ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится электротехнике, а именно электротехническому коммутационному аппаратостроению, в частности к вакуумным выключателям, и может найти применение в электрических цепях низкого, среднего и высокого напряжения переменного тока для их дистанционного управления.

Известны вакуумный выключатель (А. с. СССР N 1683087, М.Кл H 01 H 33/66, 1989), вакуумный выключатель (патент Российской Федерации N 2040814, М.Кл H 01 H 33/66, 1993), вакуумный выключатель (патент Р.Ф. N 2040815, М.Кл H 01 H 33/66, 1993), вакуумный выключатель (патент Р.Ф. N 2040816, М.Кл H 01 H 33/66, 1993). Их конструкцию отличает расположение вакуумной дугогасительной камеры рядом с приводным механизмом, имеющим большую массу, большие габариты, несколько подвижных соединений деталей друг с другом, с неизбежными люфтами между ними. Все это уменьшает быстродействие выключателя, увеличивает дребезг контактов при включении, увеличивает их обгорание и износ, снижает ресурс и надежность выключателя.

Известны пневмопривод для высоковольтных коммутационных аппаратов, содержащий поршень со штоком, установленный в цилиндре с радиальными отверстиями, расположенными по окружности, в которых с зазором установлены шарики, и кулачок, в виде втулки с двумя внутренними конусами, установленной с возможностью осевого перемещения на наружной поверхности, и подпружинен пружиной поджатия к цилиндру, на штоке закреплена дополнительно веденная втулка со скосом наружной поверхности со стороны торца, обращенного к поршню, и подпружинена внутри. Одним концом пружина опирается на опорную плиту, а другим на выступающую внутреннюю поверхность втулки.

Для возврата поршня со штоком в отключенное положение обе указанные выше пружины выполняют роль отключающих пружин (А.с. СССР N 907615, М.Кл H 01 H 33/32, 1980).

Недостатком известного пневмопривода является то, что механизм привода и фиксации подвижного контакта работают в герметизированном цилиндре на сжатом газе. Чтобы сохранить герметизацию нельзя смазывать этот механизм, т. к. пары смазки нарушают герметичность.

В результате, в механизме появляется повышенное трение, вследствие чего его работа будет ненадежной. Это приведет в конечном итоге к снижению ресурса работы выключателя и снижению быстродействия на отключение.

В то же время обе отключающие пружины выполнены за изолятором и не находятся под потенциалом подвижного контакта, это приводит к увеличению массы изоляторов, особенно подвижных масс, в результате чего одна защелка со сферическими подвижными элементами не обеспечивает ускоренного отключения при увеличении подвижной массы.

Известен высоковольтный вакуумный трехполюсный выключатель с неодновременным размыканием контактов полюсов, содержащий рычаги управления подвижными контактами камер полюсов, соединенные с валом выключателя системой тяг и дополнительных рычагов, узел фиксации, удерживающий выключатель во включенном положении, причем узел фиксации выполнен в виде двух соосно расположенных и идентичных друг другу фиксаторов, механически не связанных с приводом, содержащим механизм свободного расцепления, каждый фиксатор выполнен в виде втулки с размещенным внутри нее подпружиненным элементом, имеющим форму тела вращения (цилиндра) торцевая поверхность которого, контактирующая с осью полюсной тяги, выполнена сферической с выемкой в виде усеченного конуса, в которой установлен с возможностью вращения вокруг своей оси дополнительно введенный шарик, концы оси полюсной тяги установлены в пазу рычага управления подвижным контактом соответствующего полюса с возможностью возвратно-поступательного перемещения и контактирования с подпружиненным элементом фиксатора в процессе движения полюсной тяги, обеспечивая выход подпружиненного элемента фиксатора из состояния жесткой фиксации включенного положения при отключении и вход его в состояние жесткой фиксации при включении (патент Российской Федерации N 2079918, М.Кл H 01 H 33/66, 1995).

Недостатком известного высоковольтного вакуумного трехполюсного выключателя является то, что предусмотренная конструкция и расположение пружины отключения не обеспечивает необходимую скорость отключения и уменьшение дребезга-износа контактов за счет шарнирных узлов, в которых при включении возникают люфты.

