Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ С ЭЛЕГАЗОВОЙ (SF) ИЗОЛЯЦИЕЙ С ТЕПЛОВЫМ КОНДЕНСАТОРОМ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящая заявка на изобретение в общем относится к автоматическим выключателям и, более конкретно, но не исключительно, к системе автоматического выключателя с элегазовой (SF₆) изоляцией с тепловым конденсатором.

Уровень техники

Электрические системы различных типов, например, системы выключателей, остаются предметом, вызывающим интерес. Некоторые существующие системы имеют различные недостатки, несовершенства и отрицательные качества по сравнению с определёнными устройствами. Например, в некоторых системах автоматического выключателя с элегазовой изоляцией низкие температуры окружающей среды могут слишком быстро вызывать состояние блокировки автоматического выключателя. Соответственно, остаётся потребность в дальнейших усовершенствованиях в этой области технологии.

Сущность изобретения

Одним из вариантов осуществления настоящего изобретения является уникальная система автоматического выключателя с элегазовой (SF₆) изоляцией, имеющая тепловой конденсатор. Один вариант осуществления изобретения представляет собой уникальную систему аккумулирования тепловой энергии для системы автоматического выключателя с элегазовой (SF₆) изоляцией. Другие варианты осуществления включают в себя оборудование, системы, устройства, аппаратные средства, способы и комбинации для систем автоматического выключателя с элегазовой изоляцией. Дополнительные варианты осуществления, формы, признаки, аспекты, положительные эффекты и преимущества настоящей заявки станут очевидными из описания и чертежей, представленных в этом описании.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически иллюстрирует некоторые аспекты неограничивающего примера системы автоматического выключателя с элегазовой изоляцией в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 схематично иллюстрирует некоторые аспекты неограничивающего примера системы автоматического выключателя с элегазовой изоляцией по фиг. 1 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 схематически иллюстрирует некоторые аспекты неограничивающего примера системы автоматического выключателя с элегазовой изоляцией в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

В целях содействия пониманию принципов изобретения автоматического выключателя с элегазовой изоляцией с тепловым конденсатором будет сделана ссылка на варианты осуществления изобретения, показанные на чертежах, и конкретный язык, который будет использоваться для их описания. Тем не менее, следует принимать во внимание, что ограничение объёма изобретения таким образом не предполагается. Предполагаются любые изменения и дополнительные модификации в описанных вариантах осуществления, а также любые дополнительные варианты реализации принципов изобретения, как описывается в настоящем документе, как это обычно происходит, специалистами в данной области техники, к которой относится изобретение.

На фиг. 1 схематически проиллюстрированы некоторые аспекты неограничивающего примера системы 10 автоматического выключателя с элегазовой изоляцией, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления система 10 автоматического выключателя использует SF₆ диэлектрическую газовую систему для нагнетания SF₆ под давлением между контактами автоматического выключателя во время прерывания цепи (размыкания контактов). В других вариантах осуществления система 10 автоматического выключателя может использовать любую подходящую систему гашения дуги с SF₆, например, система 10 автоматического выключателя может быть системой самовзрыва. Система 10 автоматического выключателя включает в себя автоматический выключатель 12, имеющий проводники 14 и 16; контакты 18 и 20, и систему 22 для управления контактами 18 и 20; резервуар 24, выполненный в виде резервуара для хранения определённого количества SF₆; индикатор 26 плотности, включающий в себя датчик 28 температуры и датчик 30 давления; и систему 32 аккумулирования тепловой энергии.

Контакты 18 и 20 управляются системой 22 для выборочного создания и прерывания пути электрического тока, чтобы соответственно пропускать и прерывать протекание тока через проводники 14 и 16. Контакты 18 и 20 изолируются с помощью SF₆ из резервуара 24 для гашения дуги. В одном варианте осуществления контакты 18 являются двойными подвижными контактами. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться одиночные подвижные контакты. Резервуар 24 выполнен с возможностью хранения SF₆ и действует в качестве резервуара для SF₆. В проиллюстрированном варианте осуществления контакты 18 и 20 расположены внутри резервуара 24. В других вариантах осуществления контакты 18 и 20 могут располагаться снаружи резервуара 24 и могут снабжаться SF₆ из резервуара 24.

