ГОРИЗОНТАЛЬНО-ПОВОРОТНЫЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H01H31/20 

Изобретение относится к электротехнике (высоковольтным электрическим коммутационным аппаратам), в частности к разъединителям горизонтально-поворотного типа, предназначенным для коммутации электрических цепей без тока и для создания видимого разрыва в воздухе, отделяющего выводимое в ремонт оборудование от участка сети и другого оборудования, находящегося под напряжением в целях безопасного производства работ, а также для отключения тока холостого хода трансформаторов и токов небольших нагрузок и для заземления отключенных участков при помощи заземляющих ножей.

Известны разъединители горизонтально-поворотные, движение ножа которых происходит в плоскости, перпендикулярной осям опорных изоляторов (Г.Н.Александров. Электрические аппараты высокого напряжения. Ленинград.: Энергоатомиздат, 1989. Гл. 8, стр. 159). Различаются конструкции с двумя полуножами (типопредставитель РНД), с одним ножом (типопредставитель РЛНД), с центральной поворотной колонкой. Конструкции с двумя полуножами допускают меньшее расстояние между соседними фазами, чем с одним ножом. Однако контактное соединение полюса при этом оказывается не зафиксированным на опорной изоляции. Это требует применения достаточно мощных контактных пружин и специальных устройств, фиксирующих контактное соединение. Разъединители с центральной поворотной колонкой позволяют избежать этого недостатка, но неравномерное распределение напряжения по двум последовательным разрывам вызывает необходимость увеличения суммарного изоляционного расстояния по сравнению с одноразрывной конструкцией. Основными элементами разъединителя каждого типа являются: токоведущая система, подвижные и неподвижные контакты, контактные пружины, контактные выводы для подсоединения подводящих проводов; механизм управления, обеспечивающий механическое перемещение подвижного контакта; опорные изоляторы.

Известный горизонтально-поворотный разъединитель типа РЛНД (ТУ 16-520.151-83) является наиболее близким к предлагаемому разъединителю по принципу действия и функциональному назначению. Разъединитель имеет стальную раму, на которой смонтированы три полюса с общим механизмом управления. Каждый полюс состоит из опорных изоляторов (фарфоровых) - подвижного и неподвижного, на которых смонтирована токоведущая система. Полюс также содержит заземляющее устройство. Токоведущая система состоит из главных ножей - подвижного и неподвижного, контактного устройства, контактных выводов. Подвижный нож жестко закреплен в верхней части подвижного изолятора и поворачивается вместе с ним. Нож медный пластинчатого типа - в зависимости от модификации укреплен профильным материалом (стальным уголком или швеллером). Поворот изолятора относительно собственной геометрической оси на 90^o осуществляется посредством рычага, приваренного к валу, который вставлен в опорный подшипник на раме. Рычаги поворотных изоляторов соединяются междуполюсной тягой, которой обеспечивается одновременный поворот изоляторов всех трех полюсов при включении или отключении разъединителя. Неподвижный нож, в контактное устройство которого врубается подвижный нож, закреплен в верхней части неподвижного изолятора, контактное устройство имеет коммутирующие контакты, состоящие из нескольких пар медных ламелей, закрепленных на пластине ножа посредством стального фиксирующего стержня. Поверх ламелей наложены стальные пластины, образующие магнитный замок. Ламели прижимаются к пластине ножа с помощью контактной пружины. Заземляющее устройство каждого полюса состоит из ножа и неподвижного контакта. Управление разъединителем осуществляется приводом.

Этому разъединителю, выбранному за прототип, присущи недостатки:
1. Токоведущая система с контактным устройством сложна и нетехнологична, требует высокой тщательности и точности при сборке для обеспечения надежного контактного соединения подвижного и неподвижного ножей. Во избежание снижения контактного давления при критических токах, что приводит к резкому увеличению переходного сопротивления и перегреву контактов, конструкция магнитного замка должна быть достаточно надежной. В данной конструкции это привело к увеличению материалоемкости, трудоемкости при сборке и удорожанию разъединителя.

Кроме того, конструкция контактного устройства не защищена от случайных механических воздействий, в условиях обледенения ненадежна - устройство требует дополнительного скалывания льда для возможности оперирования.

