Высоковольтный выключатель с дугогасящей камерой (варианты)

Высоковольтный выключатель с дугогасящей камерой (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высоковольтному выключателю с дугогасящей камерой под напряжением.

Уровень техники

Сети электропередачи защищаются и управляются при помощи высоковольтных выключателей. Подобные выключатели подразделяются на два класса: выключатели с корпусом (дугогасящей камерой) под напряжением (Live Tank Circuit Breakers, LTB), в которых корпус, содержащий отключающий механизм, находится под линейным напряжением, и выключатели в металлическом корпусе (Metal Enclosed Circuit Breaker, MEB), в которых корпус находится на потенциале земли.

Выключатели с корпусом под напряжением при высоких уровнях напряжения должны контролировать высокий потенциал на токовых выводах, к которым подсоединяются трубы или кабели для пропускания тока через выключатель. Высокий потенциал создает высокую напряженность электрического поля на токовых выводах. Обычно токовые выводы экранируют с помощью коронирующих колец, которые предназначены для уменьшения напряженности локального электрического поля благодаря своей гладкой форме и относительно большой площади по сравнению с выводами.

Обычно применяется два различных вида коронирующих колец. И те, и другие коронирующие кольца размещаются как можно ближе к токовому выводу. Если применяются конденсаторы или предвключаемые резисторы, применяются те же самые принципы. В качестве альтернативы, коронирующее кольцо круглой формы размещают симметрично вокруг центральной оси выключателя.

Внешней изолирующей средой для выключателя с корпусом под напряжением является воздух. Наружная изоляция проверяется с помощью диэлектрических испытаний на соответствие требованиям применимых стандартов. Данные проверочные испытания для высоковольтных выключателей включают испытания как в сухом, так и во влажном состоянии, поскольку высоковольтный выключатель является оборудованием для наружной установки.

Раскрытие изобретения

Во время таких испытаний во влажном состоянии капли дождя собираются на всей поверхности выключателя и коронирующих колец. Вода сливается вниз по поверхности и скапливается у самой нижней точки каждой из отдельных частей выключателя и, в конечном счете, падает с поверхности выключателя на землю.

Капли воды подвергаются воздействию высокого напряжения и изменяют свою форму; они приобретают более остроконечную форму, чем обычно, и увеличивают напряженность локального электрического поля.

Изобретение основывается на понимании того факта, что при переключении напряжений в условиях повышенной влажности локальное электрическое поле в нижней части коронирующих колец будет возрастать по сравнению с сухими условиями.

Целью настоящего изобретения, таким образом, является создание высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением с улучшенной диэлектрической прочностью, в частности, в условиях повышенной влажности.

Дополнительной целью изобретения является создание такого высоковольтного выключателя, который был бы прочным, точным, простым, компактным и недорогим, обладал оптимальными эксплуатационными характеристиками и отвечал существующим требованиям техники безопасности.

Указанные цели достигаются с помощью высоковольтных выключателей, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий опорный изолятор, горизонтально расположенный прерыватель тока удлиненной формы, расположенный на опорном изоляторе, токовые выводы, соединенные с концами прерывателя тока и, по меньшей мере, одно коронирующее кольцо размещенное, по меньшей мере, частично вокруг, по меньшей мере, одного из токовых выводов.

Коронирующее кольцо расположено таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца и центральной осью горизонтально расположенного прерывателя тока удлиненной формы примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и центральной осью.

Если высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением содержит горизонтально расположенный конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный (подключенные) между токовыми выводами параллельно прерывателю тока, то указанные расстояния измеряются по отношению к центральной оси прерывателя тока, конденсатора, если он имеется, или резистора, если он имеется, в зависимости от того, который из них расположен ниже.

С помощью высоковольтного выключателя в соответствии с изобретением достигается более равномерное распределение электрического поля вокруг коронирующего кольца в присутствии воды. Как результат, улучшается диэлектрическая прочность высоковольтного выключателя в условиях повышенной влажности.

Условия повышенной влажности являются наиболее неблагоприятными, и в тоже время наиболее тяжелыми для осуществления теоретических расчетов и определения размеров для каждой из конструкций выключателя. Таким образом, различные варианты конструкций были экспериментально протестированы в высоковольтной испытательной лаборатории, и было обнаружено, что критическим фактором является вертикальное местоположение коронирующих колец. Значительные преимущества могут быть достигнуты в указанных выше диапазонах.

В большинстве случаев, по всей видимости, оптимальное значение достигается тогда, когда расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца и центральной осью прерывателя тока, конденсатора, если он имеется, или резистора, если он имеется, в зависимости от того, который из них расположен ниже, составляет около 30% от полной внутренней высоты коронирующего кольца.

Также были приложены усилия для получения результатов посредством трехмерных вычислений электрического поля. Однако существующие при моделировании капель воды ограничения делают результат вычислений неопределенным.