Индикатор 26 плотности предназначается для определения и контроля плотности газа SF₆ в резервуаре 24. В нормальных условиях SF₆ функционирует в качестве электрического изолятора и прерывающей среды для гашения дуги, а также в качестве механического демпфера для контактов 18 и 20 в автоматическом выключателе 12. SF₆ хранится в резервуаре 24 под давлением при обычных температурах, например, при комнатной температуре. При некоторых условиях низкой температуры, например, от -30°С до -50°С или ниже, газ SF₆ в резервуаре 24 может подвергаться сжижению, при котором часть SF₆ становится жидкостью. Сжижение некоторого количества газа SF₆ уменьшает плотность газообразного SF₆ в резервуаре, который используется для дугогашения, например, при размыкании контактов 18 и 20. В одном варианте осуществления индикатор 26 плотности использует датчик 28 температуры и датчик 30 давления для определения плотности газа SF₆ в резервуаре 24.

Индикатор 26 плотности предназначается для индикации состояния, связанного с плотностью газа SF₆ в резервуаре 24, которая изменяется в зависимости от температуры газа SF₆ в резервуаре 24. Если газ SF₆ в резервуаре 24 имеет достаточную плотность для нормальной операции дугового гашения без чрезмерного повреждения контактов 18, индикатор 26 плотности выдаёт сигнал, показывающий номинальное состояние. Если плотность газа SF₆ ниже, чем первый заданный уровень плотности, индикатор 26 плотности выдаёт сигнал, показывающий состояние тревоги, например, чтобы показать оператору системы 10 автоматического выключателя, что требуется обслуживание, например, для подачи тепла в резервуар 24, хотя в некоторых случаях состояние тревоги может также использоваться для указания необходимости пополнения запаса SF₆ в резервуаре 24 или принятия других мер для увеличения плотности SF₆ в резервуаре 24. Если плотность газа SF₆ падает до заданного второго заданного уровня плотности ниже уровня, связанного с состоянием тревоги, индикатор 26 плотности выдаёт сигнал, представляющий состояние блокировки. В одном варианте состояние блокировки возникает, когда температура SF₆ составляет -33°C, то есть температура блокировки для SF₆ составляет -33°C. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие температуры для обозначения состояния блокировки. Уровни плотности, связанные с номинальным состоянием, состоянием тревоги и состоянием блокировки, могут варьироваться в зависимости от потребностей конкретного варианта применения и известны специалистам в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления, когда система 10 автоматического выключателя находится в состоянии блокировки, эта система 10 допускает одноразовое прерывание цепи, то есть разрешает разомкнуть контакты 18 и 20 один раз, но не позволяет замкнуть, или впоследствии замкнуть контакты 18 и 20, или не позволяет загружать пружины, поршни или другие устройства, используемые для замыкания контактов 18 и 20, до сброса состояния блокировки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, система 10 автоматического выключателя, находясь в состоянии блокировки, не допускает ни размыкания, ни замыкания контактов 18 и 20 до сброса состояния блокировки.

Система 32 аккумулирования тепловой энергии включает в себя тепловой конденсатор 34. В некоторых вариантах осуществления изобретения система аккумулирования тепловой энергии также включает в себя нагреватель 36 и теплоизоляцию 38. В других вариантах осуществления система 10 автоматического выключателя может включать в себя нагреватель, расположенный на или внутри резервуара 34, и может включать в себя теплоизоляцию, расположенную вокруг резервуара 24, в дополнение или вместо нагревателя 36 и теплоизоляции 38. Тепловой конденсатор 34 находится в теплопроводящем контакте с резервуаром 24 и предназначается для аккумулирования тепловой энергии. В одном варианте тепловой конденсатор 34 прикрепляется болтами к отбортовке на резервуаре 24 (не показано на фиг.). В других вариантах осуществления тепловой конденсатор 34 может прикрепляться к резервуару 24 с использованием ремней, зажимов или других крепёжных систем или устройств, или в некоторых вариантах осуществления может быть единой деталью с резервуаром 24. Тепловой конденсатор 34 выполнен с возможностью передачи накопленной тепловой энергии к SF₆ в резервуаре 24, например, посредством проводимости через стенки резервуара 24. Тепловой конденсатор 34 служит для увеличения тепловой массы системы 10 автоматического выключателя, а также для увеличения тепловой постоянной времени системы 10 автоматического выключателя. В одном варианте осуществления изобретения тепловой конденсатор 34 является металлическим. В других вариантах осуществления тепловой конденсатор 34 может быть неметаллическим. В одном варианте тепловой конденсатор 34 представляет собой алюминиевую отливку. В других вариантах осуществления могут использоваться другие материалы и/или способы формирования теплового конденсатора 34, например, тепловой конденсатор 34 может представлять собой сварную конструкцию.

