RU2323500C1

RU2323500C1 - Arc-control device of self-compressing gas-filled high-voltage circuit breaker

Info

Publication number: RU2323500C1
Application number: RU2006127792/09A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Бабкин (RU); Игорь Владимирович Бабкин; Александр Самуилович Пельц (RU); Александр Самуилович Пельц; Евгений Николаевич Тонконогов (RU); Евгений Николаевич Тонконогов; ков Станислав Васильевич Треть (RU); Станислав Васильевич Третьяков
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-04-27
Also published as: RU2006127792A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed arc-control device has main and arc-control contacts, and fixed piston. Movable arc-control contact has nozzle, insulating nozzle, and L-shaped cylindrical insulating bushing that bounds self-generation cavity in space upward over flow by means of its internal end. External surface of movable arc-control contact mounts newly introduced insulating cylinder, blowout chamber being formed between its external surface and internal cylindrical surface of bushing. Channel formed by internal cylindrical surface of insulating nozzle and external surface of bushing provides for communication between self-generation cavity and compression chamber space under piston. Mechanical design of device satisfied following equation: V_in/v_fin = 0.15-0.30, where v_fin is final compression volume upon execution of OFF-operation; V_in is initial compression volume; blowout chamber is bounded by internal surface of L-shaped cylindrical insulating bushing.

EFFECT: enhanced operating reliability.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к дугогасительным устройствам высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей.The invention relates to electrical engineering, namely to arcing devices of high-voltage gas-filled autocompression switches.

Известно дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [1], в котором имеются главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло. Недостатком данной конструкции является значительная мощность привода для функционирования выключателя при коммутации номинальных токов отключения, что снижает надежность выключателя в эксплуатации.Known interrupter device of a high-voltage gas-filled autocompression switch [1], in which there are main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle. The disadvantage of this design is the significant drive power for the operation of the circuit breaker when switching rated tripping currents, which reduces the reliability of the circuit breaker in operation.

Наиболее близким к данному является дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя [2], содержащее главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, внутренней поверхностью камеру автодутья, а внешней поверхностью камеру автогенерации, образованную в теле изоляционного сопла, и соединенную с надпоршневым объемом камеры сжатия каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней цилиндрической поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки.Closest to this is the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch [2], containing the main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, an L-shaped cylindrical insulating sleeve that limits the self-generation cavity in the upstream space, the inner end, the inner end the surface of the self-blowing chamber, and the outer surface of the self-generation chamber, formed in the body of the insulating nozzle, and connected to the supra-piston by lifting the compression chamber by a channel formed by the inner cylindrical surface of the insulating nozzle and the outer cylindrical surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve.

Повышение эффективности дугогашения при отключении обеспечивается за счет использования эффекта автогенерации (введением полости автогенерации, камеры автодутья и камеры автогенерации) и выбором оптимальных соотношений для этих элементов дугогасительного устройства, а также оптимальных углов потока газа в сторону изоляционного сопла, что позволяет повысить давление вверх по потоку, а следовательно, увеличить массовый расход дугогасящей среды при отключении (в области нуля тока) и увеличить номинальное напряжение на разрыв [2].An increase in the efficiency of the extinguishing during shutdown is ensured by using the self-generating effect (by introducing the self-generating cavity, self-blowing chamber and self-generating chamber) and by choosing the optimal ratios for these elements of the arcing device, as well as the optimal gas flow angles towards the insulating nozzle, which allows increasing the pressure upstream and, consequently, increase the mass flow rate of the extinguishing medium during shutdown (in the region of zero current) and increase the nominal breaking voltage [2].

Однако значительные радиальные размеры камеры сжатия и, как следствие, значительные массы подвижных элементов дугогасительного устройства не позволяют существенно снизить мощность привода.However, the significant radial dimensions of the compression chamber and, as a consequence, the significant masses of the movable elements of the arcing device do not significantly reduce the drive power.

