ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЗОЧНЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ СТУПЕНЧАТЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ДЛЯ НАГРУЗОЧНЫХ СЕЛЕКТОРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК H01H9/00 H01F29/04 

Изобретение относится к переключающему устройству для нагрузочных переключателей и нагрузочных селекторов согласно отличительной части независимых пп. 1 и 4 формулы.

Родовое переключающее устройство уже известно из международной заявки WO 94/02955. Это известное переключающее устройство содержит по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с одного неподвижного ступенчатого контакта на другой. При этом один из коммутационных контактов в качестве главного коммутационного контакта выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, а другой коммутационный контакт в качестве резистивного коммутационного контакта, последовательно включенный с промежуточным резистором, также выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением. Оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии.

Это известное переключающее устройство пригодно, однако, лишь для нагрузочных селекторов. Кроме того, у этого известного переключающего устройства наблюдается высокая коммутационная нагрузка, которая делает необходимыми дополнительные меры, выходящие за пределы механического аварийного коммутационного участка с тем, чтобы, несмотря на незначительность статистической вероятности выхода из строя вакуумных электронно-лучевых переключателей, обеспечить достаточную надежность.

У известного переключающего устройства из-за возникающих в нем коммутационных нагрузок требуется предусмотреть в нагрузочной ветви последовательную схему из двух вакуумных электронно-лучевых переключателей, целесообразно приводимых в действие одновременно. Это повышает, с одной стороны, схемные затраты, а с другой стороны, требует также дополнительных механических средств для одновременного приведения в действие обоих вакуумных электронно-лучевых переключателей.

Другое переключающее устройство известно из заявки ФРГ N 2520670. Это известное переключающее устройство содержит по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с первого неподвижного ступенчатого контакта на другой, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, при этом резистивный коммутационный контакт последовательно включен с промежуточным резистором и выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением, причем оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии.

Это известное переключающее устройство имеет несколько недостатков. Во-первых, оно неизбежно требует механического переключающего контакта; вакуумные переключатели, которые особенно предпочтительны из-за отсутствия на них обгорания и вследствие этого отсутствия загрязнения окружающей их среды, а также из-за достигаемого ими высокого числа переключений, не могут использоваться в этом известном переключающем устройстве.

Во-вторых, у известного переключающего устройства коммутационные контакты в зависимости от направления коммутации меняют свою механическую функцию с опережающей на догоняющую или наоборот; процесс коммутации изменяется с направления коммутации. Поэтому оба коммутационных контакта должны приводиться в действие аккумулятором энергии одновременно, и дополнительно аккумулятор энергии должен приводить в действие механический размыкающий контакт, обеспечивающий соединение с нагрузочным ответвлением, так что, в целом, возникает сложная кинематика с неизбежным механическим усложнением аккумулятора энергии.

В основе изобретения лежит задача создания переключающего устройства описанного выше рода, которое может использоваться также для нагрузочных переключателей, обеспечивает использование вакуумных переключателей в главной и резистивной ветвях, и с помощью которого можно достичь минимально возможной коммутационной нагрузки.

Поставленная задача решается тем, что в переключающем устройстве для нагрузочных переключателей ступенчатых выключателей и для нагрузочных селекторов, содержащем по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с первого неподвижного ступенчатого контакта на другой, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, при этом резистивный коммутационный контакт последовательно включен с промежуточным резистором, выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением, причем оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии, согласно изобретению резистивный коммутационный контакт выполнен с возможностью переключения посредством скачкообразного срабатывания аккумулятора энергии, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью достижения нового неподвижного ступенчатого контакта, прежде чем резистивный коммутационный контакт покинет прежний неподвижный ступенчатый контакт, при этом резистивный коммутационный контакт выполнен с возможностью перемещения скачкообразно таким образом, что аккумулятор энергии, действующий двухступенчато, сначала приводит в действие главный коммутационный контакт, а затем с задержкой по времени резистивный коммутационный контакт.

В переключающем устройстве согласно изобретению главный и резистивный коммутационные контакты могут быть установлены с возможностью вращения на одной оси, при этом неподвижные ступенчатые контакты могут быть расположены соответственно в осевом и/или радиальном направлении с возможностью коммутации обоими коммутационными контактами независимо друг от друга.