Один узел фиксации в виде шариковой защелки в полюсе не обеспечивает необходимой скорости отключения даже при уменьшении ее подвижной массы.

Известен высоковольтный вакуумный выключатель, в котором в той же вакуумной камере расположены контакты выключателя, механизм привода и фиксации подвижного контакта. Этот механизм имеет одну пружину, которая используется как пружина включения и одновременно как пружина контактного поджатия подвижного контакта к неподвижному. В выключенном положении она сжата и вместе с подвижным контактом это ее положение фиксируется защелкой со сферическими подвижными элементами. Снятие замка из зафиксированного положения производится одним электромагнитом, охватывающим вакуумную камеру, а отключение выключателя, размыкание контактов и взвод пружины производится вторым электромагнитом, также охватывающим вакуумную камеру (А.с. СССР N 645219, М.Кл H 01 H 33/66, 1976).

Недостатками известного высоковольтного вакуумного выключателя является то, что механизм привода и фиксации подвижного контакта работает в глубоком вакууме, в том, в котором работают контакты. Чтобы сохранить вакуум нельзя смазывать этот механизм, так как смазки нарушают глубокий вакуум. В результате, в механизме появляется повышенное трение вследствие чего его работа будет ненадежной, снизится его работоспособность. Усилие нажимной пружины преодолевается на всем ходе подвижного контакта, с бесполезным увеличением усилия к концу возвратного хода контакта, поэтому необоснованно завышена требуемая работа, совершаемая силовым приводом. Так как эта работа совершается в процессе выключения выключателя, то его быстродействие на выключение велико. Достоинства выключателя в виде малых габаритов не компенсируют перечисленные недостатки.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемый вакуумный выключатель, способ его работы и их варианты является повышение работоспособности, т. е. увеличение надежности работы выключателя, повышение его ресурса за счет уменьшения износа механических деталей, увеличения времени выработки поверхности контакта и работы без дребезга контактов, повышения быстродействия на отключение при сохранении малых габаритов.

Едиными техническими результатами, достигаемыми при осуществлении заявленной группы изобретений, являются снижение мощности исполнительных механизмов на включение и выключение питания последнего от токового трансформатора, повышение скорости отключения выключателя при уменьшении подвижной массы, устранение дребезга контактов при включении, надежная логика работы механизма управления.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном вакуумном выключателе, содержащим вакуумную дугогасительную камеру, в которой в вакуумированной оболочке расположены неподвижный, подвижный контакт, узел фиксации подвижного контакта в положении "Включено" выполнен в виде защелки со сферическими подвижными элементами в виде шариков, пружину поджатия для нажатия подвижного контакта к неподвижному в положении "Включено". Согласно изобретению вакуумный выключатель содержит вакуумную дугогасительную камеру с подвижным и неподвижным контактами, пружины отключения и контактного нажатия, изолятор и силовой привод. Пружина отключения подвижного контакта расположена на оси вакуумной дугогасительной камеры, при этом одним концом опирается на корпус, другим на детали, жестко связанные с подвижным контактом и находится под его потенциалом, что позволяет уменьшить массу изолятора, особенно подвижных масс. В такой конструкции выключателя исключаются шарнирные узлы, в которых при включении и выключении люфты выбираются в противоположных направлениях и способствуют увеличению дребезга контактов при включении. Конструктивное расположение пружины отключения избавляет выключатель от знакопеременной силы на изоляторе, в результате чего уменьшается его износ, вероятность дребезга контакта, повышается скорость отключения выключателя, т.е. его быстродействие.

В механизме фиксации подвижного контакта введена вторая (нижняя) защелка преимущественно также с применением сферических подвижных элементов. В такой конструкции выключателя вторая (нижняя) защелка позволяет повысить скорость отключения при уменьшении массы изолятора, особенно подвижной массы конструктивных элементов выключателя.

В первом варианте конструкции вакуумного выключателя для расфиксации верхней защелки применен в составе механизма управления рычажный механизм. Он состоит из двух прямых рычагов в средней части, шарнирно соединен друг с другом и расположен перпендикулярно оси симметрии верхней защелки, при этом первый рычаг одним концом шарнирно опирается на корпус выключателя, а вторым концом подвижно связан с корпусом защелки верхней, второй рычаг одним концом взаимодействует с исполнительным механизмом отключения выключателя, а вторым концом подвижно связан с замком защелки верхней. К первому рычагу рычажного механизма также подключен демпфер возвратного хода подвижного контакта.