Существенное уменьшение мощности привода достигается уменьшением радиальных размеров дугогасительного устройства (диаметра поршня в сочетании с уменьшением диаметров сопел), а следовательно, приведенной массы подвижных частей выключателя. При этом эффективный рост давления вверх по потоку и турбулизация дугогасящей среды вверх по потоку распространяется по объемам полости автогенерации, камере автодутья, камере сжатия и роль камеры автогенерации резко уменьшается, так как ее функции при малых габаритах дугогасительного устройства передаются полости автогенерации, камере автодутья и камере сжатия.A significant reduction in drive power is achieved by reducing the radial dimensions of the arcing device (piston diameter in combination with a decrease in nozzle diameters), and therefore, the reduced mass of the moving parts of the circuit breaker. In this case, an effective increase in pressure upstream and turbulization of the extinguishing medium upstream spreads over the volumes of the self-generation cavity, the self-blowing chamber, the compression chamber, and the role of the self-generation chamber decreases sharply, since its functions are transferred to the self-generation cavity, self-blowing chamber, and chamber with small dimensions of the suppression device compression.

Эффективное взаимодействие газового потока из этих камер с остаточным следом дуги отключения между дугогасительными контактами играет решающую роль при восстановлении межконтактной электрической прочности для коммутационного режима 100% и неудаленное короткое замыкание (НКЗ) при высоком уровне переходного восстанавливающего напряжения (ПВН).The effective interaction of the gas flow from these chambers with the residual trace of the tripping arc between the arcing contacts plays a decisive role in restoring the intercontact electrical strength for a switching mode of 100% and undeleted short circuit (NKZ) at a high level of transient recovery voltage (PVN).

Оптимальное сочетание автокомпрессии с более эффективной полостью автогенерации и камерой автодутья, а также оптимизация соотношения начального (исходного) объема камеры сжатия к конечному объему камеры сжатия после выполнения операции отключения (для обеспечения необходимого расхода газа после остановки привода, когда размеры камеры сжатия минимальны и неизменны, а температура газа выше, чем в стандартной конструкции дугогасительного устройства), позволяют повысить отключающую способность выключателя без существенного увеличения мощности привода и номинального (исходного) давления в объеме выключателя.The optimal combination of autocompression with a more efficient autogenous cavity and auto-blowing chamber, as well as optimization of the ratio of the initial (initial) volume of the compression chamber to the final volume of the compression chamber after the shutdown operation (to ensure the necessary gas flow after stopping the drive when the dimensions of the compression chamber are minimal and unchanged, and the gas temperature is higher than in the standard design of the arcing device), they can increase the breaking capacity of the circuit breaker without a significant increase drive power and nominal (initial) pressure in the circuit breaker volume.

Задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных параметров дугогасительного устройства, обеспечивающих надежность функционирования дугогасительного устройства высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в эксплуатации.The task of the invention is to select the optimal parameters of the arcing device, ensuring the reliability of the operation of the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch in operation.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в дугогасительном устройстве высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя, содержащем главные контакты, дугогасительные контакты, один из которых имеет сопло, изоляционное сопло, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку, ограничивающую внутренней оконечностью полость автогенерации в пространстве вверх по потоку, а внутренней поверхностью камеру автодутья, образованную с внешней поверхностью подвижного дугогасительного контакта, с каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью изоляционного сопла и внешней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки, обеспечивающим соединение полости автогенерации с надпоршневым объемом камеры сжатия, выполняется соотношение V_н/V_к=0,15-0,30, где V_к - конечный объем сжатия после выполнения операции отключения, V_н - начальный (исходный) объем сжатия. При этом на внешней поверхности дугогасительного контакта введен изоляционный цилиндр и камера автодутья ограничена внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью изоляционного цилиндра.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch containing main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, an L-shaped cylindrical insulating sleeve that limits the self-generation cavity in the upstream space, and the inner surface of the self-blowing chamber formed with the outer surface of the movable arcing contact with the channel formed Cored oil cylindrical surface of the insulating nozzle and the outer surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve, providing connection to the overpiston autogeneration cavity volume of the compression chamber, the relation V _n / V _k = 0.15-0.30, where V _k - final volume after compression shutdown operations, V _n - initial (initial) compression volume. At the same time, an insulating cylinder is introduced on the outer surface of the arcing contact and the self-blowing chamber is bounded by the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the insulating cylinder.

