RU2150764C1

RU2150764C1 - Gas switch

Info

Publication number: RU2150764C1
Application number: RU99118322A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Егоров; Н.А. Кирилин; К.И. Серяков; В.С. Чемерис
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; high-voltage circuit- opening devices. SUBSTANCE: switch has case, compression chamber, suction chamber, and movable tubular contact member with vent hole open to suction chamber. Mentioned tubular contact also has additional vent hole open to switch interior. Movable tubular contact has internal pipe connected to additional vent hole and duct between tubular contact and pipe communicates with vent hole. EFFECT: improved breaking capacity of switch. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной аппаратуре высокого напряжения. The invention relates to electrical engineering, namely to high voltage switching equipment.

Известны элегазовые автокомпрессионные выключатели, в которых гашение электрической дуги происходит за счет ее обдува газом, сжимаемом поршнем в компрессионной камере. Недостатком этой конструкции является необходимость применения мощного привода, поскольку для отключения больших токов короткого замыкания требуется большое давление сжимаемого газа. SF6 gas autocompression circuit breakers are known in which the extinction of an electric arc occurs by blowing it with gas compressed by a piston in a compression chamber. The disadvantage of this design is the need to use a powerful drive, since large compressive gas pressure is required to turn off large short-circuit currents.

Известны также элегазовые автогенерирующие выключатели с гашением дуги газом, давление которого повышается за счет нагрева дугой. Недостатком этой конструкции является неудовлетворительное отключение малых токов, при которых не происходит существенный нагрев газа и соответствующий рост его давления. Для преодоления этой трудности приходится применять дополнительное поршневое устройство, что усложняет и удорожает выключатель. Но и в этом случае высокая температура обдувающего газа затрудняет повышение напряжения, приходящегося на один разрыв выключателя. SF6 circuit breakers with arc quenching with gas, the pressure of which increases due to heating by the arc, are also known. The disadvantage of this design is the unsatisfactory disconnection of small currents at which there is no significant heating of the gas and a corresponding increase in its pressure. To overcome this difficulty, it is necessary to use an additional piston device, which complicates and increases the cost of the switch. But even in this case, the high temperature of the blowing gas makes it difficult to increase the voltage per one break of the circuit breaker.

Наиболее близким к предлагаемому решению является автокомпрессионный выключатель, в котором наряду с компрессионной камерой имеется камера всасывания. В этом выключателе имеется неподвижный поршень, расположенный на цилиндрическом основании. Снаружи поршня расположен подвижный цилиндр с закрепленным на нем изоляционным дугогасительным соплом и трубчатым контактом с выхлопным отверстием в боковой стенке. Подвижный цилиндр вместе с неподвижным поршнем ограничивает объем компрессионной камеры. На трубчатом контакте закреплен подвижный поршень, расположенный внутри указанного цилиндрического основания, причем отверстия в трубчатом контакте открыты в пространство между подвижным и неподвижным поршнями, образующими камеру всасывания газа в процессе операции отключения. При движении поршня объем этой камеры увеличивается и в него поступает газ, проходящий через одно из дугогасительных сопел. Это интенсифицирует течение газа через это сопло при отключении малых токов, но при отключении большого тока камера всасывания заполняется нагретым дугой газом настолько быстро, что перепад давлений между компрессионной камерой и камерой всасывания уменьшается до незначительной величины, обдув дуги через трубчатый контакт становится малым, и отключающая способность снижается, что является недостатком конструкции. Однако применение камеры всасывания наряду с компрессионной камерой позволяет уменьшить мощность привода, поскольку силы давления, действующие на подвижные части при отключении токов короткого замыкания, в значительной степени компенсируются. Таким образом, применение камеры всасывания облегчает требования к приводу, но ухудшает отключающую способность выключателя
Цепь изобретения - повышение отключающей способности выключателя.The closest to the proposed solution is an autocompression switch, in which, along with the compression chamber, there is a suction chamber. This switch has a fixed piston located on a cylindrical base. Outside the piston there is a movable cylinder with an insulating arcing nozzle fixed to it and a tubular contact with an exhaust hole in the side wall. The movable cylinder together with the stationary piston limits the volume of the compression chamber. A movable piston is mounted on the tubular contact located inside the specified cylindrical base, and the holes in the tubular contact are open into the space between the movable and stationary pistons forming the gas suction chamber during the shutdown operation. When the piston moves, the volume of this chamber increases and gas enters through it through one of the arcing nozzles. This intensifies the gas flow through this nozzle when low currents are turned off, but when the large current is turned off, the suction chamber is filled with a heated gas arc so quickly that the pressure drop between the compression chamber and the suction chamber decreases to a small amount, blowing the arc through the tubular contact becomes small, and shutting down ability is reduced, which is a design flaw. However, the use of the suction chamber along with the compression chamber can reduce the drive power, since the pressure forces acting on the moving parts when the short-circuit currents are switched off are largely compensated. Thus, the use of a suction chamber eases the drive requirements, but degrades the breaking capacity of the switch
The chain of invention is an increase in the breaking capacity of the circuit breaker.

