RU195860U1

RU195860U1 - Двухкамерный электрический выключатель

Info

Publication number: RU195860U1
Application number: RU2019132629U
Authority: RU
Inventors: Денис Валерьевич Мунштуков; Дмитрий Владимирович Иванов; Дмитрий Сергеевич Ярошенко; Владимир Николаевич Острейко; Алексей Александрович Буслейко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Завод электротехнического оборудования" (ЗАО "ЗЭТО")
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2020-02-07

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к двухкамерным электрическим выключателям (ДЭВ), предназначенным для размыкания высоковольтных электрических цепей переменного тока.

Задачей полезной модели является создание ДЭВ с повышенной электрической прочностью, обеспечиваемой равномерным распределением восстанавливающегося напряжения между дугогасительными камерами.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном ДЭВ, содержащем опорный изолятор с верхним и заземленным нижним фланцами, имеющим электрическую емкость С₀ между верхним фланцем и землей, а также электрически соединенные с этим фланцем две дугогасительные камеры с емкостями С₁ и С₂ между разомкнутыми контактами, при этом емкость С₁ относится к камере, расположенной со стороны источника напряжения, изменяющегося с угловой частотой ω, параллельно дугогасительной камере с емкостью С₁ включена ветвь с последовательным соединением конденсатора с емкостью С_Δ, резистора с активным сопротивлением R_Δ и дросселя с индуктивностью L_Δ и активным сопротивлением R_LΔ≤ωL_Δ/3, при этом значения указанных параметров ветви выбраны из условия удовлетворения уравнения:

где знак ≈ указывает на практическое, а не на математически точное равенство, а отличие С₁ от С₂ может быть обусловлено технологическими отклонениями или специальной конструкцией контактов, например, наличием мини конденсаторов.

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, L_Δ=0, при этом согласно (2)

где знак >0 указывает на условие практической реализации данного варианта ДЭВ.

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, L_Δ=0, С₁=С₂=С, при этом согласно (3)

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, L_Δ=0, С₁-С₂+С₀, при этом согласно (3)

ДЭВ может быть выполнен так, что L_Δ=0, С_Δ=∞, при этом согласно (2)

где знак >0 указывает на условие практической реализации данного варианта ДЭВ, а условие С_Δ=∞ означает короткое замыкание соответствующего конденсатора.

ДЭВ может быть выполнен так, что L_Δ=О, С_Δ=∞, С₁=С₂=С, при этом согласно (6)

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, С_Δ=∞, при этом согласно (2)

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, С_Δ=∞, С₁=С₂=С, при этом согласно (8)

Выполнение ДЭВ в соответствии с формулой полезной модели обеспечивает равномерное распределение восстанавливающегося напряжения между камерами. Это радикально повышает электрическую прочность ДЭВ.

Полезная модель уже реализована в ЗАО «ЗЭТО» (г. Великие Луки) в новой конструкции ДЭВ (ВГТ-330-2К-40/3150 УХЛ1), соответствующей условию (4), которое обеспечило подтвержденное измерениями выполнение равенства (14).

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к выключателям, предназначенным для размыкания высоковольтных электрических цепей переменного тока.

Современные колонковые высоковольтные выключатели на напряжение 330 кВ и выше, как правило, содержат две дугогасительные камеры, т.е. являются Двухкамерными Электрическими Выключателями (ДЭВ). При отключении ими электрической цепи от напряжения, оно восстанавливаясь, распределяется между разомкнутыми контактами этих камер (т.е. между их электрическими емкостями С) неравномерно, что может приводить к электрическому пробою ДЭВ. Поэтому параллельно обеим дугогасительным камерам зачастую подключают дополнительные конденсаторы с некоторой емкостью C_δ (Выключатели элегазовые колонковые серии ВГТ-УЭТМ на напряжение 330 и 500 кВ - УЭТМ, umt@nt.ru//www.yetm.nt-rt.ru. Высоковольтные силовые выключатели - SIEMENS, www.siemens.com/energy). Это обеспечивает частичное выравнивание указанных напряжений (Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. Л.: Энергия, 1970, с. 153-154, схемы рис. 3-15 и 3-16), т.е. согласно указанным электрическим схемам, принятым в качестве прототипа ДЭВ (фиг. 1):

где С₀ - электрическая емкость опорного изолятора относительно земли, U₁ - напряжение на дугогасительной камере 1 со стороны источника напряжения U, a U₂ - напряжение на камере 2.

Согласно выражению (1), из-за существования паразитной емкости С₀ опорного изолятора, всегда U₁>U₂. При этом, по мере увеличения емкости C_δ дополнительных конденсаторов и емкости С камер, отношение U₁/U₂приближается к единице, оставаясь все же больше ее. В случае достаточно высокого значения питающего напряжения U, из-за превышения напряжения U₁ над U₂, на первой дугогасительной камере может наступать электрический пробой, приводящий к пробою и другой камеры. Для исключения этого, в соответствии с выражением (1), применяются, например, дополнительные конденсаторы с весьма высокими емкостями C_δ, оцениваемыми в несколько тысяч Пикофарад, что не только удорожает и утяжеляет конструкцию ДЭВ, но и снижает его надежность.

