ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H01H85/54 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным коммутационным аппаратам, предназначенным для защиты силового оборудования электрических сетей от аварийных и перегрузочных токов.

Предохранитель-разъединитель отличается от обычного выхлопного предохранителя тем, что он не требует установки отдельно стоящего разъединителя. Эту функцию выполняет патрон, который, откидываясь при срабатывании от аварийных токов или при помощи оперативной штанги, создает видимый разрыв электрический цепи, аналогичный разрыву, создаваемому ножом разъединителя.

Известен высоковольтный предохранитель [1], содержащий опорную изоляцию, верхнюю и нижнюю контактные системы, откидывающийся патрон.

В нижней контактной системе расположен механизм откидывания, а в верхней - разъемный контактный узел.

Разъемный контактный узел в основе своей содержит токопроводящую пластину, контактное нажатие которой создается пружиной. Пластина имеет контактную выпуклость, которая во включенном положении контактирует с колпачком. В этом положении патрон удерживается за счет силы трения, создаваемой контактной пружиной, иначе говоря, патрон не запирается на замок. Это может привести к самопроизвольному откидыванию патрона при вибрации или от сил электродинамического воздействия, что повлечет за собой возникновение открытой электрической дуги и, как следствие, возможное повреждение оборудования и наличие аварийной ситуации.

Известен предохранитель-разъединитель [2], содержащий опорную изоляцию, откидывающийся патрон, шарнирно связанный с нижней контактной системой, и верхний разъемный контактный узел. Узел содержит неподвижный подпружиненный контакт и подвижный контактный выступ патрона. Контактное нажатие создается токопроводящей пластинчатой пружиной, а запирание - замком. Функции замка выполняет пластинчатая пружина, управляемая рычагом, шарнирно закрепленным на контактном выступе.

Во включенном положении патрон удерживается за счет пластинчатой пружины, которая упирается в плоскую контактную площадку подвижного контакта, а с другой стороны площадки упирается подпружиненной контакт. При ручном отключении, т. е. оперативной изоляционной штангой, достаточно повернуть рычаг вниз, при этом второе плечо рычага отжимает пружину и под действием контактной пружины и силы собственного веса патрон откинется, поворачиваясь в шарнире нижней контактной системы. В автоматическом режиме откидывания после перегорания плавкой вставки патрон опускается вниз за счет специального механизма откидывания, вследствие чего контактная площадка выходит из зацепления с пружиной и патрон получает возможность откидывания.

При таком разъемном контактном узле патрон надежно удерживается во включенном положении, однако при отклонении усилия пружины в большую сторону и наличии эрозии на контактной площадке от следов горения электрической дуги возможно неоткидывание патрона а автоматическом режиме, что приведет к необъективной информации о состоянии предохранителя-разъединителя.

Вследствие этого оперативный персонал может создать аварийную ситуацию при переключениях на подстанции.

Кроме того, при работе в режиме разъединителя в процессе включения обычно возникает предварительный пробой, который приводит к обгоранию контактной поверхности, что приведет к увеличению переходного сопротивления и, как следствие, к недопустимому нагреву верхнего контактного узла.

Увеличению переходного сопротивления также способствует то, что в процессе включения площадка, соприкоснувшись с поверхностью контакта, должна передвинуться по ней до посадки на замок. Иначе говоря, происходит скольжение одной поверхности по другой и, как следствие, быстрый износ высокопроводящего покрытия, например серебра.

В целом вышеуказанные недостатки приводят к низкой надежности работы предохранителя-разъединителя.

Задачей настоящего изобретения является создание предохранителя-разъединителя с повышенной надежностью работы.