Нагреватель 36 соединяется с тепловым конденсатором 34. Нагреватель 36 предназначается для подачи тепла к тепловому конденсатору 34 и для подачи тепла к SF₆, находящемуся в резервуаре 24, например, через тепловой конденсатор 34, для достижения и поддержания газа SF₆ в резервуар 24 при желаемой температуре или плотности, или выше, подходящих для гашения дуги между контактами 18 и 20. В одном варианте осуществления нагреватель 36 представляет собой множество элементов нагревателя картриджа (нагревателей картриджа), например, соединённых с тепловым конденсатором 34. В других вариантах осуществления изобретения нагреватель 36 может представлять собой элементы ленточного нагревателя (ленточные нагреватели) или нагреватель (нагреватели) любого подходящего типа, соединённые с тепловым конденсатором 34. В некоторых вариантах осуществления нагреватель 36 может быть расположен внутри теплового конденсатора 34 или может быть расположен между тепловым конденсатором 34 и резервуаром 24. Изоляция 38 располагается вокруг теплового конденсатора 34, например, предпочтительно, по меньшей мере, в той степени, которая необходима для покрытия нагревателя 36. Некоторые варианты осуществления могут не включать изоляцию 38. В некоторых вариантах осуществления оизоляция 38 может проходить полностью вокруг внешних частей теплового конденсатора 34, за исключением тех случаев, когда тепловой конденсатор 34 находится в контакте с резервуаром 24. Изоляция 38 может представлять собой, например, изоляционное покрытие, частично обёрнутое вокруг теплового конденсатора 34.

На фиг. 2 и 3 показаны некоторые аспекты неограничивающих примеров резервуара 24 и теплового конденсатора 34 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированных вариантах осуществления тепловой конденсатор 34 выполнен с возможностью частично наматываться вокруг резервуара 24, например, для увеличения теплопроводности между резервуаром 24 и тепловым конденсатором 34. В некоторых вариантах осуществления система 32 аккумулирования тепловой энергии включает в себя теплопроводную среду или теплопроводящую среду 40. Теплопроводящая среда 40 выполнена с возможностью увеличения теплопроводности от резервуара 24 к тепловому конденсатору 34 и гексафториду серы, хранящемуся в резервуаре 24. В одном варианте осуществления проводящая среда 40 располагается между тепловым конденсатором 34 и резервуаром 24. В некоторых вариантах осуществления теплопроводящая среда 40 может расширяться в тепловом конденсаторе 34 и/или резервуаре 24. В одном варианте осуществления теплопроводящая среда 40 представляет собой теплопроводную консистентную смазку. В других вариантах осуществления теплопроводящая среда 40 может быть термопастой, термическим соединением или любым материалом, структурой или устройством, которое эффективно проводит тепло между тепловым конденсатором 34 и резервуаром 24, или между тепловым конденсатором 34 и гексафторидом серы, хранящимся в резервуаре 24.