Задачей настоящей полезной модели является создание ДЭВ с повышенной электрической прочностью, обеспечиваемой равномерным распределением восстанавливающегося напряжения между дугогасительными камерами.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном ДЭВ, содержащем опорный изолятор с верхним и заземленным нижним фланцами, имеющем электрическую емкость C₀ между верхним фланцем и землей, а также электрически соединенные с этим фланцем две дугогасительные камеры с емкостями С₁ и С₂ между разомкнутыми контактами, при этом емкость С₁ относится к камере, расположенной со стороны источника напряжения, изменяющегося с угловой частотой ω, параллельно дугогасительной камере с емкостью С₁ включена ветвь с последовательным соединением конденсатора с емкостью С_Δ, резистора с активным сопротивлением R_Δ и дросселя с индуктивностью L_Δ и активным сопротивлением R_LΔ≤ωL_Δ/3, при этом значения указанных параметров ветви выбраны из условия удовлетворения уравнения:

ДЭВ может быть выполнен так, что R_Δ=0, L_Δ=0, С₁=С₂+С₀, при этом согласно (3)

ДЭВ может быть выполнен так, что L_Δ=0, С_Δ=∞, С₁=С₂=С, при этом согласно (6)

На фиг. 1 представлена конденсаторная электрическая схема ДЭВ -прототипа, соответствующая практическому условию z<<(ωC)^-1 короткого замыкания отключаемой цепи (т.е. ее полным сопротивлением z можно пренебречь), на фиг. 2 - общая схема заявляемого ДЭВ, а на фиг. 3 -ее технически просто реализуемый экономичный частный вариант.

Схема фиг. 3 как частный вариант соответствует схеме фиг. 2. На фиг. 2 величины Z₁, Z₂ и Z₀ имеют следующий смысл:

Z₁ - комплексное сопротивление, соответствующее параллельному соединению дугогасительной камеры 1 с емкостью С₁ и ветви с последовательным соединением С_Δ, R_Δ и L_Δ при условии пренебрежения активным сопротивлением R_LΔ≤ωL_Δ/3, т.е.

где реактивные сопротивления определяются выражениями:

Z₂ - комплексное сопротивление дугогасительной камеры 2 с емкостью С₂, т.е.

Z₀ - комплексное сопротивление опорного изолятора с емкостью С₀, т.е.

Заявляемый ДЭВ (фиг. 2) работает обычным образом, т.е. при практически одновременном размыкании контактов дугогасительных камер 1 и 2 происходит разрыв электрической цепи. При этом обеспечивается требуемый по условию поставленной задачи результат, т.е. восстанавливающиеся напряжения U₁ и U₂на обеих камерах одинаковы:

что является следствием использования в ДЭВ конденсатора, резистора и индуктивности с параметрами С_Δ, R_Δ и L_Δ, соответствующими основополагающему уравнению п. 1 или уравнениям пп. 2-8 формулы изобретения, т.е. уравнениям (2) или (3)-(9).

Действительно, согласно схеме фиг. 2

где

- соответствующие комплексные напряжения,

-комплексный ток, a Z₀₂ - комплексное сопротивление параллельного соединения Z₀ и Z₂, т.е.

По условию решаемой задачи необходимо обеспечить равенство (14), что согласно (15) эквивалентно уравнению |Z₁|=|Z₀₂|, которое с учетом (16) и (10)-(13) преобразуется к виду (2).

Таким образом, удовлетворение основополагающего уравнения (2) и его частных вариантов (3)-(9) обеспечивают равенство напряжений (14), что свидетельствует о решении поставленной задачи. При этом важно, что отношение емкостей C_δ/С_Δ, соответствующих фиг. 1 и фиг. 2, фиг. 3, оценивается величиной порядка 100, что свидетельствует о высокой экономической и технической эффективности заявляемой полезной модели.

Заявляемая полезная модель уже реализована в ЗАО «ЗЭТО» (г. Великие Луки) в новой конструкции ДЭВ (ВГТ-330-2К-40/3150 УХЛ1), соответствующей условию (4), которое обеспечило подтвержденное измерениями выполнение равенства (14).

Claims

1. Двухкамерный электрический выключатель, содержащий опорный изолятор с верхним и заземленным нижним фланцами, имеющий электрическую емкость С₀ между верхним фланцем и землей, а также электрически соединенные с этим фланцем две дугогасительные камеры с емкостями С₁ и С₂ между разомкнутыми контактами, при этом емкость С₁ относится к камере, расположенной со стороны источника напряжения, изменяющегося с угловой частотой ω, отличающийся тем, что параллельно дугогасительной камере с емкостью С₁ включена ветвь с последовательным соединением конденсатора с емкостью С_Δ, резистора с активным сопротивлением и дросселя с индуктивностью L_Δ и активным сопротивлением R_LΔ≤ωL_Δ/3, при этом значения указанных параметров ветви выбраны из условия удовлетворения уравнения:

2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что R_Δ=0, L_Δ=0, при этом С_Δ=С₂-С₁+С₀>0.

3. Выключатель по п. 2, отличающийся тем, что С₁=С₂=С, при этом С_Δ≈С₀.

4. Выключатель по п. 2, отличающийся тем, что С₁=С₂+С₀, при этом С_Δ≈0.

5. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что L_Δ=0, С_Δ=∞, при этом

6. Выключатель по п. 5, отличающийся тем, что С₁=С₂=С, при этом

7. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что R_Δ=0, С_Δ=∞, при этом

L_Δ≈[ω²(С₁+С₂+С₀]^-1.

8. Выключатель по п. 7, отличающийся тем, что С₁=С₂=С, при этом

L_Δ≈[ω²(2С+С₀)]^-1.