Решение этой задачи достигается тем, что в предохранителе-разъединителе, содержащем откидывающийся патрон, шарнирно связанный с нижней контактной системой, и верхний разъемный контактный узел, состоящий из неподвижного контакта, закрепленного одним концом посредством пластинчатой пружины и контактного выступа патрона, находящихся в соприкосновении при помощи замка, управляемого рычагом, шарнирно закрепленным в верхней части патрона, неподвижный контакт выполнен в виде двух пластин, расположенных параллельно с зазором по всей длине и имеющих гофр, смещенный от свободного конца пластин с выпуклостью, направленной вниз, и общим отверстием, образованным в месте расположения гофров путем расширения указанного зазора, при этом в качестве контактного выступа использована верхняя торцевая поверхность патрона, а в качестве замка использован цилиндрический выступ, расположенный в центре торцевой поверхности, и общее отверстие. Кроме того, в неподвижном контакте использована цилиндрическая пружина с регулируемым усилием; цилиндрический выступ выполнен двухступенчатым, меньший диаметр которого не превышает ширины зазора между пластинами и расположен над большим диаметром; зазор между пластинами со стороны их свободного конца имеет расширенный участок, образованный путем выполнения скосов; свободный конец пластин приподнят кверху и выполнен таким образом, что он является продолжением образующей гофра.

Выполнение неподвижного контакта в виде двух пластин увеличивает количество точек контактирования за счет возможности самоустановки каждого в отдельности контакта, а наличие гофра на каждой пластине увеличивает удельное контактное нажатие и однозначно определяет контактную площадку, состояние которой легко визуально проверить при эксплуатационных осмотрах. Расположение гофра на пластине на некотором удалении от свободного конца исключает появление следов горения дуги на контактной поверхности, так как дуга будет загораться на свободном конце пластины. Величина удаления гофра от свободного конца в каждом конкретном случае определяется только конструктивными особенностями, т. е. расстояние от свободного конца пластин до подвижного цилиндрического выступа при их сближении всегда должно быть меньше, чем до контактной поверхности гофра. Окончательные размеры определяются при проведении исследований.

Использование верхней торцевой поверхности патрона в качестве контактной поверхности и расположение на ней цилиндрического выступа исключает повреждение ее от действия дуги, так как дуга будет загораться на выступающей части, т.е. на цилиндрическом выступе, который всегда будет ближе к свободному концу пластин.

Отверстие, образованное за счет расширения зазора между пластинами и расположенное по оси гофров, вместе с цилиндрическим выступом надежно фиксирует патрон во включенном положении, так как выступ находится в отверстии.

Так как контактная поверхность патрона расположена ниже пластин, то гофры выполнены выпуклостью вниз.

Для исключения затирания пластин при самоустановке в процессе включения и отключения между ними имеется зазор по всей длине.

В процессе включения патрона первоначально соприкасаются свободный конец пластин и цилиндрический выступ, далее происходит скольжение выступа по пластинам с одновременным отгибанием пластин вверх и, только достигнув отверстия гофров, происходит включение (обе пластины соскакивают с выступа и соприкасаются с торцевой поверхностью патрона). При этом контактные поверхности гофров и торцевой площадки патрона не подвергаются трению друг о друга и поэтому срок работы высокопроводящего патрона значительно увеличивается, а значит, и надежность предохранителя-разъединителя повышается.

В процессе автоматического отключения после перегорания плавкой вставки срабатывает механизм откидывания патрона и патрон оседает вниз. При этом цилиндрический выступ беспрепятственно выходит из отверстия гофров и откидывается под действием силы тяжести патрона. Эта сила всегда присутствует из-за установки патрона в наклонном положении (под некоторым углом к вертикали). Иначе говоря, взаимодействие отверстия и выступа исключает возможность неотключения патрона и тем самым повышает надежность работы аппарата.

При использовании пластинчатой пружины для создания контактного нажатия могут возникнуть трудности регулировки ее усилия. С этой целью предлагается дополнительная цилиндрическая пружина, усилие которой легко регулируется завинчиванием или отвинчиванием гаек на стягивающем болте. В принципе эта пружина может использоваться и для создания контактного нажатия, а пластинчатая только для удержания контактных пластин.

Наличие второго цилиндрического выступа меньшего диаметра позволяет облегчить процесс включения патрона тем, что он, скользя в зазоре между пластинами, центрирует основной выступ и тем самым делает соприкосновение контактов однозначным, без перекосов. Кроме того, наличие скосов (расширенного зазора) на конце пластин исключает перекос патрона при включении за счет скольжения выступа меньшего диаметра сначала по скосам и дальнейшего его обязательного попадания в зазор между пластинами.

