клапанами и электролитической ячейкой.
Электрическая часть низкого напряжения состоит из блока управления, в который входят программируемый микропроцессор и другие пассивные и активные электронные компоненты (резисторы, индуктивности, конденсаторы, оптроны, мощные транзисторы, датчики напряжения, тока и давления). К нему можно присоединять разные по виду релейные защиты. Блок управления регулирует кроме обмотки выключателя, еще и электромагнитные клапаныи (20), которые монтированы на газопроводах, следит и управляет электролизом в ячейке, следит за давлением в компенсаторном резервуаре ( 18), герметическими камерами и управляет насосом для жидкости (23).
Датчики давления (6, 19), которые измеряют абсолютное давление от 0 до 1000 кРа, монтированы по одному на каждой камере, один на резервуаре ( 1 8) и один на электролитической ячейке (21 ).
Электро-механическая часть выключателя настоящего изобретения состоит из б следующих элементов (рис. 3 и рис. 4).
1. Полюсные контакты (29, 30) выполнены из материала с большой электрической проводимостью и химически устойчивого к окислению и гидратации. Один из контактов подвижный (30), а другой - стационарный (29). Полюсные контакты находятся в герметической камере (7). Неподвижный (29) прикреплен к изоляционному корпусу, а подвижный (30) к изоляционному стержню (16).
2. Герметическая камера (7), в которой находятся полюсные контакты (29. 30), одна, если выключатель однополюсный, или три, если выключатель трехполюсный. Герметическая камера (7) из изоляционного материала, отвечающего показателям напряжения, на которые рассчитан выключатель, она выдерживает абсолютные показатели давления в интервале от 20 Ра до 9000 кРа. К камере (7) посредством присоединительных отверстий и газопроводов монтированы магнитные клапаны. Перед переходным процессом герметическая камера заполнена оксигидрогеннной смесью (27) с объемным соотношением водорода и кислорода 2: 1 и с абсолютным давлением около 100 кРа. Во время переходного процесса давление меняется, как показано на рис. 2. После окончания переходного процесса, вследствие свойств оксигидрогеннной смеси создается вакуум.
3. Магнитные клапаны - выпускательные и нагнетательные, которые обеспечивают необходимое количество и давление газа в каждой камере, а также обеспечивают опорожнения камеры после фазового преобразования оксигидрогеннной смеси. Части, которые контактуют с флюидом, выполнены из материалов, устойчивых к водороду и кислороду. Электро-механические характеристики обеспечивают высокое быстродействие и достаточный дебит.
4. Стандартные для выключателей включающая и выключающая обмотки.
5. Изоляционный корпус, в которым находятся камеры (7). Он же электрический изолятор и выдерживает механическое воздействие, возникающее вследствие движения механизма подвижного полюсного контакта. 6. Изоляционный стержень ( 16), выполнен из подходящего изоляционного материала с необходимыми механическими характеристиками, который приводит в движение подвижный полюс (30) в камере (7).
7. Газ-генератор (электролитическая ячейка) (21 ). Имеет одинаковые секции, каждая из которых состоится из: корпуса, электродов, электролита, входа для флюида (25), выхода для газа (26), датчиков для давления и уровня. Электролит - водный раствор основания, обладающий следующими характеристиками.
Корпус ячейки представляет металлический, герметически замкнутый контейнер, выдерживающий высокое давление, во внутренней части которого - нержавеющая сталь или другой материал, устойчивый к окислению.
Электроды, которые сделаны из нержавеющей стали или другого корозионно устойчивого материала, расположены в параллельных плоскостях, с максимальной контактной площадью по отношению к электролиту, причем расстояние между двумя соседними электродами больше, если контактная площадь больше и меньше, если контактная площадь между электролитом и электродами меньше. Количество электродов зависит от размеров корпуса, а расстояние между ними одинаково. Питание электродов находится на внешней стороне корпуса.
Электролит не заполняет весь контейнер, причем объем между крышкой сосуда и повърхностью электролита зависит от контактной площади электродов с электролитом. Два соседних электрода при отсуствии электролита изолированы электрически. Выход для газа (26) находится в верхней части корпуса, вдали от уровня электролита. Вход для жидкости (25) находится в верхней части корпуса и связан управляемым клапаном с насосом для жидкости (23).