Это позволяет с минимальным увеличением массы подвижных деталей включить его в работу. Сам же рычажный механизм отключения обеспечивает уменьшение хода для снижения мощности исполнительного механизма отключения с возможностью его питания от токового трансформатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе работы вакуумного выключателя в момент включения выключателя после закрытия запорным кольцом сферических подвижных элементов защелки силовым приводом перемещают подвижный контакт до замыкания с неподвижным контактом, а также сжимают пружины контактного нажатия и отключения (А.с. СССР, 645219 М.Кл H 01 H 33/66, 1976).

Согласно изобретению способ работы первого варианта вакуумного выключателя предусматривает, что пружину отключения сжимают только до момента соприкосновения контактов, а по завершении включения фиксируют положение элементов механизма управления нижней защелкой. Команду на отключение выключателя подают в любой момент процесса включения или включенного положения выключателя, для чего управляющим механизмом на отключение выключателя через второй рычаг рычажного механизма освобождают фиксированное положение верхней защелки и пружиной отключения возвращают подвижный контакт в разомкнутое положение, а нижнюю защелку освобождают из зафиксированного положения в конце возвратного хода подвижного контакта соприкосновением замка нижней защелки с одной из деталей, жестко связанных с подвижным контактом и последующим ходом этой детали.

Благодаря ограничению сжатия пружины отключения, снижается мощность привода, устраняется дребезг контактов при включении выключателя, снижается износ механических деталей, т. к. нет знакопеременной силы, а снятие нижней защелки из зафиксированного положения обратным ходом контакта, обеспечивает надежную логику работы механизма управления, в результате чего повышается работоспособность выключателя.

Это позволяет с минимальным увеличением массы подвижных деталей включить в работу выключатель.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном вакуумном выключателе, содержащем вакуумную дугогасительную камеру, в которой в вакуумированной оболочке расположены неподвижный, подвижный контакт, узел фиксации подвижного контакта в положении "Отключено" выполнен в виде защелки со сферическими подвижными элементами из четырех шариков, пружину поджатия для поджатия подвижного контакта к неподвижному в положении "Включено" (А.с. СССР N 645219, М.Кл H 01 H 33/66, 1976).

Согласно изобретению во втором варианте конструкции вакуумный выключатель содержит вакуумную дугогасительную камеру с подвижным и неподвижным контактами, пружины отключения и контактного нажатия, изолятор и силовой привод. Пружина отключения подвижного контакта расположена на оси вакуумной дугогасительной камеры при этом одним концом опирается на корпус, другим на детали, жестко связанные с подвижным контактом и находятся под его потенциалом, что позволяет уменьшить массу изолятора, особенно подвижных масс. В такой конструкции выключателя исключаются шарнирные узлы, в которых при включении и выключении люфты выбираются в противоположных направлениях, способствуют увеличению дребезга контактов при включении. Конструктивное расположение пружины отключения избавляет выключатель от знакопеременной силы на изоляторе, в результате чего уменьшается износ, вероятность дребезга контактов, повышается скорость отключения, т.е. его быстродействие.

В механизме фиксации подвижного контакта введена вторая (нижняя) защелка преимущественно также с применением сферических подвижных элементов. В такой конструкции выключателя вторая (нижняя) защелка позволяет повысить скорость отключения при уменьшении массы изолятора особенно подвижной массы конструктивных элементов выключателя.

Во втором варианте конструкции вакуумного выключателя для расфиксации верхней защелки применен в составе механизма управления дополнительно по меньшей мере введены одна управляющая пружина, упор, пружина возврата и третья защелка, запорный элемент которой взаимодействует с правым концом второго прямого рычага и с исполнительным механизмом выключателя, а левым концом подвижно связан с замком защелки верхней, при этом первый рычаг одним концом шарнирно опирается на корпус выключателя, а вторым концом подвижно связан с корпусом защелки верхней, к первому рычагу рычажного механизма также подключен демпфер возвратного хода подвижного контакта.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе работы вакуумного выключателя в момент включения выключателя после закрытия запорным кольцом сферических подвижных элементов защелки силовым приводом перемещают подвижной контакт до замыкания с неподвижным контактом, а также сжимают пружины контактного нажатия и отключения (А.с. СССР N 645219 М.Кл H 01 H 33/66, 1976).