Выполнение свободного конца пластин продолжением образующей гофра делает их приподнятыми кверху и тем самым облегчает заход и отгибание пластин цилиндрическим выступом в процессе включения в первый момент соприкосновения патрона с пластинами.

На фиг. 1 изображен вид сбоку полюса предохранителя-разъединителя во включенном положении, где тонкими линиями показано отключенное положение (откинутое положение патрона); на фиг. 2 - вид сбоку верхнего разъемного контактного узла, где пунктиром показано начальное положение патрона и пластин при их соприкосновении в процессе включения; на фиг. 3 - вид сверху на верхний разъемный контактный узел; на фиг. 4 - частичный разрез устройства регулировки усилия контактного нажатия.

Предохранитель-разъединитель (фиг. 1) содержит крепежную арматуру 1, изолятор 2, верхний разъемный контактный узел 3, патрон 4, шарнирно закрепленный в нижней контактной системе 5. Нижняя контактная система имеет механизм откидывания 6 и буфер 7. Патрон 4 в верхней части имеет оголовник 8 с выхлопным патрубком 9, управляемым рычагом 10 и контактным выступом 11, выполненным в виде накидной гайки.

Предохранитель-разъединитель имеет контактные выводы 12 и 13 для подсоединения к линии электропередачи и антигололедный кожух 14.

Верхний разъемный контактный узел (фиг. 2, 3 и 4) служит для создания контактного нажатия разъемного контакта между патроном 4 и контактным выводом 12, а также для возможности выполнения операций включения и отключения с помощью оперативной штанги. Он закрепляется на верхнем конце изолятора 2 при помощи хомута 15 и гаек 16.

Узел содержит опорный кронштейн, состоящий из двух боковых пластин 17, верхней поперечины 18 и торцевой поперечины 19. На верхней поперечине 18 с помощью болтов 20 закреплена пластинчатая пружина 21, которая соединена при помощи болтов 22 с двумя контактными пластинами 23, которые через гибкий проводник 24 соединены с выводным контактом 12.

В области контактирования с торцевой поверхностью 25 контактной гайки 11 контактные пластины 23 имеют V- образный гофр 26 выпуклостью вниз и квадратурное отверстие 27, выполненное за счет расширения зазора 28 между этими пластинами. Со стороны свободного конца 29 пластин 23 имеется расширенный участок зазора, образованный при помощи скосов 30, а сам конец выполнен в виде продолжения образующей гофра 26.

Для исключения механического повреждения контактных пластин 23 при выхлопе из бокового патрубка 9 в процессе отключения больших аварийных токов служит упор 31, который закреплен в опорном кронштейне.

Контактная пластина 23 создает контактное нажатие на торцевую поверхность 25 при помощи пружины 32, усилие которой передается посредством П-образной скобы 33. Регулировка усилия осуществляется путем завинчивания или отвинчивания гаек 34.

Накидная гайка 11 в центре торцевой поверхности 25 имеет двухступенчатый цилиндрический выступ 35 и 36, больший диаметр которого служит для фиксации патрона 4 во включенном положении в отверстии 27 пластин 23, а меньший диаметр - для центрового патрона 4 в процессе включения за счет скольжения выступа 36 в зазоре 28.

Контактные пластины 23 в области гофров 26 и торцевая поверхность 26 имеют высокопроводящее покрытие (например, серебряное).

На фиг. 1 предохранитель-разъединитель показан во включенном положении. Ток от источника энергии проходит от верхнего контактного вывода 12 через гибкий проводник 24 и контактные пластины 23, от которых ток проходит к торцевой поверхности 25, далее через патрон 4 и нижнюю контактную систему 5 к нижнему контактному выводу 13.