2. Поворотный изолятор не разгружен от воздействия нагрузки от тяжения проводов, давления ветра, электродинамических усилий вследствие того, что контактные выводы для подсоединения подводящих проводов жестко соединены с изолятором. Это принуждает применять изоляторы с достаточной механической прочностью, а это, как правило, приводит к увеличению массообъемных характеристик не только самого изолятора, но и разъединителя, и кроме того приводит к увеличению усилия при оперировании, что усложняет конструкцию привода.

3. Опорные подшипники валов подвижных изоляторов конструктивно сложны и нетехнологичны, т. к. вследствие причин, указанных выше, они также не разгружены от действия изгибающих сил.

4. Фарфоровые изоляторы, используемые в конструкции разъединителя обладают значительной материалоемкостью, большими габаритами, недостаточной механической прочностью и низкими влагоразрядными характеристиками.

5. Отсутствие регулировки заземляющих ножей, что увеличивает трудоемкость сборки, а также может привести к снижению надежности контактирования и, как результат, недостаточная безопасность обслуживающего персонала.

Цель изобретения - повышение коммутационных характеристик, упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик и уменьшение издержек, повышение надежности, долговечности и безопасности разъединителя в эксплуатации, за счет устранения указанных выше недостатков известного решения и применения конструктивных решений, указанных ниже.

Достижение поставленной цели осуществляется следующими средствами. Токоведущая система разъединителя выполнена с двумя подвижными параллельными контактными ножами. Во включенном положении ножи охватывают неподвижный фазный контакт. Электрический ток протекает по контактным ножам в одном направлении. Система с двумя параллельными проводниками, при протекании по ним электрического тока одного направления создает электродинамическое усилие, притягивающее проводники к друг другу. При критических токах (токах к.з.), это усилие достигает большой величины, пропорциональной квадрату тока. Контактное давление между подвижными и неподвижными контактами резко возрастает, тем самым увеличивая жесткость токоведущей системы и предотвращая ее механическое разрушение. Переходное сопротивление между контактами остается неизменным, что увеличивает надежность и долговечность разъединителя. Кроме того, раздвоение пути тока способствует снижению вероятности дугообразования при коммутации зарядных токов линии и холостого хода трансформатора. В условиях нормальной эксплуатации ток, протекая по ножам, не создает дополнительного усилия между ними и контактное давление между подвижными и неподвижными контактами обеспечивается пружиной, расположенной между параллельными контактными ножами, что дополнительно придает компактность системе и надежность - пружина не подвержена случайным механическим воздействиям, защищена от климатических воздействий, предотвращена вероятность отказов системы в работе в условиях обледенения. Подвижные контактные ножи соединены между собой токоведущей и крепежной втулками. Токоведущая втулка представляет собой алюминиевую трубу определенного сечения. Это наиболее экономичное по условиям пропускной способности тока и механической прочности конструктивное решение. Применение такой конструкции обеспечивает наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и наилучшие условия охлаждения. На крепежной втулке шарнирно закреплен токосъемник. Токосъемник имеет контактный вывод для подсоединения подводящих проводников. Вследствие такого способа закрепления токосъемника, он механически "развязан" с опорным изолятором, т.е. при оперировании (включение - отключение) контактные ножи поворачиваются вместе с изолятором, а токосъемник с подводящими проводниками остается на месте. В результате на изолятор не передается нагрузка от тяжения проводов, давления ветра и электродинамических усилий. Разгружены и опоры валов изоляторов. Это позволило упростить конструкцию опорных подшипников. Подшипники выполнены в виде латунных втулок, развальцованных в опорах П-образной формы, выполненных из листового проката. Опора и подшипник вала привода заземляющих ножей аналогична описанной. В результате этого повышается надежность в работе, уменьшаются массогабаритные характеристики разъединителя и номенклатура деталей, уменьшаются издержки производства, связанные с обработкой на токарных и фрезерных станках, снижается усилие при оперировании, упрощается конструкция привода.

В разъединителе, в качестве опорной изоляции, применены полимерные изоляторы типа ИПС (материал изоляции - кремнийорганическая резина или композиция полиофелина). Они обладают высокими механическими и электрическими свойствами, малой массой, низкой ценой, высокой надежностью, долговечны.

В разъединителе предусмотрена регулировка заземляющих ножей за счет выполнения в них отверстий под стяжные болты в виде пазов. Этим обеспечивается точность сопряжения заземляющего ножа с губками контактов привода заземляющих ножей при заземлении контактных ножей. Кроме того, предусмотрена регулировка фазного неподвижного контакта. Регулировка осуществляется также за счет выполнения отверстий под стяжные болты в виде пазов в уголке, который жестко крепится к фланцу опорного изолятора. Этим обеспечивается точность сопряжения с подвижными контактными ножами, снижается трудоемкость при сборке, повышается надежность и безопасность при обслуживании.