В переключающем устройстве согласно изобретению главный и резистивный коммутационные контакты могут быть установлены линейно независимо друг от друга с возможностью коммутации обоими всех неподвижных ступенчатых контактов независимо друг от друга.

Поставленная задача решается также тем, чтобы в переключающем устройстве для нагрузочных переключателей ступенчатых выключателей и для нагрузочных селекторов, содержащем по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с первого неподвижного ступенчатого контакта на другой, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, при этом резистивный коммутационный контакт последовательно включен с промежуточным резистором и выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением, причем оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии, согласно изобретению главный и резистивный коммутационные контакты состоят соответственно из двух приводимых в действие в соединении друг с другом отдельных размыкающих контактов, причем соответственно один отдельный размыкающий контакт как главного, так и резистивного коммутационных контактов электрически соединен с первым неподвижным ступенчатым контактом, а соответственно другой отдельный размыкающий контакт как главного, так и резистивного коммутационных контактов электрически соединен со вторым неподвижным ступенчатым контактом.

В переключающем устройстве согласно изобретению отдельные размыкающие контакты главного коммутационного контакта могут быть выполнены с возможностью коммутации первым переключателем, а отдельные размыкающие контакты резистивного коммутационного контакта могут быть выполнены с возможностью коммутации вторым переключателем.

Особенно предпочтительным в переключающем устройстве согласно изобретению является то, что с его помощью достигается минимально возможная коммутационная нагрузка. Благодаря этому можно в качестве предохранительного устройства против возможного и статистически непредсказуемого выхода из строя вакуумного переключателя предусмотреть механический сериесный аварийный коммутационный участок, который к тому же существует при использовании переключающего устройства согласно изобретению для нагрузочного селектора и который особенно простым образом можно контролировать посредством известного оптоэлектронного наблюдения за световой дугой со срабатыванием силового выключателя в аварийной ситуации.

Далее за счет небольшой коммутационной нагрузки переключающего устройства согласно изобретению его конструкция может содержать меньшие и соответственно дешевые вакуумные переключатели.

Особенно предпочтительным у переключающего устройства согласно изобретению является то, что за счет раздельного приведения в действие главного коммутационного контакта, с одной стороны, и резистивного коммутационного контакта, с другой стороны, возникает большой ход контактов, что имеет большое значение в отношении расстояния между контактными элементами и тем самым достигаемой электрической прочности, а также в отношении восстановления напряжения при использовании аварийного коммутационного участка. Характерным для переключающего устройства согласно изобретению является то, что независимо от направления коммутации и тем самым от направления вращения привода главный коммутационный контакт при скачкообразном срабатывании всегда опережает.

Из патента ФРГ N 756435 принципиально уже известно, что при изменении направления движения контактов ступенчатого селектора присоединенный к промежуточному резистору контакт селектора "обгоняет" другой контакт, однако у этого известного решения оба контакта ступенчатого селектора, т.е. щетки селектора, механически связаны между собой и с приводом; "обгон" происходит либо механически за счет нейтральной передачи приводного механизма, либо электрически за счет двух дополнительных переключателей, которые меняют соответствие контактов ступенчатого селектора при реверсировании направления вращения. У переключающего устройства согласно изобретению, напротив, обе контактные щетки движутся совершенно независимо друг от друга: главный коммутационный контакт скачкообразно движется за счет срабатывания аккумулятора энергии к новому неподвижному контакту, а резистивный коммутационный контакт следует за ним с произвольно выбираемой скоростью.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображено:
- фиг. 1 - первое переключающее устройство согласно изобретению как часть нагрузочного переключателя;
- фиг. 2 - первое переключающее устройство согласно изобретению как часть нагрузочного селектора;
- фиг. 3 - необходимые шаги переключения первого переключающего устройства с одной ступени напряжения на другую;
- фиг. 4 - для первого переключающего устройства диаграмма многоразового ступенчатого переключения;
- фиг. 5 - второе переключающее устройство как часть нагрузочного переключателя;
- фиг. 6 - необходимые шаги переключения второго переключающего устройства с одной ступени напряжения на другую;
- фиг. 7 - третье переключающее устройство как часть нагрузочного переключателя;
- фиг. 8 - необходимые шаги переключения третьего переключающего устройства с одной ступени напряжения на другую и обратно;
- фиг. 9 - для третьего переключающего устройства соответствующая диаграмма переключения.