При возникновении короткого замыкания или перегрузочного тока плавится плавкая вставка (на фиг. не показана) и в результате работы механизма откидывания патрон 4 получает возможность осесть вниз, тем самым способствуя выходу выступа 35 из отверстия 27. Под действием силы тяжести патрона 4 (патрон всегда находится в наклонном положении) происходит его поворот в нижней контактной системе до соприкосновения с буфером 7. Откинутое положение патрона 4 показано в тонких линиях. Отключение намагничивающего тока холостого трансформатора и зарядного тока холостой линии электропередачи (режим разъединителя) производится следующим образом.

Оперативной штангой производится рывковое движение вниз за управляемый рычаг 10, при этом происходит поворот его вокруг оси 37, а плечо 38 производит отжим пластин 23 вверх. Благодаря этому выступ 35 получает возможность выхода из отверстия 27 и под действием импульса силы оператора и собственного веса патрон 4 совершает вращательное движение до откинутого положения.

Появляющаяся электрическая дуга на свободном конце 29 и выступе 36 растягивается и гасится. При этом контактная торцевая поверхность патрона 25 и гофров 26 не повреждается.

Включение также производят с помощью оперативной штанги, усилие которой прикладывается вверх, при этом на расстоянии 150 - 200 мм до соприкосновения выступа 35 со свободным концом 29 пластин 23 производят резкий толчок. Благодаря этому пластины 23 торцевой поверхностью выступа 35 отжимаются вверх, а сам выступ переваливается в отверстие 27 (должен быть щелчок за счет удара подпружиненных пластин 23 о торцевую поверхность 25), что является окончанием процесса включения патрона 4.

Возникающая электрическая дуга в результате предварительного пробоя всегда возникает на выступе 36 и свободном конце 29, благодаря чему контактные поверхности гофров 26 и накидной гайки 11 не повреждаются. Кроме того, на этих поверхностях отсутствует скольжение, что также способствует сохранению указанных контактных поверхностей.

Испытания опытного образца предохранителя-разъединителя ПРВТ-10 на напряжение 10 кВ как в режиме отключения аварийных токов, так и в режиме разъединителя с помощью оперативной штанги показали высокую надежность верхнего разъемного контактного узла, выразившуюся в том, что контактные поверхности гофров 26 и торцевой поверхности 25 на протяжении всех испытаний оставались неповрежденными.

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению и касается конструкции предохранителей-разъединителей, совмещающих в себе дополнительно функцию разъединителя. Предохранитель-разъединитель содержит откидывающийся патрон, верхний разъемный контактный узел, неподвижный контакт которого выполнен в виде двух пластин, расположенных параллельно с зазором по всей длине и имеющих гофр с выпуклостью, направленной вниз, и с общим отверстием. В качестве подвижного контакта использована торцевая поверхность патрона. Технический результат - повышение надежности работы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Предохранитель-разъединитель, содержащий откидывающийся патрон, шарнирно связанный с нижней контактной системой, и верхний разъемный контактный узел, состоящий из неподвижного контакта, закрепленного одним концом посредством пластинчатой пружины, и контактного выступа патрона, находящихся в соприкосновении при помощи замка, управляемого рычагом, шарнирно закрепленным в верхней части патрона, отличающийся тем, что неподвижный контакт выполнен в виде двух пластин, расположенных параллельно с зазором по всей длине и имеющих гофр, смещенный от свободного конца пластин, с выпуклостью, направленной вниз, и общим отверстием, образованным в месте расположения гофр путем расширения указанного зазора, при этом в качестве контактного выступа использована верхняя торцевая поверхность патрона, а в качестве замка использован цилиндрический выступ, расположенный в центре торцевой поверхности, и общее отверстие. 2. Предохранитель-разъединитель по п.1, отличающийся тем, что в неподвижном контакте использована цилиндрическая пружина с регулируемым усилием. 3. Предохранитель-разъединитель по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический выступ выполнен двухступенчатым, меньший диаметр не превышает ширины зазора между пластинами и расположен над большим диаметром. 4. Предохранитель-разъединитель по п.1, отличающийся тем, что зазор между пластинами со стороны их свободного конца имеет расширенный участок, образованный путем выполнения скосов. 5. Предохранитель-разъединитель по п.1, отличающийся тем, что свободный конец пластин выполнен так, что он является продолжением образующей гофра.