8. Контейнер для жидкости (22), который связан посредством насоса для жидкости (23) и газопроводом с электролитической ячейкой (21 ), а с другой стороны - с выпускательным магнитным клапаном ( 10) герметической камеры (7). Механическая часть выключателя настоящего изобретения состоит из следующих элементов.
1. Газопроводы, которые сделаны из материалов, устойчивых к водороду и кислороду, электрические изоляторы с внутренним сечением, которое обеспечивает необходимый дебит между отдельными компонентами.
2. Силовой привод.
3. Компенсаторный резервуар (18), который сделан из материалов, устойчивых к водороду и кислороду, электрически заземлен, связан посредством механических/механичных связей, газопроводы к электролитической ячейке (21) с одной стороны и к герметическим камерам (7) - с другой.
На одном конкретном примере, выключатель настоящего изобретения имеет камеры из изоляционного материала, а на соответствующих входно-выходных присоединительных отверстиях расположены электромагнитные клапаны, которые связаны с управляющим блоком выключателя. Входные электромагнитные клапаны дозируют газ в камере, чтобы при загрузке давление не превышало определенное значение. Общий подводящий газопровод (9) связан с резервуаром (18), на нем тоже есть электромагнитный клапан, который регулируется управляващим блоком выключателя. В резервуаре (18), объем которого больше суммы объемов отдельных камер, сохраняется оксигидрогеннная смесь с давлением выше атмосферного и ниже 20000 кРа. Оксигидрогеннная смесь вырабатывается генератором газа, который связывает газопровод с резервуаром. На выходных газовых отверстиях камер (7) монтированы трубопроводы, на которых тоже есть электромагнитные клапаны, регулируемые управляващим блоком. Выходы клапанов связаны общим трубопроводом, который обеспечивает доступ флюиду в контейнер (22).
При подаче сигнала отключения выключателя, контактные пластины размыкаются, при чем образуется дуга, которая сжигает оксигидрогеннную смесь (27). Во время максимального значения давления в камере, подается сигнал открытия выходного клапана. Это происходит перед тем, чтобы внутреннее давление камеры стало равным внешнему (атмосферному) давлению. После времени установленного режима камеры выключателя снова заполняются оксигидрогеннной смесью из резервуара через электромагнитные клапаны, при чем надо следить чтобы время заполнения камеры и время установленного режима были меньше времени автоматического повторного включения выключателя. Быстрота заполнения камеры обеспечивается быстродействующими электромагнитными клапанами. Давление оксигидрогеннной смеси в камерах должно быть около вншнего (атмосферного).
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение можно применять, как для однополюсных, так и для трехполюсных выключателей. Время отключения, т.е. время от подачи команды на отключение до момента размыкания контактов, является важныйм номинальныйм параметром выключателей. В нем включаются собственное время выключателя (от момента подачи команды на отключение до момента размыкания контактов) и время горения дуги в трех полюсах. Время гашения дуги td , вместе с временем релейной защиты t рз и собственным временем tc выключателя образует время отключения: ^отк ~ ' рз ~*~ ^дг
Энергия, необходимая для получения оксигидрогена приблизительно около 10000 J для одного литра при давлении 100 кРа и определяется Первыйм законом Фарадея об электролитических процессах :
т = kit
где
т - количество вещества;
к -электрохимический эквивалент;
/ - ток через электролит;
t - время.
Минимальная энергия, необходимая для сжигания оксигидрогеннной смеси только 0,019 mJ и она обеспечивается размыканием полюсов выключателей, когда во внешней цепи выключателя протекает ток. Переходный процесс дугогашения показан графично
ю на рис. 2, где показаны изменения тока отключения, напряжения и давления в камере во функции от времени. Время восстановления диэлектрической прочности меньше 40μ8. Возникшие перенапряжения зависят от согласования генератора и нагрузки и определяются формулой:
r di
и = -L—
dt
где
L-индуктивность цепи;
- ток выключателя;
/ - время отключения тока.

