SU1115121A1

SU1115121A1 - Arc quenching device

Info

Publication number: SU1115121A1
Application number: SU823496574A
Authority: SU
Inventors: Гавриил Самойлович Пузырийский; Константин Иванович Серяков; Виктор Максович Филистович
Original assignee: Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1984-09-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ преимущественно посто нного тока, содержащее корпус, размыкающиес контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду в корпусе, отличающеес тем, что, с целью повышени отключающей способности и уменьщени времени коммутации, корпус заполнен также и газообразной средой , а элемент размещен внутри корпуса, причем рабочие поверхности контактов расположены в части корпуса, заполненной газом, а элемент, движущий жидкую среду,в части корпуса, заполненной жидкостью.A DEVICE FOR SUPPLYING THE ELECTRIC ARC of predominantly direct current, comprising a housing, opening contacts, a fluid medium in the housing and an element driving the fluid medium in the housing, characterized in that, in order to increase the breaking capacity and reduce the switching time, the housing is also filled with a gaseous medium , and the element is placed inside the case, with the working surfaces of the contacts located in the part of the case filled with gas, and the element driving the liquid medium in the part of the case filled with liquid.

Description

, WW

ел юate yu

,(, (

. S. S

J Иаобретение относитс к электротехнике , а именно к устройствам дл гашени дуги , и предназначено преимущественно дл коммутации посто нного тока. Известно автокомпрессионное дугогасительное устройство, в котором при размыкании контактов одновременно происходит движение поршн в цилиндре. Дугогас ща среда (газ), котора находитс в цилиндре, сжимаетс и истекает через дугогасительное сопло. Воздействие потока дугогас щей cpeдь на дугу, гор щую в сопле , приводит к ее гащению. Длина дуги, давление дугогас щей среды и скорость ее истечени измен ютс плавно, следствием чего вл етс плавное изменение напр жени на дуге. Кроме того, при газовом дутве получаетс относительно низкое напр жение на дуге 1. Однако устройство в основном предназначено дл отключени переменного тока и вл етс неэффективным при отключении посто нного тока. Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл гашени дуги с жидкой дугогас щей средой, содержащее корпус , размыкающиес контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду в корпусе. Неподвижный контакт вл етс полым и в нем размещен соединенный с наружным приводом поршень. В торцевой поверхности неподвижного контакта имеетс отверстие, нормально покрытое подвижным контактом. Крометого, на боковой стороне неподвижного контакта также имеютс отверсти . При операции отключени поршень в полом неподвижном контакте из крайнего нижнего положени начинает двигатьс вверх и наход ща с в нем дугогасительна жидкость свободно истекает через боковые отверсти . В тот момент, когда поршень полностью перекрывает боковые отверсти неподвижного контакта , истечение жидкости через них прекращаетс и происходит удар поршн об оставшуюс в контакте неподвижную жидкость . Удар приводит к импульсному росту давлени жидкости, вследствие чего она начинает истекать через торцевое отверстие. Истекающа стру отбрасывает подвижный контакт и, удар сь в него, разлетаетс в радиальном направлении. Разлетающа с жидкость воздействует на дугу, образующуюс между контактами, и вызывает ее гашение 2. Недостатком известного устройства вл етс то, что движение жидкости из межконтактного промежутка наружу приводит лишь к перемещению дуги практически со скоростью среды. Врем коммутации боль шое. При этом не происходит интенсивное охлаждение дуги потоком жидкости, и, следовательно , дугогасительна способность вл етс низкой. Цель изобретени - повыщение отключающей способности и уменьшение времени коммутации Указанна цель достигаетс ; тем, что в устройстве дл - гащени электрической дуги преимущественно посто нного тока, содержащем корпус, размыкающиес контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду, корпус заполнен также и газообразной средой, а элемент размещен внутри корпуса, причём рабочие поверхности контактов расположены в части корпуса, заполненной газом, а элемент, движущий жидкую среду, - в части корпуса, заполненной жидкостью. На фиг. 1 представлена конструкци устройства; на фиг. 2 - то же другой вариант . Устройство (фиг. 1) состоит из вертикального цилиндрического корпуса1 с двум крыщками 2 и 3. Через крышки проход т два контакта 4 и 5, по крайней мере один из которых, например 4, вл етс подвижным и соединен с приводом 6. Через нижнюю крышку 3 проходит также шток 7поршн 8, который вл етс элементом, движущим жидкую среду, и бокова поверхность которого контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью контакта 5. Во внутренней полости корпуса над поршнем находитс жидка дугогас ща среда 9. Над жидкостью располагаютс пары этой жидкости либо иной газ 10. Рабочие поверхности контактов во включенном положении наход тс в среде этого газа. Контакты 4 и 5 могут быть сплошными или полыми с дугогасительными соплами , в которые может происходить истечение газа и жидкости. Нижний контакт 5 имеет боковое отверстие 11 дл слива жидкости из внутренней полости контакта. Контакты 4 и 5 изолированы один от другого с помощью изол ционных конструкций, которыми могут быть детали 1-3 или 8 (на фиг. 1 это деталь 2). Устройство работает следующим образом . При подаче командного импульса поршень 8 под воздействием внешнего привода начинает двигатьс . Он приводит в движение дугогасительную жидкость и среду 9. 