Дополнительные характеристики изобретения и его преимущества будут понятны из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения и сопроводительных чертежей, приводимых только в качестве иллюстрации и, таким образом, не ограничивающих настоящее изобретение.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически изображен вид сбоку высоковольтного выключателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2 схематически изображен вид с торца прерывателя тока и коронирующего кольца, входящих в состав высоковольтного выключателя, изображенного на фиг.1.

На фиг.3 схематически изображен вид с торца прерывателя тока, конденсатора и коронирующего кольца, входящих в состав высоковольтного выключателя в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.

На фиг.4 схематически изображен вид с торца прерывателя тока, конденсатора, резистора и коронирующего кольца, входящих в состав высоковольтного выключателя в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Ниже приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. В данном описании термин «высоковольтный» будет использоваться для напряжений от 1 кВ и выше. Однако, следует отметить, что настоящее изобретение, главным образом, относится к высоковольтным выключателям с существенно более высокими номинальными напряжениями, такими как 245 кВ и выше.

На фиг.1 изображен вид сбоку однофазного высоковольтного выключателя с корпусом под напряжением, содержащего два горизонтально расположенных и последовательно соединенных прерывателя 10 тока удлиненной формы, расположенных на опорном изоляторе 20. Прерыватели 10 тока могут рассматриваться как разъединительные или дугогасящие камеры, а объединение двух прерывателей 10 тока может рассматриваться как разъединительный элемент. Каждый из прерывателей 10 тока подключен к токовому выводу 30 на своем удаленном конце (торце) и к соединительному фланцу 32 на своем внутреннем конце (торце).

Кроме того, выключатель содержит соответствующее коронирующее кольцо 40, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг токового вывода 30, подключенного к удаленным концам последовательно соединенных прерывателей 10 тока, то есть, коронирующие кольца обычно не располагают вокруг соединительных фланцев 32, соединяющих прерыватели 10 тока между собой.

На фиг.2 схематически изображен вид с торца одного из прерывателей 10 тока и одного из коронирующих колец 40 высоковольтного выключателя, изображенного на фиг.1. Здесь также показаны опоры 41, удерживающие коронирующее кольцо 40.

Согласно изобретению, каждое из коронирующих колец 40 расположено таким образом, чтобы вертикальное расстояние d1 между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца 40 и центральной осью 10а прерывателя 10 тока было примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние d2 между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца 40 и центральной осью 10а.

Предпочтительно, чтобы вертикальное расстояние d1 между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца 40 и центральной осью 10а было примерно в 2-3 раза, предпочтительно примерно в 7/3 раза, меньше, чем расстояние d2 между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и центральной осью.

Другими словами, расстояние d1 составляет от 20% до 40%, предпочтительно от 25% до 33%, и наиболее предпочтительно - около 30% от суммы расстояний d1 и d2.

Следует принимать во внимание тот факт, что хотя на фиг.1-2 коронирующие кольца 40 имеют тороидальную форму, коронирующие кольца 40 могут быть как замкнутыми, так и разомкнутыми и могут иметь различную форму. При условии, что коронирующие кольца располагаются симметрично вокруг прерывателей 10 тока в поперечной плоскости, сумма расстояний d1 и d2 соответствует внутреннему диаметру коронирующих колец 40.

Кроме того, следует принять во внимание, что вокруг каждого токового вывода может размещаться большее количество коронирующих колец. Обычно коронирующие кольца устанавливаются парами с небольшим фиксированным расстоянием между ними.

Кроме того, следует принимать во внимание, что выключатель, для каждого из прерывателей тока, может содержать горизонтально расположенный конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный между токовыми выводами параллельно прерывателю тока. В этом случае, каждое коронирующее кольцо устанавливается таким образом, чтобы вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца 40 и центральной осью прерывателя 10 тока, конденсатора или резистора удлиненной формы, в зависимости от того, который из них располагается ниже, составляло примерно в 1,5-4 раза меньшее расстояние, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца и данной центральной осью.

На фиг.3 и 4 показаны выключатели с упомянутыми выше конденсатором и/или резистором.

На фиг.3 схематически изображен вид с торца прерывателя 10 тока, конденсатора 50 и коронирующего кольца 40, входящих в состав высоковольтного выключателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Здесь коронирующее кольцо 40 имеет верхний по существу горизонтальный участок 40а и нижний по существу горизонтальный участок 40b, причем вертикальное расстояние d1+d2 между внутренней поверхностью нижней части коронирующего кольца и внутренней поверхностью верхней части коронирующего кольца является расстоянием между участками 40а-b.

Как можно видеть на фиг.3, центральная ось 50а конденсатора 50 расположена ниже центральной оси 10а прерывателя 10 тока. В результате коронирующее кольцо 40 расположено описанным выше образом по отношению к центральной оси 50а конденсатора 50. На фиг.3 обозначены расстояния d1 и d2, при этом опоры коронирующего кольца не показаны.