Claims

ПАТЕНТНЫЕ ПРЕТЕНЗИИ
1. Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока, состоящийся из:
-электрического блока управления, включающий электрически связанный программируемый микропроцессор, пассивные и активные электронные компоненты и включающую и выключающую обмотку;
- одной или трех дугогасительных герметических камерей (7) из электроизоляционного материала, который выдерживает абсолютное давление от 20 Ра до 1000 кРа, каждая камера (7) размещена в изоляционном корпусе, который является электрическим изолятором.;
- в каждой камере (7) расположены два полюсные контакты (29, 30) из материала с высокой электрической проводимостью, один из которых стационарен (29), прикреплен к корпусу соответствующей камеры и связан электрически с верхним токовым выводом (5), а другой контакт (30) - подвижный, прикреплен к стержню из изоляционного материала ( 16) для передачи движения контакта (30) и связан электрически с нижним токовым выводом (13) камеры (7), характеризующийся тем, что:
- камеры (7) перед приведением в действие выключателя (переходный процесс) заполнены оксигидрогеннной смесью (27) с объемным соотношением водорода и кислорода 2: 1 и с абсолютным давлением около 100 кРа, а после активации выключателя - камеры заполненяы флюидом из воды и водяных паров (28) с абсолютным давлением между 20 и 200 Ра, созданные вследствие процесса дугогашения;
- камеры (7) связаны с выпускательным быстродействующим электромагнитным клапаном (8) и газопроводом (4) к сосуду с жидкостью (22) для удаления, созданного после активации выключателя, флюида, состоящего из воды и водяных паров;
- имеет еще генератор газа (электролитическая ячейка) (21) для генерирования и подачи оксигидрогеннной смеси в камеры (7); - имеет еще газовый компенсационный резервуар (18) для сохранения полученной из электролитической ячейки (21) оксигидрогеннной смеси и для ее подачи в камеры (7) после приведения в действие выключателя; резервуар ( 18) связан с камерами (7) и через газопровод связан с электролитической ячейкой (21 ); резервуар (18) сделан из химически устойчивых материалов к кислороду и водороду и электрически заземлен;
- верхней части корпуса электролитической ячейки (21) расположен вход для флюида (25), который связан через управляемый клапан и газопровод с насосом (23), а потом с сосудом для жидкости (22).
2. Быстродействующий выключатель, согласно претензии 1, характеризируется тем, что к герметическим камерам (7) через присоединительные отверстия и газопроводы монтированы быстродействующие магнитные клапаны (8).
3. Быстродействующий выключатель, согласно претензии 1 или 2, характеризируется тем, что полюсные контакты (29, 30) химически устойчивые к оксидированию и гидрированию.
4. Быстродействующий выключатель, согласно каждой из сказанных претензии, характеризируется тем, что между каждой камерой (7) и газовым резервуаром (18) и между каждой камерой (7) и сосудом для жидкости (22) расположены выпускные и впускные быстродействующие магнитные клапаны (20), части которых (20), находящиеся в соприкосновении с газом электролитической ячейки (21) и флюидом, выходящим из каждой камеры (7) сделаны из материалов, устойчивых к кислороду и водороду.
5. Быстродействующий выключатель, согласно каждой из сказанных претензии, характеризируется тем, что на каждой камере (7), на резервуаре газа (18) и на электролитической ячейке (21) поставлены датчики для измерения абсолютного давления (6, 19).
6. Быстродействующий выключатель, согласно каждой из сказанных претензии, характеризируется тем, что корпус электролитической ячейки (21 ) является металлический герметически замкнутый сосуд, который выдерживает высокое давление.
7. Быстродействующий выключатель, согласно каждой из сказанных претензии, характеризируется тем, что газопроводы (9), связывающие герметические камеры (7) с газовым резервуаром (18), сделанные из материалов, устойчивых к кислороду и водороду.
8. Быстродействующий выключатель, согласно каждой из сказанных претензии, характеризируется тем, что электролитическая ячейка (21 ) состоит из одинаковых секций, каждая из которых состоит из корпуса, электродов, электролита, входа для жидкости, выхода для газа, датчиков давления и уровня электролита, которыъ является водный раствор основания или кислоты с высокой диссоциацией водных молекул; корпус электролитической ячейки (21 ) с внутренной части обшит нержавеющей сталью или другим материалом, устойчивым к окислению; электроды электролитической ячейки (21) сделаны из нержавеющей стали или другого электропроводящего коррозионно стойкого материала и расположены в параллельных плоскостях, а расстояние между електродами одинакаво; питание электродов осуществляется клеммами на внешней части корпуса электролитической ячейки (21); электролит в электролитической ячейке не заполняет весь сосуд, а два соседних электрода при отсутствии электролита, являются электрически изолироваными; выход для газа (26) находится в верхной части корпуса электролитической ячейки (21 ).
PCT/BG2014/000003 2014-01-31 2014-01-31 Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока WO2015113120A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BG2014/000003 WO2015113120A1 (ru) 2014-01-31 2014-01-31 Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BG2014/000003 WO2015113120A1 (ru) 2014-01-31 2014-01-31 Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015113120A1 true WO2015113120A1 (ru) 2015-08-06

