Коммутационный аппарат

(21 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Научно-исследовательскийцентр по испытанию высоковольтнойаппаратуры, Предприятие "Уралтехэнерго" Производственного объединения по науке, совершенствованиютехнологии и эксплуатации электростанций и сетей Союзтехэнерго и Чебоксарский электромеханический заводзапасных частей "Энергозапчасть"(56) 1. Афанасьев В,В, Конструкциявыключающих аппаратов., Л.,"Энергия"1969, с. 640.2. Авторское свидетельство СССРР 619978, кл. Н 01 Н 33/82, 1978,3, Патент Швейцарии Р 395242,кл, 21 с 35/10, 1962 (прототип).(54)(57 ) КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ,преимущественно воздушный выключатель, содержащий корпус из изоляционного материала, фланцы и размыкаемые конаткты, один из которых выполнен стержневым, с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой-розеточным с подпружиненными ламелями, расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держателя, причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обоймой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и снижения стоимости аппарата путем уменьшения хода контактов, держатель, на котором расположены ламели, выполнен в виде стержня из материала с высокой электропроводностью; остальная частьламелей снабжена дополнительно введенными металлокерамическими накладками, указанные накладки расположены по всей выступающей высоте ла- С мелей, причем отношение высоты накладки к полной высоте ламели сос- я тавляет 0,15-0,40, а дугостойкая металлокерамическая накладка стержне вого контакта выполнена в игл кольцевого вкладыша на торце.1070621 10 20 25 30 35 Изобретение относится к коммутационным.аппаратам высокого напряже,ния, а именно к воздушным выключа" телям с воздухонаполненным отдели" телем.Известны воздушные выключатели, в которых отключение токов производится дугогасительной камерой, а воздухонаполненный отделитель осуществляет функции создания изоляционного промежутка в отключенном положении и замыкания электрической цепи при включении. В некоторых конструкциях отделитель используется также для отключения тока резистора, шунтирующего дугогасительную камеру. Дугогасительная камера и отделитель содержат один или несколько разрывов, образованных неподвижным и подвижным контактами. В отделителе применены размыкаемые контакты торцового типа. При отключении внутренняя полость отделителя заполняется сжатым воздухом, давление которого отводит подвижный контакт и удерживает его в отключенном положении. Для гашения дуги тока шунтирующего резистора в.неподвижном контакте предусмотрен специальный канал, через который осуществляется воздушное дутье, направленное на,дугу. При включении давление воздуха в отделителе понижается вследствие истечения его через выпускной клапан, подвижный контакт перемещается под действием пружины и контакты замыкаются. Во включенном положе. нии через контакты отделителя проходит рабочий ток длительной нагрузки, поэтому они выполняются иэ материала с высокой электропроводностью - из меди 1.Недостатками данной конструкции являются ограниченная включающая дутье на дугу через канал в неподвижном контакте, которое при включении направлено во внутреннюю полость отделителя, При замыкании контакты соприкасаются оплавленными поверхностями, что при больших токах приводит к их свариванию.Известны конструкции выключателей, у которых отделитель снабжен специальными пневматическими устройствами, исключающими при включении дутье воздуха через полый неподвижный контакт во внутреннюю полость отделителя, чем снижены вредные последствия дуги включения 12.Однако указанные устройства не находятпрактического применения, так как они усложняют конструкцию,а эффективность их невелика, поскольку они нЕ уменьшают обгорания медных контактов.Наиболее близок к предлагаемому коммутационный аппарат, например воздушный выключатель, содержащий корпус из изоляционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой - роэеточным с подпружиненными ламелями, расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностьюдержателя, причем на части из нихзакреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обоймой. Ламели с металлокерамическими накладками имеют большую высоту, чем остальные. Металлокерамическая накладка на торце стержневого контакта имеетформу диска. В таких контактах основные токонесущие поверхности, которые 40 выполнены из материала с высокой электропроводностью, например меди, и через которые проходит рабочий ток50 60 способность и низкая износостойкость вследствие сильного износа контактов под действием дуги. При включениипод напряжением смыкание контактовпроисходит при низком давлении воздуха и межконтактный промежуток имеет низкую электрическую прочность.