На фиг.4 схематически изображен вид с торца прерывателя 10 тока, конденсатора 50, резистора 60 и коронирующего кольца 40, входящих в состав высоковольтного выключателя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Как можно видеть, центральная ось 60а резистора 60 расположена ниже центральной оси 10а прерывателя 10 тока и ниже центральной оси 50а конденсатора. В результате коронирующее кольцо 40 расположено описанным выше образом по отношению к центральной оси 60а резистора 60. На фиг.4 обозначены расстояния d1 и d2, при этом опоры коронирующего кольца не показаны.

При использовании новой конструкции достигается более высокая (диэлектрическая) прочность, позволяющая выдерживать как коммутационные, так и грозовые импульсные напряжения, особенно в условиях повышенной влажности.

Трехфазный высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением состоит из трех выключателей, описанных выше.

1. Высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий опорный изолятор; по меньшей мере, один горизонтально расположенный прерыватель тока удлиненной формы, размещенный на указанном опорном изоляторе; токовые выводы, подключенные к концам указанного прерывателя тока; по меньшей мере, одно коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг одного из токовых выводов, отличающийся тем, что указанное коронирующее кольцо расположено таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и центральной осью указанного горизонтально расположенного прерывателя тока удлиненной формы примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью примерно в 2-3 раза, предпочтительно примерно в 7/3 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью.

3. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что коронирующее кольцо имеет тороидальную форму, а вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца является внутренним диаметром указанного коронирующего кольца.

4. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что коронирующее кольцо имеет верхний, по существу, горизонтальный участок и нижний, по существу, горизонтальный участок, а вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца является расстоянием между указанными участками.

5. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что коронирующее кольцо выполнено разомкнутым.

6. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержит дополнительное коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг указанного одного из токовых выводов, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

7. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого токового вывода, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

8. Выключатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержит дополнительный горизонтально расположенный прерыватель тока удлиненной формы и токовые выводы, подключенные к концам дополнительного прерывателя тока, при этом прерыватели тока расположены концентрически по отношению друг к другу и соединены последовательно, причем один из указанных токовых выводов, окруженный, по меньшей мере, частично коронирующим кольцом, является внешним токовым выводом последовательно соединенных прерывателей тока; а также содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого внешнего токового вывода последовательно соединенных прерывателей тока, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

9. Высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий опорный изолятор; по меньшей мере, один горизонтально расположенный прерыватель тока удлиненной формы, размещенный на указанном опорном изоляторе; токовые выводы, подключенные к концам указанного прерывателя тока; горизонтально расположенный конденсатор и/или резистор удлиненной формы, подключенный (подключенные) между токовыми выводами параллельно прерывателю тока; по меньшей мере, одно коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг одного из токовых выводов, отличающийся тем, что указанное коронирующее кольцо расположено таким образом, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и центральной осью указанного горизонтально расположенного прерывателя тока удлиненной формы, указанного горизонтально расположенного конденсатора удлиненной формы или указанного горизонтально расположенного резистора удлиненной формы, в зависимости от того, который из них расположен ниже, примерно в 1,5-4 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью.

10. Выключатель по п.9, отличающийся тем, что вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью примерно в 2-3 раза, предпочтительно примерно в 7/3 раза меньше, чем расстояние между внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца и указанной центральной осью.

11. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что коронирующее кольцо имеет тороидальную форму, а вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца является внутренним диаметром указанного коронирующего кольца.

12. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что коронирующее кольцо имеет верхний, по существу, горизонтальный участок и нижний, по существу, горизонтальный участок, а вертикальное расстояние между внутренней поверхностью нижней части указанного коронирующего кольца и внутренней поверхностью верхней части указанного коронирующего кольца является расстоянием между указанными участками.

13. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что коронирующее кольцо выполнено разомкнутым.

14. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что содержит дополнительное коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг указанного одного из токовых выводов, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

15. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого токового вывода, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

16. Выключатель по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что содержит дополнительный горизонтально расположенный прерыватель тока удлиненной формы и токовые выводы, подключенные к концам дополнительного прерывателя тока, при этом прерыватели тока расположены концентрически по отношению друг к другу и соединены последовательно, причем один из указанных токовых выводов, окруженный, по меньшей мере, частично коронирующим кольцом, является внешним токовым выводом последовательно соединенных прерывателей тока; а также содержит коронирующее кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично вокруг другого внешнего токового вывода последовательно соединенных прерывателей тока, при этом коронирующие кольца расположены концентрически по отношению друг к другу.

17. Трехфазный высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий три выключателя, охарактеризованных по любому из пп.1-8, по одному на каждую фазу.

18. Трехфазный высоковольтный выключатель с корпусом под напряжением, содержащий три выключателя, охарактеризованных по любому из пп.9-16, по одному на каждую фазу.