Циклы коммутации первого переключающего устройства согласно изобретению независимо от того, действует ли оно как часть нагрузочного переключателя или как часть нагрузочного селектора, принципиально одинаковы. Единственное отличие состоит в том, что у нагрузочного селектора в одном и том же направлении, т.е. от n через n+1 к n+2, возможно несколько включений, тогда как у нагрузочного переключателя это электрически то же самое, однако механически каждое переключение происходит только между двумя положениями, т.е. направление коммутации изменяется.

Изображенное на фиг. 1 переключающее устройство содержит неподвижные ступенчатые контакты A, B, которые известным образом через ступенчатый селектор соединены с ответвлениями n, n+1, n+2,... ступенчатой обмотки.

Между неподвижными ступенчатыми контактами A, B действует собственно переключающее устройство. Оно состоит из главного коммутационного контакта SKM, который через первый вакуумный переключатель SKV соединен с нагрузочным ответвлением, и из движущегося независимо от него и без механической связи резистивного коммутационного контакта HKM, который через последовательную схему из второго вакуумного переключателя HKV и промежуточного резистора также соединен с нагрузочным ответвлением. Далее в этом примере выполнения предпочтительно предусмотрены главные контакты DHK_A, DHK_B длительного включения, которые в установившемся режиме проводят нагрузочный ток и тем самым разгружают переключающее устройство.

Для работы переключающего устройства эти контакты длительного включения, однако, необязательны. Нагрузочный ток могут проводить при соответствующем расчете вакуумных переключателей также механический главный коммутационный контакт SKM и последовательно включенный первый вакуумный переключатель SKV, который в стационарном режиме остается замкнутым.

На фиг. 2 первое переключающее устройство изображено как часть нагрузочного селектора. Здесь контакты длительного включения также необязательны; на отличия при приведении в действие переключающего устройства как составной части нагрузочного переключателя и нагрузочного селектора уже указывалось.

На фиг. 3 изображены необходимые шаги переключения первого переключающего устройства с одной ступени напряжения на другую. Эти шаги не зависят от того, происходит ли переключение с более низкой ступени напряжения на более высокую или наоборот. Отдельные шаги обозначены цифрами 1-11.

Шаг 1: исходное положение; DHK_A проводит нагрузочный ток.

Шаг 2: DHK_A разомкнут, главный коммутационный контакт SKM и первый вакуумный переключатель SKV проводят нагрузочный ток.

Шаг 3: первый вакуумный переключатель SKV разомкнут: нагрузочный ток течет через резистивный коммутационный контакт HKM, второй вакуумный переключатель HKV и промежуточный резистор R.

Шаг 4: главный коммутационный контакт SKM быстро покидает после срабатывания аккумулятора энергии неподвижный ступенчатый контакт n или A.

Шаг 5: главный коммутационный контакт SKM достиг нового неподвижного ступенчатого контакта n+1 или В.

Шаг 6: первый вакуумный переключатель SKV замыкается и переключает нагрузочный ток на неподвижный ступенчатый контакт n+1 или B; через замкнутый еще второй вакуумный переключатель HKV и промежуточный резистор R течет только уравнительный ток.

Шаг 7: второй вакуумный переключатель HKV размыкается и прерывает тем самым уравнительный ток.

Шаг 8: резистивный коммутационный контакт HKM покидает неподвижный ступенчатый контакт n или A и повторяет движение главного коммутационного контакта SKM к новому неподвижному ступенчатому контакту n+1 или B.

Шаг 9; резистивный контакт HKM достиг нового неподвижного ступенчатого контакта n+1 или B.

Шаг 10: второй вакуумный переключатель HKV замыкается.

Шаг 11: контакт DHK_B длительного включения замыкается и проводит нагрузочный ток; исходное положение снова достигнуто, и переключающее устройство готово к новому включению.