Family

ID=53756047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BG2014/000003 WO2015113120A1 (ru) 2014-01-31 2014-01-31 Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015113120A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110676111A (zh) * 2019-11-01 2020-01-10 国网新疆电力有限公司检修公司 断路器中填充气体的混合装置与方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU584353A1 (ru) * 1976-06-07 1977-12-15 Предприятие П/Я Р-6517 Гавоза смесь дл выключателей высокого напр жени
RU2037228C1 (ru) * 1993-06-15 1995-06-09 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Однопоршневой трехполюсный выключатель нагрузки
RU2160478C2 (ru) * 1998-12-03 2000-12-10 Кузнецов Владимир Владимирович Однофазный автоматический выключатель переменного тока с динамическим отключением
US20050146814A1 (en) * 2003-12-05 2005-07-07 Pierre Sellier Dispositif disjoncteur hybride
RU2284604C1 (ru) * 2005-08-22 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Элегазовое дугогасительное устройство высоковольтного выключателя
WO2010142346A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Abb Technology Ag Dielectric insulation medium
RU101863U1 (ru) * 2008-12-18 2011-01-27 АББ С.п.А. Электрическое переключающее устройство для низковольтных цепей

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU584353A1 (ru) * 1976-06-07 1977-12-15 Предприятие П/Я Р-6517 Гавоза смесь дл выключателей высокого напр жени
RU2037228C1 (ru) * 1993-06-15 1995-06-09 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Однопоршневой трехполюсный выключатель нагрузки
RU2160478C2 (ru) * 1998-12-03 2000-12-10 Кузнецов Владимир Владимирович Однофазный автоматический выключатель переменного тока с динамическим отключением
US20050146814A1 (en) * 2003-12-05 2005-07-07 Pierre Sellier Dispositif disjoncteur hybride
RU2284604C1 (ru) * 2005-08-22 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Элегазовое дугогасительное устройство высоковольтного выключателя
RU101863U1 (ru) * 2008-12-18 2011-01-27 АББ С.п.А. Электрическое переключающее устройство для низковольтных цепей
WO2010142346A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Abb Technology Ag Dielectric insulation medium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110676111A (zh) * 2019-11-01 2020-01-10 国网新疆电力有限公司检修公司 断路器中填充气体的混合装置与方法
CN110676111B (zh) * 2019-11-01 2023-10-03 国网新疆电力有限公司检修公司 断路器中填充气体的混合装置与方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101996233B1 (ko) 유전성 절연 매질
JP5140190B2 (ja) ガス絶縁真空遮断器
CN202276085U (zh) 全绝缘金属环网柜
CN201113292Y (zh) 一种气体绝缘真空环网开关柜
KR20170117724A (ko) 가스절연개폐부의 절연가스 제어 장치
KR20170030630A (ko) 전기 장치의 절연 공간에 수용된 절연 유체를 보충 및/또는 리컨디셔닝하기 위한 리필 컨테이너
JP2015073348A (ja) 電力用ガス絶縁機器
KR20020039244A (ko) 가스절연개폐장치
WO2015113120A1 (ru) Быстродействующий выключатель постоянного и переменного тока
WO2008080288A1 (fr) Armoire de commutation étanche à l'eau et complètement isolante
US11094484B2 (en) Insulating medium for an electric energy transmission device
CN101989511A (zh) 一种负荷开关
CN111313304A (zh) 电力开关柜
KR100819508B1 (ko) 환경친화형 고압개폐기 겸용 차단기
CN207038424U (zh) 一种耐高温的断路器
RU2507641C1 (ru) Ампульный химический источник тока
CN204011251U (zh) 高原型户内高压真空断路器
CN203983134U (zh) 一种户外柱上真空断路器
CN105633848A (zh) 一种新型sf6绝缘真空负荷开关柜
CN109003859A (zh) 一种耐高温的断路器
CN104576173A (zh) 具有真空灭弧室的交流高压保护装置及进行保护的方法
JP2012253896A (ja) 電力用ガス絶縁機器および電力用ガス絶縁機器の絶縁ガスの充填または排気方法
JP2009261111A (ja) 開閉装置
CN204067171U (zh) 内置式合闸电阻超高压交流断路器
CN204190253U (zh) 一种新型sf6绝缘真空负荷开关柜

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14880897

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14880897

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1