На фиг. 1 дан общий вид разъединителя во включенном положении;
на фиг. 2 - общий вид разъединителя в отключенном положении;
на фиг. 3 - токоведущая система;
на фиг. 4 - опоры подвижного изолятора и вала привода заземляющих ножей с опорными подшипниками;
на фиг. 5 - элемент регулировки заземляющих ножей;
на фиг. 6 - элемент регулировки фазного неподвижного контакта.

Исполнительные элементы разъединителя монтируются на стальной раме 1. Токоведущая система (фиг. 3) состоит из неподвижных фазных контактов 2 и подвижных контактных ножей: верхнего 3 и нижнего 4, расположенных параллельно друг другу. Подвижные контактные ножи соединены между собой токоведущей 5 и крепежной 6 втулками. Контактное нажатие обеспечивает устройство, состоящее из пружины 7, надетой на ось 8. Пружина 7 и ось 8 размещены внутри стойки 9, расположенной между подвижными контактными ножами и закрепленной на верхнем контактном ноже 3. Регулировка контактного нажатия осуществляется гайкой 10. На крепежной втулке 6 шарнирно закреплен посредством кронштейна 11 П-образной формы токосъемник 12, соединенный с токоведущей втулкой 5 и верхним контактным ножом 3 гибким медным проводником 13. Токосъемник 12 имеет вывод 14 для подсоединения подводящих проводников. Подсоединение подводящих проводников к неподвижному фазному контакту 2 осуществляется непосредственно. Неподвижные фазные контакты закреплены посредством уголков 15 на верхних фланцах изоляторов 16, которые жестко установлены на раме 1. С другой стороны рамы, на рычагах 17, связанных между собой общей тягой 18, установлены изоляторы 16 с жестко закрепленными на них подвижными контактными ножами 4. Рычаг 17 снабжен валом 19 и установлен в шарнирной опоре 20 рамы 1. Роль шарнирного подшипника выполняют латунные втулки 21, развальцованные в опоре 20. В среднем полюсе вал 19 соединен с ручным приводом 22 через втулку 23.

На подвижном контактном ноже 4, между ними и изолятором установлен заземляющий нож 24. На раме 1 установлены упоры 25 с болтами 26. Упоры 25 предназначены для ограничения угла поворота рычагов 17. На раме 1, со стороны крепления подвижных контактных ножей, шарнирно установлен привод заземляющих ножей 27, представляющий собой стальную трубу 28 с установленными на ней контактами врубного типа 29. На приводе установлена тяга 30, жестко соединенная с валом 31, который соединен с ручным приводом 22 через втулку 23. Вал 31 установлен в шарнирной опоре 20 рамы 1. Заземляющие ножи заземлены через раму 1 посредством гибкого медного проводника 32. Рама 1 имеет болт 33 для заземления.

Разъединитель работает следующим образом. Оперирование разъединителем осуществляется ручным приводом 22, общим для контактных и заземляющих ножей. Конструктивно привод выполнен с блокирующим устройством, что допускает оперирование контактными ножами только в случае отключенного положения заземляющих ножей, и наоборот, при оперировании заземляющими ножами, контактные ножи отключены. Возможно применение привода других типов, используемых для оперирования разъединителями горизонтально-поворотного типа. При включении подвижные изоляторы вращаются вокруг собственной геометрической оси одновременно так, что закрепленные на них контактные ножи поворачиваются в одну и ту же сторону на угол 90^o. Поворот происходит в горизонтальной плоскости, параллельной основанию. Средний полюс является ведущим, крайние полюсы ведомыми. Полюсы разъединителя связаны между собой рычажной системой с общей тягой 18, с помощью которой осуществляется одновременность вращения изоляторов. Поворачиваясь на угол 90^o, контактные ножи входят во взаимодействие с неподвижным фазным контактом 2, охватывая его, т.е. фазный контакт находится между верхним 3 и нижним 4 контактными ножами. Разъединитель включен и готов к работе. Заземляющие ножи во включенном положении разъединителя находятся под углом к вертикальной плоскости (фиг. 1). При отключении разъединителя контактные ножи возвращаются в исходное положение, поворачиваясь также на угол 90^o до упора 25. Точность установки ножей на угол 90^o регулируется болтом 26. Включают заземляющие ножи. При включении они поворачиваются в вертикальной плоскости и занимают вертикальное положение. При этом контакты 29 на конце заземляющих ножей соединяются с заземляющим ножом 24, расположенным на контактных ножах. Разъединитель отключен (фиг. 2).