Указанная цепь достигается тем, что в газовом выключателе, имеющем корпус, компрессионную камеру, камеру всасывания и подвижный трубчатый контакт с выхлопным отверстием, открытым в камеру всасывания, указанный подвижный трубчатый контакт имеет также дополнительное выхлопное отверстие, открытое в общий объем корпуса выключателя, патрубок внутри подвижного трубчатого контакта, причем канал между трубчатым подвижным контактом и патрубком соединен с выхлопным отверстием, а патрубок соединен с дополнительным выхлопным отверстием. This circuit is achieved in that in a gas switch having a housing, a compression chamber, a suction chamber and movable tubular contact with an exhaust opening open to the suction chamber, said movable tubular contact also has an additional exhaust opening open to the total volume of the circuit breaker housing, a pipe inside movable tubular contact, the channel between the tubular movable contact and the pipe connected to the exhaust hole, and the pipe is connected to an additional exhaust hole.

Указанные признаки отсутствуют в известных решениях. The indicated features are absent in the known solutions.

На фиг.1 представлено дугогасительное устройство предложенного выключателя в включенном (слева от оси) и отключенном (справа от оси) положениях. Здесь 1 - неподвижный контакт, 2 - изоляционное сопло, 3 -подвижный трубчатый контакт, выполняющий также функции второго сопла, 4 - шток управления с первым выхлопным отверстием в объем корпуса выключателя, выполняющий также функции первого дополнительного выхлопного тракта, 5 - компрессионная камера, 6 - камера всасывания, 7 - неподвижный поршень, 8 - корпус выключателя, 9 - патрубок, 10 - выхлопное отверстие, 11 - обратные клапаны, 12 - золотниковый клапан, 13 - ограничители хода штока управления, 14 - дополнительное выхлопное отверстие. Figure 1 shows the arcing device of the proposed switch in the on (to the left of the axis) and off (to the right of the axis) positions. Here 1 is a fixed contact, 2 is an insulating nozzle, 3 is a movable tubular contact, which also functions as a second nozzle, 4 is a control rod with a first exhaust hole in the volume of the circuit breaker housing, which also functions as the first additional exhaust tract, 5 is a compression chamber, 6 - suction chamber, 7 - fixed piston, 8 - switch housing, 9 - pipe, 10 - exhaust hole, 11 - check valves, 12 - slide valve, 13 - control rod travel stops, 14 - additional exhaust hole.

Выключатель работает следующим образом. При отключении объем компрессионной камеры (5) уменьшается, вследствие чего находящийся в ней газ начинает сжиматься, а его давление возрастать. После выхода неподвижного контакта (1) из подвижного трубчатого контакта (3) между ними загорается дуга, а через открывшееся сопло в подвижном трубчатом контакте (3) начинается истечение сжатого газа. После выхода неподвижного контакта (1) из сопла (2) через него также начинается истечение газа и организуется эффективный двусторонний обдув дуги. Газ, выходящий через подвижный трубчатый контакт (3), проходит через основной выхлопной тракт трубчатого контакта (3) и входит в два дополнительных тракта - внутри патрубка (9) и в канал между патрубком (9) и трубчатым контактом (3). Газ, проходящий через этот канал, через выхлопное отверстие (10) поступает в камеру всасывания (6) и повышает давление в ней. The switch operates as follows. When disconnected, the volume of the compression chamber (5) decreases, as a result of which the gas contained in it begins to compress, and its pressure increases. After the fixed contact (1) leaves the movable tubular contact (3), an arc between them ignites, and through the opened nozzle in the movable tubular contact (3), the outflow of compressed gas begins. After the stationary contact (1) leaves the nozzle (2), gas outflow also begins through it and an effective two-sided blowing of the arc is organized. The gas leaving the movable tubular contact (3) passes through the main exhaust path of the tubular contact (3) and enters two additional paths - inside the pipe (9) and into the channel between the pipe (9) and the pipe contact (3). The gas passing through this channel through the exhaust port (10) enters the suction chamber (6) and increases the pressure in it.