8некоторый момент до, после или одновременно с началом движени поршн с помошью привода 6 производитс размыкание контактов 4 и 5. При этом между контактами возникает дуга,.котора движением сжимающегос газа фиксируетс в межконтактном промежутке вблизи его оси, а в случае полых контактов зат гиваетс и внутрь дугогасительных сопел. По достижении поверхностью жидкости межконтактногоJ The invention relates to electrical engineering, in particular to arc extinguishing devices, and is intended primarily for switching DC current. An autocompressing arc-suppressing device is known, in which when the contacts open, the piston moves simultaneously in the cylinder. The arc extinguishing medium (gas) that is in the cylinder is compressed and exhausts through the arc extinguishing nozzle. The effect of an arc-extinguishing flow on an arc burning in the nozzle leads to its suppression. The length of the arc, the pressure of the arc medium and its flow rate change smoothly, resulting in a smooth voltage variation on the arc. In addition, with a gas duct, a relatively low voltage across arc 1 is obtained. However, the device is mainly intended to disconnect the alternating current and is inefficient at disconnecting the direct current. Closest to the invention is a device for extinguishing an arc with a liquid arc-suppressing medium, comprising a housing, opening contacts, a liquid medium in the housing, and an element driving the liquid medium in the housing. The fixed contact is hollow and has a piston connected to an external drive. In the end surface of the fixed contact there is a hole normally covered with a moving contact. In addition, there are also holes on the side of the fixed contact. During a shutdown operation, the piston in a hollow fixed contact from its lowest position starts to move upwards and the arcing fluid inside it flows freely through the side holes. At that moment, when the piston completely covers the lateral orifices of the fixed contact, the outflow of fluid through them stops and the piston hits the fixed fluid remaining in contact. The impact leads to a pulsed increase in the pressure of the fluid, as a result of which it begins to flow through the end opening. The outgoing jet rejects the moving contact and, striking it, flies out in the radial direction. The scattering fluid acts on the arc formed between the contacts and causes its quenching. A disadvantage of the known device is that the movement of fluid from the contact gap to the outside leads only to the movement of the arc at almost the speed of the medium. Switching time is longer. In this case, there is no intensive cooling of the arc by the flow of liquid, and, therefore, the arcing capacity is low. The purpose of the invention is to increase the breaking capacity and decrease the switching time. The specified goal is achieved; by the fact that in the device for arc arc predominantly predominantly containing current, the housing, the opening contacts, the fluid in the housing and the element driving the fluid, the housing is also filled with a gaseous medium, and the element is located inside the housing; in the part of the body filled with gas, and the element driving the liquid medium - in the part of the body filled with liquid. FIG. 1 shows the structure of the device; in fig. 2 - the same other option. The device (Fig. 1) consists of a vertical cylindrical case1 with two flaps 2 and 3. Two contacts 4 and 5 pass through the covers, at least one of which, for example 4, is movable and connected to the drive 6. Through the bottom cover 3 also passes the piston rod 7, which is an element driving a liquid medium and whose lateral surface is in contact with the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the contact 5. There is a liquid arc extinguishing medium above the piston above the piston 9. Above the liquid are Vapor of this liquid or another gas 10. The working surfaces of the contacts in the switched on position are in the medium of this gas. Pins 4 and 5 may be solid or hollow with arcing nozzles into which gas and liquid may leak. The bottom contact 5 has a side opening 11 for draining the liquid from the internal contact cavity. Pins 4 and 5 are insulated from each other using insulating structures, which can be parts 1-3 or 8 (in Fig. 1 this is part 2). The device works as follows. When a command pulse is applied, the piston 8 starts to move under the influence of an external drive. It drives an arc-suppressing fluid and medium 9. Some time before, after or simultaneously with the start of the piston movement, the contacts 6 and 4 are opened with the help of actuator 6. An arc is formed between the contacts, which is fixed by the movement of the compressing gas near its contact axes, and in the case of hollow contacts, they are drawn inside the arcing nozzles. Upon reaching the surface of the fluid intercontact