В результате между сближающимисяконтактами возникает электрическаядуга предварительного пробоя. Повторные дуги возникают при отбросеконтактов после их первоначальногометаллического смыкания. Опорныеточки дуги находятся на медных поверхностях контактов, имеющих низкую температуру плавления и подвергающихся значительному износу. Частицы расплавленного металла оседают на внутренней поверхности фарфорового изолятора отделителя, что приводит к ее металлизации, разрушению глазури и снижению механической и электрической прочности. Оседанию частиц способствует воздушное 45 55 при включенном аппарате, расположены на боковой поверхности рабочихламелей розеточного контакта и нацилиндрической поверхности контактного стержня и не подвергаются воздействию электрической дуги. Износконтактов значительно меньше, таккак опорные токи дуги находятся на дугостойких поверхностях, а металлизация изоляционных поверхностей практически не имеет места Г 33.Недостатком известных конструкций является большой ход в контактах, что усложняет коммутационный аппарат. Поэтому они находят применение в газовых, в частности воздушных,выключателях, у которых дугогасительная камера выполняет функции как отключения, так и включениятока, и не применяются в отделителях, так как они приводят к увеличению габаритов и в результате кувеличению стоимости выключателя своздухонаполненным отделителем.1070621 5 10 20 25 30 40 Цель изобретения - уменьшение габаритов и снижение стоимости ком" мутационного аппарата, в частности воздушного выключателя с газонаполненным отделителем, путем уменьшения хода контактов,Поставленная цель достигается тем, что в коммутационном аппарате преимущественно воздушном выключателе, содержащем корпус из изоля" ционного материала, фланцы и размыкаемые контакты, один из которых выполнен стержневым с дугостойкой металлокерамической накладкой, а другой - розеточным с подпружиненными ламелями,расположенными на держателе так, что ламели выступают над торцовой поверхностью держа" теля, причем на части из них закреплены дугостойкие металлокерамические накладки, и обойму, держатель,на котором расположены ламели, выполнен в виде стержня из материала с высокой электропроводностью, остальная часть ламелей снабжена дополнительно введенными металло- керамическими дугостойкими накладками,указанные накладки расположены по всей выступающей высоте ламелей, причем отношение высоты накладки к полной высоте ламели составляет 0,15-.0,40, а дугостойкая накладка стержневого контакта выполнена в виде кольцевого вкладыша на торце.Использование такой конструкции для отделителя обеспечивает горение дуги при включении на поверхностях, облицованных дугостойкой металлокерамикой, и соприкосновение контактов во включенном положении медными поверхностями, не оплавленными дугой предварительного пробоя,На Фиг. 1 показан один разрыв отделителя во включенном положений; на Фиг. 2 - подвижный и неподвижный контакты в отключенном положении.Разрыв отделителя содержит Фарфоровый изолятор 1 с двумя Фланцами 2 и 3, К Фланцу 2 прикреплен неподвижный розеточный контакт, который содержит стержень 4 из материала с высокой электропроводностью, например из меди, ламели 5, плоские пружины 6, обойму 7 из изоляционного материала. Обойма 7 прикреплена к стержню 4 с помощью болтов 8. Стержень 4 содержит канал 9 небольшого диаметра (отношение диаметра канала к наружному диаметру стержня по торцу составляет не более 1;3 1, которыйсоединяет полость разрыва отделителя с дополнительным резервуаром 10. 60Выступающие над торцом стержня 4части всех ламелей облицеваны дугостойкими металлокерамическими накладками 11. Подвижный стержневой контакт 12 и его пружина 13 установле ны в корпусе 14, который укреплен на фланце 3. Электрическое соединение подвижного стержневого контакта 12 с корпусом 14 осуществлено с помощью скользящего контакта 15. На подвижном стержневом контакте 12 имеется кольцевой вкладыш 16 из дугостойкой металлокерамики.Накладки 11 и кольцевой вкладыш 16 соединены с медными деталями (ламели, стержневой контакт ) с помощью пайки, в качестве дугостойкой металлокерамики может испольэоваться металлокерамическая композиция вольФрам-медь.