Видно, что за счет отсутствия суммирования нагрузочного и уравнительного токов коммутационная нагрузка невелика.

На фиг. 4 изображена диаграмма многоразового переключения переключающего устройства согласно фиг. 2 с n на n+1, затем на n+2 и назад на n+1. Эта диаграмма относится также к изображенному на фиг. 1 устройству, у которого, как уже сказано, переключение происходит механически только между обоими неподвижными ступенчатыми контактами A, B.

Видно, что независимо от того, происходит ли переключение на более высокую или более низкую ступень напряжения, главный коммутационный контакт SKM быстро опережает, а резистивный коммутационный контакт HKM быстро догоняет. Требуется, следовательно, быстро приводить в действие главный коммутационный контакт SKM посредством срабатывания аккумулятора усилия пружины или какого-либо иного аккумулятора энергии. Догоняющий резистивный коммутационный контакт HKM может теоретически двигаться также медленно или непрерывно, однако в этом случае изобретение лишилось бы одного из преимуществ, а именно простого контроля вакуумных переключателей посредством механического аварийного коммутационного участка. Это аварийное включение может быть реализовано только при быстром подведении резистивного коммутационного контакта HKM. Это быстрое движение догоняющего резистивного коммутационного контакта HKM возможно посредством состоящего из двух частей аккумулятора энергии или двух связанных между собой аккумуляторов энергии таким образом, что после срабатывания одного из них и движения главного коммутационного контакта SKM с задержкой по времени срабатывает второй аккумулятор энергии, доводящий резистивный коммутационный контакт HKM.

На фиг. 5 изображено второе переключающее устройство согласно изобретению, выполненное специально для нагрузочных переключателей, у которых, как уже сказано, переключение происходит только между обоими неподвижными коммутационными контактами A, B. В особенно предпочтительном варианте изобретения главный SKM и резистивный HKM коммутационные контакты состоят соответственно из двух приводимых в действие в связи между собой отдельных размыкающих контактов SKM_A, SKM_B и HKM_A, HKM_B, причем каждый отдельный размыкающий контакт SKM_A, HKM_A электрически соединен с первым неподвижным ступенчатым контактом A, а каждый отдельный размыкающий контакт SKM_B, HKM_B - с неподвижным ступенчатым контактом B.

В описанном здесь варианте изобретения происходит, следовательно, двойное размыкание; за счет этого простым образом специально у нагрузочных переключателей обеспечивается переключение, для которого требуются только простые прерыватели, контактные перемычки и т.п. в качестве механических коммутационных элементов.

На фиг. 6 изображен процесс переключения. Видно, что соответствующие, постоянно имеющиеся соединения к нагрузочному ответвлению только замыкаются или прерываются отдельными размыкающими контактами.

На фиг. 7 изображена третья форма выполнения переключающегося устройства согласно изобретению, также рассчитанная специально для нагрузочных переключателей, у которых переключение также происходит только между двумя неподвижными ступенчатыми контактами A, B. Описанные выше отдельные размыкающие контакты SKM_A, SKM_B главного коммутационного контакта SKM и отдельные размыкающие контакты HKM_A, HKM_B резистивного коммутационного контакта HKM коммутируются двумя переключателями S1, S2. Переключатель 1 замыкает выборочно отдельный размыкающий контакт SKM_A или SKM_B. При этом происходит, следовательно, двойное размыкание четырьмя отдельными размыкающими контактами, коммутируемыми особенно простым образом только посредством двух переключателей S1, S2.

На фиг. 8 изображен соответствующий процесс переключения с неподвижного ступенчатого контакта A на неподвижный ступенчатый контакт B и обратно. Видно, что также в этой форме выполнения изобретения главный коммутационный контакт достигает нового неподвижного ступенчатого контакта В, т.е. непосредственно соединяет его с нагрузочным ответвлением L, прежде чем резистивный коммутационный контакт покинет неподвижный ступенчатый контакт A, т.е. прервет его прежнее соединение через промежуточный резистор R с нагрузочным ответвлением L.