Газ, проходящий через сопло в подвижном трубчатом контакте (3), нагревается дугой и его объем увеличивается многократно. Вследствие этого даже небольшая часть газа, попадающая в камеру всасывания (6), может повысить давление в ней до давления, близкого или равного давлению в компрессионной камере (5), так как давление торможения потока газа практически равно давлению в компрессионной камере (5). Благодаря этому силы давления, действующие на верхнюю часть компрессионной камеры (5) и препятствующие движению контактов при отключении, оказываются близкими к силам давления, действующим на нижнюю часть камеры всасывания (6), которые действуют в ту же сторону, что и силы со стороны привода. В результате от привода требуется совершать работу в основном по разгону подвижных масс до требуемых скоростей, а работа по сжатию газа при отключении больших токов значительно уменьшается. При отключении больших токов в камеру всасывания (6) поступает лишь небольшая часть газа, проходящего через дугогасительное сопло подвижного трубчатого контакта (3). Основная же часть газа свободно выбрасывается в объем корпуса (8) через патрубок (9) и дополнительное выхлопное отверстие (14). В результате чего не происходит снижения отключающей способности из-за уменьшения дутья через дугогасительное сопло подвижного трубчатого контакта (3). The gas passing through the nozzle in the movable tubular contact (3) is heated by an arc and its volume increases many times. As a result, even a small part of the gas entering the suction chamber (6) can increase the pressure in it to a pressure close to or equal to the pressure in the compression chamber (5), since the stagnation pressure of the gas flow is almost equal to the pressure in the compression chamber (5). Due to this, the pressure forces acting on the upper part of the compression chamber (5) and preventing the movement of the contacts during shutdown are close to the pressure forces acting on the lower part of the suction chamber (6), which act in the same direction as the forces on the drive side . As a result, the drive is required to perform work mainly to accelerate the moving masses to the required speeds, and the work of gas compression when disconnecting large currents is significantly reduced. When high currents are turned off, only a small part of the gas enters the suction chamber (6) passing through the arcing nozzle of the movable tubular contact (3). The main part of the gas is freely ejected into the body volume (8) through the nozzle (9) and the additional exhaust outlet (14). As a result, there is no decrease in breaking capacity due to a decrease in blast through the arcing nozzle of the movable tubular contact (3).

При отключении малых токов, например, ненагруженной линии, из-за малого нагрева газа дугой в камере всасывания может образовываться разряжение, работающее против сил привода и замедляющее движение контактов. Для предотвращения этого в торцевой стенке камеры всасывания могут быть расположены обратные клапаны (11), впускающие газ в эту камеру при появлении в ней разряжения. When low currents, for example, an unloaded line, are switched off, due to small heating of the gas by the arc in the suction chamber, a vacuum may form that works against the drive forces and slows the movement of the contacts. To prevent this, check valves (11) can be located in the end wall of the suction chamber, which inlet gas into this chamber when a vacuum appears in it.

При включении газ из камеры всасывания выталкивается поршнем через выхлопное отверстие (10) и поступает через подвижный трубчатый контакт (5) в расширяющийся при этой операции объем компрессионной камеры (5). When turned on, gas from the suction chamber is pushed out by the piston through the exhaust outlet (10) and enters through the movable tubular contact (5) into the volume of the compression chamber (5) expanding during this operation.