промежутка жидкость начинает течь в радиальном направлении к оси этого промежутка . Образуетс суживающа с со все увеличиающейс скоростью газова полость , в которой горит дуга. В момент смыкани этой полости жидкость останавливаегс . Вследствие возникающего при этом гидравлического удара давление в межконтактном промежутке за очень малое врем возрастает до весьма больших величин, диаметр дуги становитс весьма малым, что приводит к резкому возрастанию напр жени на дуге и ее гашению.gap liquid begins to flow in the radial direction to the axis of the gap. A gas cavity, in which the arc burns, is narrowing with an increasing velocity. At the moment of closure of this cavity, the liquid is stopped. Due to the hydraulic shock that occurs in this way, the pressure in the contact gap increases to very large values in a very short time, the diameter of the arc becomes very small, which leads to a sharp increase in the voltage on the arc and its extinction.

Включение производитс в обратном пор дке. Поршень 8 опускаетс и с ним опускаетс жидкость 9. Жидкость из полости в контакте 5 может быть удалена с помощью специального сливного 11. До, после или одновременно с оп сканием поршн 8 может быть произведено смыкание контактов 4 и 5.Turns on in reverse order. The piston 8 is lowered and the liquid 9 is lowered with it. Liquid from the cavity in contact 5 can be removed using a special drain 11. Before, after or simultaneously with the piston 8, the contacts 4 and 5 can be closed.

Возможна конструкци устройства с поперечным по отношению к продольной оси корпуса расположением контактов (фиг. 2).It is possible to construct the device with the contact arrangement transverse with respect to the longitudinal axis of the housing (FIG. 2).

Устройство (фиг. 2) содержит корпус 1 с крышками 2 и 3. Контакты 4 и 5 проход т через корпус вблизи верхней крышки 2. Один из этих контактов, например 4, вл етс подвижным и соединен с приводом 6. Через нижнюю крышку 3 проходит шток 7 поршн 8, бокова поверхность которого контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1. Во внутренней полости корпуса над поршнем находитс жидка дугогас ща среда 9, а над ней - пар жидкости или иной газ 10. Рабочие поверхности контактов во включенном положении наход тс в среде этого газа. Над контактами 4 и 5 расположена дугогасительна решетка 11. Контакты 4 и 5 изолированы один от другого с помощью изол тора 12.The device (Fig. 2) comprises a housing 1 with covers 2 and 3. Contacts 4 and 5 pass through the housing near the top cover 2. One of these contacts, for example 4, is movable and connected to the drive 6. Through the bottom cover 3 passes piston rod 7, the side surface of which is in contact with the inner surface of the housing 1. In the inner cavity of the housing above the piston there is a liquid arc extinguishing medium 9, and above it - liquid vapor or other gas 10. The working contact surfaces in the on position are in the environment gas. Above the contacts 4 and 5 there is an arcing grille 11. Contacts 4 and 5 are isolated from one another with the help of an isolator 12.

Последовательность работы устройства (фиг. 2) аналогична предыдущей конструкции . Газова полость, в которой горит дуга, образуетс между поверхностью жидкости и верхней крышкой. При смыкании поверхности жидкости с внутренней поверхностью крышки вследствие гидравлического удара образуетс высокое давление, вызывающее быстрое сжатие дугового столба и повышение напр жени на дуге. Этому также способствует дугогасительна решетка, увеличивающа эффективную длину дуги. Эффект гидроудара может быть увеличен, если корпус , цилиндрический в нижней своей части , в верхней части сужаетс .The sequence of operation of the device (Fig. 2) is similar to the previous design. A gas cavity in which an arc burns is formed between the surface of the liquid and the top cover. When the surface of the fluid closes with the inner surface of the cover, a high pressure is generated due to water hammering, which causes a rapid compression of the arc column and an increase in the voltage on the arc. This also contributes to the arc suppression grille, which increases the effective arc length. The effect of water hammer can be increased if the body, cylindrical in its lower part, in the upper part is narrowed.

С целью уменьшени воздействи гидравлЛеского удара на механизм привода поршн и облегчени условий его работы между поршнем и дугогас щей жидкостью может быть расположена демпфирующа прослойка газа либо жидкости, отличающейс отIn order to reduce the impact of a hydraulic impact on the piston drive mechanism and facilitate its working conditions, a damping layer of a gas or liquid different from a piston may be located between the piston and the arc-suppressing fluid.