Разъединители - самые распространенные аппараты в РУ высокого напряжения. Поэтому весьма важными их характеристиками являются занимаемая площадь и объем, простота обслуживания, удобство проведения ремонтных и монтажных работ. Они должны обладать высокой надежностью, поскольку число их операций в течение года эксплуатации может достигать несколько сот и более в зависимости от схемы соединения РУ, а их повреждение может привести к серьезным авариям и нарушению схемы электроснабжения. Предлагаемый разъединитель в полной мере отвечает вышеприведенным требованиям. Так, заложенные в конструкции решения позволяют создать малогабаритный, малой массы электрический аппарат. По сравнению с прототипом масса может быть снижена на 45-50%. Применение полимерных изоляторов при некотором увеличении (на 15-20%) массы предлагаемого разъединителя позволяет увеличить класс напряжения на 4-5 порядков по сравнению с прототипом. Надежность токоведущей системы позволяет увеличить количество коммутационных циклов (операций включения - отключения) в 2-3 раза. Эти факторы, а также усовершенствованная система токосъемника, конструкция опорных узлов, наличие регулировки контактных и заземляющих ножей позволяют создать весьма экономичный и надежный аппарат.

Изобретение относится к высоковольтным электрическим коммутационным аппаратам, предназначенным для коммутации электрических цепей без тока и для создания видимого разрыва в воздухе. Горизонтально-поворотный разъединитель содержит раму с изоляторами, неподвижным и поворотным, и механизмом управления рычажного типа, привод для управления механизмом, токоведущую систему с контактными ножами, токосъемник с контактным выводом для подсоединения подводящих проводников. Технический результат - повышение коммутационных характеристик, уменьшение массогабаритных характеристик, уменьшение издержек, повышение надежности и безопасности в эксплуатации. Это достигается тем, что токоведущая система выполнена в виде двух подвижных параллельных контактных ножей, соединенных токоведущей и крепежной втулками, и неподвижного фазного контакта. Концы ножей взаимодействуют с неподвижным фазным контактом, охватывая его, причем пружина, обеспечивающая контактное нажатие, размещена на стержне внутри стойки, расположенной между ножами и закрепленной на верхнем ноже, а токосъемник с контактным выводом для подсоединения подводящих проводников шарнирно закреплен между ножами на указанной крепежной втулке посредством кронштейна П-образной формы, имеющего отверстия, и соединен с токоведущей втулкой и верхним ножом гибким проводником. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Горизонтально-поворотный разъединитель, содержащий раму с изоляторами, неподвижным и поворотным, и механизмом управления рычажного типа, привод для управления указанным механизмом, токоведущую систему с контактными ножами, токосъемник с контактным выводом для подсоединения подводящих проводников, пружину, обеспечивающую контактное нажатие, и заземляющие ножи, отличающийся тем, что токоведущая система выполнена в виде неподвижного фазного контакта и двух подвижных параллельных контактных ножей, верхнего и нижнего, соединенных токоведущей и крепежной втулками кольцевого сечения и закрепленных на указанном поворотном изоляторе, шарнирно связанном с рычажной системой механизма управления, причем противоположные концы подвижных параллельных контактных ножей взаимодействуют с указанным неподвижным фазным контактом, охватывая его, пружина, обеспечивающая контактное нажатие, размещена на стержне внутри стойки, расположенной между параллельными контактными ножами и закрепленной на верхнем контактном ноже, а токосъемник с контактным выводом для подсоединения подводящих проводников шарнирно закреплен между параллельными контактными ножами на указанной крепежной втулке посредством кронштейна П-образной формы, имеющего отверстия, и соединен с токоведущей втулкой и верхним токоведущим контактным ножом гибким проводником. 2. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что опора вала изолятора и вала привода заземляющих ножей выполнена в виде скобы П-образной формы из листового проката с отверстиями, в которые жестко установлены втулки. 3. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что заземляющий нож и уголок для крепления фазного контакта выполнены с отверстиями под стяжные болты в виде пазов. 4. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что изоляторы выполнены из полимерных материалов.