Далее видно, что у всех описанных форм выполнения изобретения движение или срабатывание главного коммутационного контакта, с одной стороны, и резистивного коммутационного контакта, с другой стороны, происходит без механической связи. В последних формах выполнения, кроме того, можно также предусмотреть дополнительные главные контакты длительного включения, которые в установившихся состояниях пропускают ток длительной нагрузки.

Изобретение касается переключающего устройства для нагрузочных переключателей ступенчатых выключателей и для нагрузочных селекторов, в котором имеются два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях. При этом первый коммутационный контакт выполнен в виде главного коммутационного контакта и соединен посредством первого вакуумного переключателя с нагрузочным ответвлением, а второй коммутационный контакт выполнен в виде резистивного коммутационного контакта и также соединен с нагрузочным ответвлением через последовательно соединенные второй вакуумный переключатель и промежуточный резистор. Как главный, так и резистивный коммутационные контакты выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга и без взаимной связи и влияния, при этом главный коммутационный контакт независимо от направления коммутации достигает нового неподвижного контакта всегда скачкообразно, прежде чем резистивный коммутационный контакт покинет прежний неподвижный контакт. Переключающее устройство обеспечивает использование вакуумных переключателей в главной и резистивной ветвях, и с помощью него можно достичь минимально возможной коммутационной нагрузки. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Переключающее устройство для нагрузочных переключателей ступенчатых выключателей и для нагрузочных селекторов, содержащее по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с первого неподвижного ступенчатого контакта на другой, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, при этом резистивный коммутационный контакт последовательно включен с промежуточным резистором, выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением, причем оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии, отличающееся тем, что резистивный коммутационный контакт выполнен с возможностью переключения посредством скачкообразного срабатывания аккумулятора энергии, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью достижения нового неподвижного ступенчатого контакта, прежде чем резистивный коммутационный контакт покинет прежний неподвижный ступенчатый контакт, при этом резистивный коммутационный контакт выполнен с возможностью перемещения скачкообразно так, что аккумулятор энергии, действующий двухступенчато, сначала приводит в действие главный коммутационный контакт, а затем с задержкой по времени резистивный коммутационный контакт. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что главный и резистивный коммутационные контакты установлены с возможностью вращения на одной оси, при этом неподвижные ступенчатые контакты расположены соответственно в осевом и/или радиальном направлении с возможностью коммутации обоими коммутационными контактами независимо друг от друга. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что главный и резистивный коммутационные контакты установлены линейно независимо друг от друга с возможностью коммутации обоими всех неподвижных ступенчатых контактов независимо друг от друга. 4. Переключающее устройство для нагрузочных переключателей ступенчатых выключателей и для нагрузочных селекторов, содержащее по меньшей мере два неподвижных ступенчатых контакта и два коммутационных контакта, перемещаемых в двух направлениях и переключающих нагрузочное ответвление с первого неподвижного ступенчатого контакта на другой, причем главный коммутационный контакт выполнен с возможностью соединения непосредственно с нагрузочным ответвлением, при этом резистивный коммутационный контакт последовательно включен с промежуточным резистором и выполнен с возможностью соединения с нагрузочным ответвлением, причем оба коммутационных контакта выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга без механической связи и взаимного влияния, причем соединение главного коммутационного контакта с нагрузочным ответвлением происходит посредством двух отдельных и отдельно срабатывающих вакуумных переключателей, при этом главный коммутационный контакт выполнен с возможностью срабатывания непосредственно и скачкообразно посредством аккумулятора энергии, отличающееся тем, что главный и резистивный коммутационные контакты состоят соответственно из двух приводимых в действие в соединении друг с другом отдельных размыкающих контактов, причем соответственно один отдельный размыкающий контакт как главного, так и резистивного коммутационных контактов электрически соединен с первым неподвижным ступенчатым контактом, а соответственно другой отдельный размыкающий контакт как главного, так и резистивного коммутационных контактов электрически соединен со вторым неподвижным ступенчатым контактом. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что отдельные размыкающие контакты главного коммутационного контакта выполнены с возможностью коммутации первым переключателем, а отдельные размыкающие контакты резистивного коммутационного контакта выполнены с возможностью коммутации вторым переключателем.

Приоритет по пунктам:
09.03.94 по пп. 1- 3;
18.11.94 по п.4.