При отключении во внутреннюю полость разрыва отделителя подается сжатый воздух высокого давления, под действием которого перемещается подвижный стержневой контакт 12, сжимая пружину 13. Отделитель размыкается только после того, как погашена дуга основного тока ( нагрузочного и короткого замыканияв дугогасительной камере (не показана , Поэтому контакты отделителя не размыкают цепь основного тока, отключаемого воздушным выключателем.В случае применения отделителя в выключателе с шунтирующим резистором он может отклн 1 чать ток резистора, который не превышает несколько сот ампер. Возникающая при этом на контактах разрыва отделителя дуга гасится потоком воздуха, направленного иэ внутренней полости отделителя через канал 9 в дополнительный резервуар 10. При выполнении выключателем операции включения давление воздуха в отделителе уменьшается и подвиж" ный стержневой контакт 12 перемещается под действием пружины 13, При сближении контактов между ламелями 5 неподвижного розеточного контакта и подвижным стержневым контактом 12 возникает дуга предварительного пробоя, опорные точки которой находятся на дугостойких металлокерамических накладках 11 и кольцевом вкладыше 16. Подвижный стержневой контакт 12 направляется подпружиненными элементами скользящего контакта 15 и поэтому при движении в процессе включения он может совершать поперечные колебания. Благодаря расположению ламелей 5 розеточного контакта вокруг стержня 4 по всей окружности и облицовке металлокерамическими накладками 11 всех ламелей 5, колебания подвижного контакта в поперечном направлении не приводят к смещению дуги на медные поверхности. После соприкосновения с ламелями 5 розеточного контакта подвижный стержневой контакт12 раздвигает их и движется до упора1070621 его торцовой поверхности в торец стержня 4. В процессе движения под" вижного контактного стержня 12 в розетке подвижный и неподвижный контакты соприкасаются поверхностями дугостойких металлокерамических 5 накладок 11,и кольцевого вкладыша 16, в случае отбросов контактов опорные точки дуг располагаются на этих поверхностях.На поверхностях элементов из 30 дугостойкой металлокерамики дуга включения успевает расплавить металл только на очень небольших участках, выброс металла очень мал и не имеет меоаа металлизация поверхности фарфорового изолятора. Во включенном положении контакты соприкасаются медными торцовыми поверхностями, которые не были сплавлены дугой. Основная токоведущая цепь разрыва отделителя включает фланец 2, стержень 4, подвижный стержневой контакт 12, скользящий контакт 15, корпус подвижного контакта 14 и фланец 3.Часть тока ответвляется в дополнительный токоведущий контур: стерКоличество опытовТок включения, кА 0,11 27-41 28-45 0,15 несущей поверхности на торце стержня 4. При этом обеспечивается надежное соединение подвижного и неподвижного контактов.Испытания показали, что использование предлагаемой конструкции коммутационного аппарата позволяет повысить ток включения воздушных выключателей 110-500 кВ с воздухонаполненным отделителем с 35,5 кА до 40,0 кА и увеличить их коммутационный ресурс с 3 до 10-15 включений без существенного усложнения конструкции отделителя. При величине этого отношения более 0,40 ход в контактах становится излишне большим, что, не давая эффекта в части коммутационного ресурса и включающей способности, приводит к ненужному усложнению конструкции.ВысОта кольцевого вкладыша 16 больше высоты металлокерамических накладок 11 ламелей, что исключает плавление и унос меди на подвижном стержневом контакте 12. Внутренний диаметр кольцевого вкладыша 16 боль ше наружного диаметра основной токожень 4; ламель 5 - накладка 11вкладыш 16подвижный стержневойконтакт 12.Торцовые поверхности стержня 4и подвижногь стержневого контакта 12, через которые проходит основная часть рабочего тока, могутбыть .выполнены плоскими, как показано на фиг. 1 и 2, или выпуклымина одном элементе и вогнутыми надругом. Контактная система обеспечивает возможность прохождения токов длительной нагрузки до 2000 А.Проведенные экспериментальные исследованияи анализ возможных конструктивных решений показали, чтооптимальный диапазон отношения высоты накладок 11 к полной высотеламелей 5 составляет 0,15-0,40,При величине этого отношения менее0,15 высота металлокерамической на.кладкн оказывается слишком малой,во включенном положейии контактысоприкасаются поверхностями, расплавленными дугой предварительногопробоя, и возможно сваривание контактов (см, таблицу),осударственногам изобретенийМосква, Ж,ираж 683 Подписикомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/5