Согласно изобретению способ работы второго варианта вакуумного выключателя также предусматривает, что пружину отключения сжимают только до момента соприкосновения контактов, а по завершении включения фиксируют положение элементов механизма управления нижней защелкой, команду на отключение выключателя подают в любой момент процесса включения или включенного положения выключателя, для чего управляющим механизмом на отключение выключателя через второй рычаг рычажного механизма верхнюю защелку освобождают из зафиксированного положения силой и движением взведенной управляющей пружины, которую предварительно взводят в фазе отключения выключателя контактом с упором и фиксируют в этом положении третьей защелкой, последнюю по команде на отключение выключателя освобождают подачей управляющего воздействия на исполнительный механизм, пружина отключения возвращает подвижный контакт в разомкнутое положение; нижнюю защелку освобождают из зафиксированного положения в конце возвратного хода подвижного контакта соприкосновением замка нижней защелки с одной из деталей жестко связанных с подвижным контактом и последующим ходом этой детали.

Благодаря ограничению сжатия пружины отключения усилия уменьшаются, снижается мощность привода, устраняется дребезг контактов при включении выключателя, снижается износ механических деталей, т.к. нет знакопеременной силы, а снятие нижней защелки из зафиксированного положения обратным ходом контакта обеспечивает надежную логику работы механизма управления, в результате чего повышается работоспособность выключателя. В то же время механическая работа, затрачиваемая на снятие запорного элемента третьей защелки из фиксированного положения, много меньше, чем механическая работа, затрачиваемая на сдвиг замка защелки верхней для освобождения сферических подвижных элементов. Поэтому требуемая мощность исполнительного механизма во втором варианте много меньше, чем мощность исполнительного механизма в первом варианте и соответственно существенно выше его быстродействие, а значит и работоспособность.

Проведенный заявителем анализ уровня технически позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемых вакуумного выключателя и способа его работы и их вариантов, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательный уровень".

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ предназначен для работы вакуумного выключателя.

Заявляемые изобретения и их варианты решают одну и ту же задачу - улучшение работоспособности выключателя за счет увеличения надежности работы выключателя, увеличения его ресурса благодаря уменьшению износа механических деталей, увеличения времени выработки поверхности контакта и работы с минимальным дребезгом контактов при включении выключателя, повышения быстродействия на отключение при сохранении малых габаритов за счет достижения одних и тех же технических результатов при осуществлении заявляемой группы изобретений, снижение мощности исполнительного механизма отключения с возможностью его питания от токового трансформатора, повышение скорости отключения выключателя при уменьшении подвижной массы, снижение дребезга контактов при включении, надежная логика работы механизма.

На фиг. 1 изображено взаимное расположение узлов и элементов вакуумного выключателя. На фиг. 2 изображен механизм управления вакуумного выключателя с узлом контактного нажатия и узлом защелок в положении выключателя "Отключено" и в положении выключателя "Включено".

На фиг. 3 изображена схема первого варианта рычажного механизма, предназначенного для снятия верхней защелки из зафиксированного положения. На фиг. 4 изображена схема второго варианта рычажного механизма, предназначенного для снятия верхней защелки из зафиксированного положения.

Выключатель содержит вакуумную дугогасительную камеру 4, укрепленную на изоляторе корпуса 3, механизм управления с узлом контактного нажатия 14, узлом фиксации 17, со штоком 30, изолятор 15 и силовой привод 32.

На подвижный контакт 5 вакуумной дугогасительной камеры 4 надета пружина отключения, верхним концом которая опирается на средний кронштейн корпуса 7, а нижним концом на гайку фланцевую 10 узла контактного нажатия контакта 14. Пружина контактного нажатия 11 в свою очередь надета на втулку 12 узла контактного нажатия 14, верхним концом опирается на гайку фланцевую 10, а нижним концом на выступающую часть той же самой втулки 12. Винт 9 узла контактного нажатия 14 жестко крепится одним концом к подвижному контакту 5 вакуумной дугогасительной камеры 4, а другой выступающей частью упирается на внутреннюю поверхность втулки 12.