Нам неизвестны дугогасительные устройства высоковольтных газонаполненных автокомпрессионных выключателей, в которых повышение отключающей способности и надежности функционирования дугогасительного устройства при уменьшении радиальных размеров дугогасительного устройства и мощности привода осуществляется благодаря выполнению соотношения V_н/V_к=0,15-0,30, где V_к - конечный объем сжатия после выполнения операции отключения, V_н - начальный (исходный) объем сжатия. При этом в устройстве на внешней поверхности дугогасительного контакта введен изоляционный цилиндр и камера автодутья ограничена внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки и внешней поверхностью изоляционного цилиндра.We are not aware of the arcing devices of high-voltage gas-filled autocompression switches, in which the breaking capacity and the reliability of the operation of the arrester are increased while reducing the radial dimensions of the arrester and the drive power due to the ratio V _n / V _k = 0.15-0.30, where V _k - final compression volume after the shutdown operation, V _n - initial (initial) compression volume. In this case, an insulating cylinder is introduced in the device on the external surface of the arcing contact, and the self-blowing chamber is limited to the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the insulating cylinder.

На чертеже изображено дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя в момент отключения.The drawing shows the arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch at the time of shutdown.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя содержит главные неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, подвижный дугогасительный контакт 3, неподвижный поршень 4, неподвижный дугогасительный контакт 5, изоляционное сопло 6, Г-образную цилиндрическую изоляционную втулку 7, внутренняя поверхность которой образует с внешней цилиндрической поверхностью изоляционного цилиндра 8 камеру автодутья Б, при этом втулка 7 ограничивает внутренней оконечностью полость автогенерации А в пространстве вверх по потоку, а внешней поверхностью изоляционный канал В, образованный Г-образной цилиндрической изоляционной втулкой, обеспечивающий соединение полости автогенерации А с надпоршневым объемом камеры сжатия Д. Камера сжатия Д находится между подвижной системой выключателя, включающей в себя изоляционное сопло 6, главный подвижный контакт 2, жестко связанный с подвижным дугогасительным контактом 3 и штоком привода (на чертеже не показано), и неподвижным поршнем 4.The arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch contains the main fixed 1 and movable 2 contacts, a movable arcing contact 3, a fixed piston 4, a stationary arcing contact 5, an insulating nozzle 6, an L-shaped cylindrical insulating sleeve 7, the inner surface of which forms with the outer cylindrical surface of the insulating cylinder 8, self-blowing chamber B, while the sleeve 7 limits the cavity of self-generation A in the space x along the flow, and the outer surface of the insulating channel B, formed by a L-shaped cylindrical insulating sleeve, providing a connection between the self-generating cavity A and the supra-piston volume of the compression chamber D. The compression chamber D is located between the movable system of the switch, including the insulating nozzle 6, the main movable contact 2, rigidly connected to the movable arcing contact 3 and the actuator rod (not shown in the drawing), and the stationary piston 4.

Дугогасительное устройство высоковольтного газонаполненного автокомпрессионного выключателя работает следующим образом.The extinguishing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch operates as follows.