В одном варианте осуществления тепловой конденсатор 34 является пустотелым. В других вариантах осуществления тепловой конденсатор 34 может быть сплошным. В одном варианте осуществления тепловой конденсатор 34 включает в себя материал 42 накопления тепла, расположенный внутри теплового конденсатора 34. В одном варианте осуществления теплоаккумулирующий материал 42 предназначается для подачи скрытой теплоты к SF₆, например, через резервуар 24. В других вариантах осуществления материал 42 накопления тепла, возможно, не работает для подачи скрытой теплоты к SF₆. В одном варианте осуществления теплоаккумулирующий материал 42 представляет собой парафиновый воск. В других вариантах осуществления могут использоваться другие материалы. Парафиновый воск по настоящему варианту осуществления изобретения имеет температуру плавления 60°С. В других вариантах осуществления могут быть использованы парафиновые воски, имеющие другие температуры плавления. Когда парафиновый воск затвердевает, его объём уменьшается примерно на 13%. Во время производства тепловой конденсатор 34 заполняется парафиновым воском в жидкой форме. После затвердевания давление внутри теплового конденсатора 34 снижается, например, до уровня ниже атмосферного. В некоторых вариантах осуществления давление внутри теплового конденсатора 34 может быть близким к состоянию вакуума или частичным вакуумом при затвердевании парафинового воска. В некоторых вариантах осуществления для формирования воздушных карманов могут использоваться стояки или другие геометрические элементы теплового конденсатора 34, в результате чего колебания давления внутри теплового конденсатора 34, возникающие из-за изменений фазы парафинового воска, уменьшаются, тем самым уменьшая циклические напряжения в тепловом конденсаторе 34. В некоторых вариантах осуществления могут использоваться вентиляционные отверстия, сапуны или другие элементы/устройства/системы для поддержания желаемого давления или диапазона давлений в тепловом конденсаторе 34 без учета изменений фазы парафинового воска.

В некоторых регионах требования к системам автоматического выключателя, таким как система 10 автоматического выключателя, включают в себя требование, что при температуре окружающей среды -60°C, после выхода из строя нагревателей или источника питания нагревателей, система автоматического выключателя должна продолжать функционировать по меньшей мере два (2) часа до входа в состояние блокировки. Соответственно, система 32 накопления тепла и тепловой конденсатор 34 выполнены с возможностью аккумулирования достаточного количества тепловой энергии для предотвращения состояния блокировки системы автоматического выключателя из-за разжижения SF₆ в условиях температуры окружающей среды -60°C в течение по меньшей мере двух (2) часов.

В эксперименте вариант осуществления системы 10 автоматического выключателя с системой 32 аккумулирования тепловой энергии, подвергаемой воздействию температуры окружающей среды -60°C, перешёл от начальной точки при температуре парафинового воска 150°C и температуре SF₆ -10°C к температуре -33°С блокировки для SF₆ в течение примерно 3,5 часов. Эксперимент начинался с отключения питания нагревателя 36. Во время эксперимента температура SF₆ снижалась от первоначального значения -10°C по мере снижения температуры парафинового воска, а затем стабилизировалась при температуре выше температуры блокировки во время изменения фазы парафинового воска с жидкого на твёрдое при температуре воска 60°C, когда скрытая теплота плавления подводилась к SF₆ от парафинового воска. После затвердевания воска температура SF₆ в дальнейшем продолжала снижаться по мере понижения температуры воска, пока не достигла температуры блокировки примерно через 3,5 часа после начала испытания. Тепловой конденсатор 34, использованный в испытании, содержал приблизительно 25 кг парафинового воска. Парафиновый воск возвращал 201 Дж/г тепла во время фазового перехода. Для той же системы автоматического выключателя без системы 32 аккумулирования тепловой энергии потребовалось менее одного часа, чтобы перейти от температуры SF₆ -10°C к температуре -33°С блокировки для SF₆ в условиях температуры окружающей среды -40°C. Таким образом, очевидно, что добавление системы 32 аккумулирования тепловой энергии существенно увеличивало тепловую массу и тепловую постоянную времени системы автоматического выключателя, тем самым улучшая способность системы автоматического выключателя поддерживать работу выше температуры блокировки SF₆ в условиях низкой температуры окружающей среды. Благодаря тому, что SF₆ охлаждается медленнее, у оператора системы автоматического выключателя появляется больше времени, чтобы принять меры для предотвращения перехода системы автоматического выключателя в состояние блокировки.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают систему автоматического выключателя с элегазовой (SF₆) изоляцией, содержащую: резервуар, сконструированный для содержания некоторого количества SF₆; автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные с помощью SF₆; нагреватель, предназначенный для подачи тепла, чтобы нагревать SF₆; тепловой конденсатор в теплопроводящем контакте с резервуаром, предназначенный для аккумулирования тепловой энергии и сконструированный для передачи тепловой энергии к SF₆ в резервуаре.