Однако при работе в цикле отключение-включение-отключение при включении газ в камере всасывания имеет высокую температуру, если он попал в нее после предшествовавшего отключения тока короткого замыкания, что должно отрицательно сказаться на восстановлении электрической прочности при повторном отключении. Для предотвращения этого может быть применен золотниковый клапан (12). При отключении шток управления (4) переводит золотниковый клапан в нижнее положение до упора в нижний ограничитель хода штока (15) - на чертеже изображены при включенном положении выключателя - и клапан открывает выхлопное отверстие (10) в сторону канала между патрубком (9) и трубчатым контактом (3), благодаря чему происходит заполнение камеры всасывания нагретыми дугой газами. При включении золотниковый клапан (12) переводится штоком в верхнее положение и выхлопное отверстие открывается в сторону общего объема корпуса выключателя. Сжимаемый в этом случае горячий газ из камеры всасывания выбрасывается в объем корпуса, а холодный газ поступает в компрессионную камеру из объема корпуса через подвижный трубчатый контакт, патрубок и дополнительное выхлопное отверстие в штоке. However, when operating in the turn-off-turn-off cycle, when the gas is turned on, the gas in the suction chamber has a high temperature if it gets into it after a previous short-circuit current trip, which should adversely affect the restoration of electric strength upon repeated shutdown. To prevent this, a spool valve (12) can be used. When disconnected, the control rod (4) moves the spool valve to the lower position all the way to the lower stroke limiter (15) - the drawing shows when the switch is on - and the valve opens the exhaust port (10) towards the channel between the pipe (9) and the tubular contact (3), due to which the suction chamber is filled with heated gases. When turned on, the spool valve (12) is moved by the rod to the upper position and the exhaust opening opens towards the total volume of the circuit breaker housing. Compressed in this case, hot gas from the suction chamber is ejected into the body volume, and cold gas enters the compression chamber from the body volume through a movable tubular contact, a pipe and an additional exhaust outlet in the rod.

Однако газ в компрессионную камеру свободно поступает только до тех пор, пока сопло в подвижном трубчатом контакте (5) не будет закрыто неподвижным контактом (1) при его включении. После этого поступление газа затруднится и давление в компрессионной камере начнет снижаться. Это в свою очередь приведет к уменьшению давления в компрессионной камере во время последующего отключения и соответствующему снижению отключающей способности. Для предотвращения этого выхлопное отверстие в камеру всасывания можно делать такого размера, чтобы в отключенном положении оно частично перекрывалось неподвижным поршнем. Тогда верхняя часть отверстия соединит компрессионную камеру с выхлопным трактом и через это отверстие и тракт камера заполнится холодным газом до давления заполнения аппарата. However, gas freely enters the compression chamber only until the nozzle in the movable tubular contact (5) is closed by the stationary contact (1) when it is turned on. After this, the gas flow will be difficult and the pressure in the compression chamber will begin to decrease. This in turn will lead to a decrease in pressure in the compression chamber during subsequent shutdown and a corresponding decrease in breaking capacity. To prevent this, the exhaust opening into the suction chamber can be made so large that in the off position it is partially blocked by the stationary piston. Then the upper part of the hole will connect the compression chamber to the exhaust tract and through this hole and the path the chamber will be filled with cold gas to the filling pressure of the apparatus.

Преимуществом предложенной конструкции выключателя является то, что благодаря поступлению части нагретого дугой газа в камеру всасывания снижаются требования к силовым характеристикам и мощности привода в сравнении с выпускаемыми сейчас элегазовыми автокомпрессионными выключателями. В то же время наличие выхлопа в объем корпуса выключателя предотвращает снижение его отключающей способности. Применение золотникового клапана и предложенной формы выхлопного отверстия позволяет сохранять эту отключающую способность также в циклах включение-выключение и повторного включения. Применение обратного клапана позволяет сохранить также отключающую способность при отключении холостой линии. The advantage of the proposed design of the circuit breaker is that due to the flow of part of the gas heated by the arc into the suction chamber, the requirements for power characteristics and drive power are reduced in comparison with the gas-insulated autocompression circuit breakers currently manufactured. At the same time, the presence of exhaust into the body of the circuit breaker prevents the reduction of its breaking capacity. The use of the slide valve and the proposed shape of the exhaust hole allows you to save this breaking ability also in the on-off and re-enable cycles. The use of a non-return valve allows you to save breaking capacity when disconnecting an idle line.

Claims

A gas switch having a housing, a compression chamber, a suction chamber and movable tubular contact with an exhaust opening open to the suction chamber, characterized in that said movable tubular contact also has an exhaust opening open in the total volume of the circuit breaker housing and a pipe inside the movable tubular contact, and the channel between the tubular movable contact and the pipe is connected to the exhaust hole, and the pipe is connected to an additional exhaust hole.