Отключение. При подаче команды на отключение перемещается подвижная система выключателя с главным подвижным контактом 2, подвижным дугогасительным контактом 3 и изоляционным соплом 6 сверху вниз. Сначала размыкаются главные контакты 1, 2, затем ток перебрасывается в зону контактирования дугогасительных контактов неподвижного 5 и подвижного 3. По мере движения подвижной системы выключателя относительно неподвижного поршня 4 происходит сжатие газа, например элегаза, в камере сжатия Д. После размыкания дугогасительных контактов 3 и 5 электрическая дуга горит в полости автогенерации А между дугогасительными контактами 3 и 5, внутренней оконечностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7 и внутренней поверхностью изоляционного сопла 6. В полости автогенерации А за счет энергии излучения, воздействующей на внутреннюю поверхность изоляционного сопла 6 и внутреннюю поверхность как оконечности Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7, так и внутреннюю изоляционную поверхность камеры автодутья Б, возникает значительный эффект автогенерации, связанный с абляцией изоляционных стенок и возникновением массового расхода паровой фазы, что приводит к повышению давления в межконтактном промежутке и расходному эффекту, ограничивающему доступ дугогасящей среды в межконтактный промежуток в максимуме отключаемого тока. В момент перехода тока через нуль обеспечивается восстановление потока газа из камеры сжатия Д через канал В и далее через сопло подвижного дугогасительного контакта 3 и изоляционное сопло 6 в общий объем выключателя с повышенным массовым расходом дугогасящей среды, что повышает эффективность дугогашения.Shutdown. When a shutdown command is issued, the movable circuit-breaker system moves with the main movable contact 2, the movable arcing contact 3 and the insulating nozzle 6 from top to bottom. First, the main contacts 1, 2 open, then the current is transferred to the contact zone of the arcing contacts of the stationary 5 and the movable 3. As the moving system of the switch relative to the stationary piston 4, gas, for example gas, is compressed in the compression chamber D. After opening the arcing contacts 3 and 5, an electric arc burns in the self-generation cavity A between the arcing contacts 3 and 5, the inner end of the L-shaped cylindrical insulating sleeve 7 and the inner surface of the insulating about the nozzle 6. In the cavity of self-generation A due to the radiation energy acting on the inner surface of the insulating nozzle 6 and the inner surface of both the tip of the L-shaped cylindrical insulating sleeve 7 and the inner insulating surface of the self-blowing chamber B, a significant self-generation effect occurs associated with ablation insulating walls and the occurrence of a mass flow rate of the vapor phase, which leads to an increase in pressure in the contact gap and the flow effect, limiting the access of the extinguishing medium contact gap in the maximum current to be interrupted. At the moment the current passes through zero, the gas flow is restored from the compression chamber D through channel B and then through the nozzle of the movable arcing contact 3 and the insulating nozzle 6 into the total volume of the circuit breaker with an increased mass flow rate of the extinguishing medium, which increases the efficiency of the extinguishing.

Включение. При включении выключателя вначале имеется контактирование подвижного дугогасительного контакта 3 с дугогасительным контактом 5, а затем главных контактов 1, 2.Inclusion. When the switch is turned on, first there is contacting the movable arcing contact 3 with the arcing contact 5, and then the main contacts 1, 2.

Проведенные исследования показывают, что решение задачи повышения отключающей способности при уменьшении радиальных размеров дугогасительного устройства и мощности привода достигается за счет выполнения соотношения V_н/V_к=0,15-0,30, где V_к - конечный объем сжатия после выполнения операции отключения, V_н - начальный (исходный) объем сжатия, а также введением изоляционного цилиндра 8 на внешней поверхности подвижного дугогасительного контакта 3, при этом объем автодутья Б ограничен внутренней поверхностью Г-образной цилиндрической изоляционной втулки 7 и внешней поверхностью изоляционного цилиндра 8.Studies show that the solution to the problem of increasing the breaking capacity while reducing the radial dimensions of the arcing device and drive power is achieved by fulfilling the ratio V _n / V _k = 0.15-0.30, where V _k is the final compression volume after the shutdown operation, V _n - the initial (initial) compression volume, as well as the introduction of an insulating cylinder 8 on the outer surface of the movable arcing contact 3, while the autoblow volume B is limited by the inner surface of the L-shaped cylindrical insulation sleeve 7 and the outer surface of the insulating cylinder 8.

ЛитератураLiterature

1. Патент 519238, Н01Н 33/91, 1972, Швейцария, ВВС.1. Patent 519238, H01H 33/91, 1972, Switzerland, Air Force.

2. Патент 2207648 С1, Н01Н 33/91, 2001, РФ.2. Patent 2207648 C1, H01H 33/91, 2001, RF.

Claims

1. An arcing device of a high-voltage gas-filled autocompression switch containing main contacts, arcing contacts, one of which has a nozzle, an insulating nozzle, a L-shaped cylindrical insulating sleeve, which limits the self-generation cavity in the space upstream, and the auto-blowing chamber, on the inside, formed with the outer surface of the movable arcing contact, with the channel formed by the inner cylindrical surface of the insulating of the nozzle and the outer surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve, providing a connection between the self-generation cavity and the over-piston volume of the compression chamber, characterized in that the ratio V _n / V _k = 0.15 ÷ 0.30, where V _k is the final volume, is fulfilled in the design compression after the shutdown operation, V _n - initial (initial) compression volume.

2. The device according to claim 1, characterized in that an insulating cylinder is introduced on the outer surface of the arcing contact and the self-blowing chamber is bounded by the inner surface of the L-shaped cylindrical insulating sleeve and the outer surface of the insulating cylinder.