В усовершенствовании осуществления изобретения нагреватель соединяется с тепловым конденсатором и предназначается для подачи тепла к SF₆ через тепловой конденсатор.

В другом усовершенствовании тепловой конденсатор выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично оборачиваться вокруг резервуара.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор является металлическим.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор является пустотелым.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор включает в себя материал, предназначенный для подачи скрытой теплоты к SF₆.

В дополнительном усовершенствовании материалом является парафиновый воск.

В ещё одном дополнительном усовершенствовании система автоматического выключателя с элегазовой изоляцией дополнительно содержит теплопроводную среду, расположенную между тепловым конденсатором и резервуаром.

В ещё одном дополнительном усовершенствовании изолятор расположен, по меньшей мере, частично вокруг теплового конденсатора.

В ещё одном дополнительном усовершенствовании тепловой конденсатор выполнен с возможностью аккумулировать достаточно тепловой энергии для предотвращения состояния блокировки автоматического выключателя из-за разжижения SF₆ в условиях температуры окружающей среды -60°C в течение по меньшей мере двух (2) часов.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему аккумулирования тепловой энергии для системы автоматического выключателя с элегазовой изоляцией, имеющей резервуар для хранения некоторого количества SF₆, содержащей: тепловой конденсатор, предназначенный для аккумулирования тепловой энергии и сконструированный для взаимодействия с резервуаром и переноса тепловой энергии к SF₆ в резервуаре.

В одном усовершенствовании осуществления изобретения система аккумулирования тепловой энергии дополнительно содержит нагреватель, соединяемый с тепловым конденсатором, и работающий для переноса тепла к SF₆ через резервуар.

В другом усовершенствовании тепловой конденсатор выполнен с возможностью, по меньшей мере, частично оборачиваться вокруг резервуара.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор является металлическим.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор является пустотелым.

В ещё одном усовершенствовании тепловой конденсатор включает в себя материал, предназначенный для подачи скрытой теплоты к SF₆.

В дополнительном усовершенствовании материал представляет собой парафиновый воск.

В ещё одном дополнительном усовершенствовании система аккумулирования тепловой энергии с элегазовой изоляцией дополнительно содержит теплопроводную среду, расположенную между тепловым конденсатором и резервуаром.

В ещё одном дополнительном усовершенствовании система аккумулирования тепловой энергии дополнительно содержит тепловой изолятор, расположенный по меньшей мере частично вокруг теплового конденсатора.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему автоматического выключателя с элегазовой изоляцией, содержащую: резервуар, сконструированный для содержания некоторого количества SF₆; автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные с помощью SF₆; нагреватель, предназначенный для подачи тепла для нагрева SF₆; средство для аккумулирования тепла и передачи тепла к SF₆ с целью задержки сжижения SF₆ в резервуаре в условиях низкой температуры окружающей среды.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в приведённом выше описании, его следует рассматривать как иллюстративный, а не ограничивающий по своему характеру, при этом следует принимать во внимание, что были показаны и описаны только предпочтительные варианты осуществления, при этом желательно защитить все изменения и модификации, которые соответствуют духу изобретения. Следует принимать во внимание, что, хотя использование таких слов, как обладающий преимуществом, предпочтительно, предпочтительный или более предпочтительный, используемых в приведенном выше описании, указывает на то, что описанная особенность может быть более желательной, тем не менее, это необязательно может необходимым, и могут рассматриваться варианты осуществления изобретения, в которых отсутствует то же самое, как в рамках объёма изобретения, определяемого формулой изобретения, которая следует ниже. При чтении формулы изобретения предполагается, что при использовании таких слов, как «а», «an», «по меньшей мере, одна» или «по меньшей мере одна часть», нет намерения ограничивать притязание только одним элементом, до тех пор пока в формуле изобретения не указано обратное. Когда используется терминология «по меньшей мере часть» и/или «часть», элемент может включать в себя часть и/или весь элемент, до тех пор пока специально не утверждается обратное.