дугогас щей. Газ или жидкость повышенного давлени могут быть также использованы как самосто тельные элементы, движущие жидкую дугогас щую среду. Дл г этого в той части корпуса, где расположена дугогас ща среда, должен находитьс клапан дл подачи газа или жидкости повышенного давлени . В качестве жидкости повышенного давлени может быть использована сама дугогас ща жидкость.arc suppression A pressurized gas or liquid can also be used as independent elements driving a fluid arc. To do this, in the part of the body where the arc-extinguishing medium is located, there should be a valve for supplying pressurized gas or liquid. As the pressure fluid, the extinguishing fluid itself can be used.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным обусловлены принципиально иной организацией процесса гашени дуги при воздействии на нее импульсного потока жидкости. В известном The advantages of the proposed device in comparison with the known ones are due to a fundamentally different organization of the arc extinction process when exposed to a pulsed fluid flow. In the famous

5 устройстве поток жидкости раст гивает дугу, что не может создать большого напр жени на дуге и большой скорости его нарастани .5, the fluid flow stretches the arc, which cannot create a large voltage on the arc and a high rate of its growth.

Дополнительный эффект возникает вследствие воздействи на дугу движущейс по0 верхности жидкости. Подобный эффект обнаружен при исследовании воздействи на дугу, гор щую вблизи стенки, ударной волны , двигающейс по Отношению к дуге в поперечном направлении в сторону к стен5 ке. При импульсном сжатии дуги и торможении движущегос за ударной волной толкающего газа начинает про вл ть себ неустойчивость Тейлора, вследствие чего развиваетс интенсивное перемешивание толкающего газа со сжатой плазмой дуги, что при0 водит к ее интенсивному охлаждению и резкому росту градиента напр жени , который в указанном исследовании достигает 70 кВ/см. Такого же эффекта следует ожидать и при сжатии дуги в смыкающейс полости в жидкости. Хот его про вление мо жет быть ослаблено существенно меньщи . ми скорост ми смыкани жидкости по сравнению со скоростью движени ударной волны , он должен усиливатьс за счет существенно большей разницы плотностей толкаю0 щей жидкости и сжимаемой плазмы дуги (причина неустойчивости Тейлора) и дополнительным отбором тепла за счет испарени и разложени жидкости. В предлагаемой конструкции в момент гашени можно достичь напр жени на дуге до дес тков киловольт , т. е. не менее, чем на пор док больше , чем в известной.An additional effect arises due to the effect on the arc of the moving surface of the fluid. A similar effect was found when studying the effect on an arc burning near a wall, of a shock wave moving along a relation to the arc in the transverse direction toward the wall. Under pulsed arc compression and deceleration, the pushing gas moving behind the shock wave begins to exhibit Taylor instability, resulting in intense mixing of the pushing gas with the compressed arc plasma, which leads to intensive cooling of the voltage gradient, which in the indicated study reaches 70 kV / cm. The same effect should be expected when the arc is compressed in the closing cavity in the fluid. Although its appearance can be weakened significantly less. Compared with the velocity of the shock wave, it must be amplified by a significantly larger difference in the densities of the pushing fluid and the compressible arc plasma (the cause of the Taylor instability) and the additional heat taken off by evaporation and decomposition of the fluid. In the proposed construction, at the moment of quenching, the voltage across the arc to tens of kilovolts can be achieved, i.e., no less than an order of magnitude more than the known.

Врем коммутации может быть оценено как отношение радиуса дуги к скорости движени жидкости. Характерный размер диаметра дуги 1 см. Примен в качестве толкающей среды сжатый воздух при давлении в несколько дес тков атмосфер, можно получить скорость движени жидкости100 м/с Б этом случае врем коммутации равно 100 МКС. Учет эффекта увеличени скоростиThe switching time can be estimated as the ratio of the radius of the arc to the velocity of the fluid. The characteristic size of the diameter of the arc is 1 cm. Using compressed air as a pushing medium at a pressure of several tens of atmospheres, you can get a fluid velocity of 100 m / s. In this case, the switching time is 100 MKS. Accounting for the effect of increasing speed

при сход щемс движении жидкости в радиальном направлении может уменьшить эту оценку еще в несколько раз. Например, with a convergent movement of the fluid in the radial direction, this estimate may decrease several times more. For example,

Claims

EXTINGUISHING DEVICE

Of an ELECTRIC ARC mainly of direct current, comprising a housing, opening contacts, a fluid in the housing and an element moving the fluid in the housing, characterized in that, in order to increase the breaking capacity and reduce the switching time, the housing is also filled with a gaseous medium, and the element is placed inside the housing, and the working surfaces of the contacts are located in the part of the body filled with gas, and the element moving the liquid medium in the part of the body filled with liquid.

II. 4 . _f .,. z _y 4 '' 2 and

Yu

J

SU, „1115121