Узел контактного нажатия (см. фиг. 2) состоит из винта 9, гайки фланцевой 10, пружины контактного нажатия 11, втулки 12.

В механизм управления входит узел фиксации 17 (фиг. 1), состоящий из двух защелок верхней - 21 и нижней - 25 со сферическими подвижными элементами 23 и 27 (фиг. 2), пружина возврата штока 13 и шток 30.

Узел контактного нажатия 14 отделен от узла фиксации 17 изолятором 15.

Верхняя защелка со сферическими подвижными элементами состоит из корпуса 18 с несколькими радиальными отверстиями.

В отверстия помещены сферические подвижные элементы, например шарики 23. Снаружи они охвачены замком 22 с внутренним коническим скосом и обращены вниз (по чертежу), имеющим возможность осевого перемещения по корпусу 18 защелки. Между выступающей наружной цилиндрической частью корпуса 18, шайбой 19, стаканом верхнего замка 20 на наружной поверхности верхнего замка 22 защелки установлена возвратная пружина верхнего замка 19. В состав верхней защелки входит соответствующая часть штока 30 с проточкой.

Нижняя защелка со сферическими подвижными элементами имеет аналогичный корпус 29 с несколькими радиальными отверстиями. В отверстия помещены сферические подвижные элементы, шарики 27. Снаружи они охвачены нижним замком 25 с внутренним коническим скосом и обращены вверх (по чертежу), имеющим возможность осевого перемещения по корпусу 29 защелки. Между выступающей частью замка нижнего 25 и чашкой 28 установлена возвратная пружина нижнего замка 26. Между нижней частью корпуса 18 защелки верхней и верхней частью корпуса 29 защелки нижней установлена тарелка 24. В состав защелки нижней входит соответствующая часть штока 30 с проточкой.

Корпус нижней защелки 29 своей нижней выступающей частью и чашка 28 опираются на нижний кронштейн корпуса 31.

В механизм управления входит также узел рычажного механизма.

Первый вариант рычажного механизма изображен на фиг. 3 В него входят первый рычаг 33 и второй рычаг 34, расположенные перпендикулярно оси штока 30.

В средней части эти рычаги 33 и 34 шарнирно осью 35 соединены друг с другом. Первый рычаг 33 одним концом шарнирно опирается на изолятор корпуса 3 выключателя, а другим концом взаимодействует со штоком 36 демпфера 37 и подвижно связан с корпусом защелки верхней 18. Второй рычаг 34 одним концом взаимодействует со штоком 41 исполнительного механизма 42, а вторым концом подвижно соединен с замком верхним 22 защелки 21.

Во второй вариант конструкции рычажного механизма (фиг. 4) входят также прямые рычаги 33 и 34, расположенные перпендикулярно оси штока 30. В средней части эти рычаги 33 и 34 тоже шарнирно осью 35 соединены друг с другом. Первый рычаг 33 одним концом шарнирно опирается на изолятор корпуса 3, а другим концом взаимодействует со штоком 36 демпфера 37.

Второй рычаг 34 одним концом взаимодействует с запорным элементом 43 третьей защелки, соединен с управляющей пружиной 39, взаимодействует с упором 38, а другим концом подвижно соединен с замком верхним 22 защелки.

Дополнительно введенная в конструкцию механизма управления третья защелка имеет запирающий элемент 43, одним концом к запирающему элементу крепится возвратная пружина 40, последняя другим концом крепится к изолятору корпуса 3 выключателя. Перпендикулярный конец запирающего элемента 43 третьей защелки взаимодействует со штоком 41 исполнительного механизма 42.

В свою очередь исполнительный механизм 42, управляются пружина 39 и упор 38 жестко крепится к изолятору корпуса 3 выключателя.

Способ работы выключателя по первому варианту осуществляется следующим образом: в отключенном положении выключателя, т.е. при разомкнутых контактах в вакуумной дугогасительной камере 4 подвижный контакт 5 с винтом 9, пружиной отключения 8 отжат в нижнее (по чертежу) положение (фиг. 2). Шток 30 пружиной возврата 13, также отжат в нижнее положение. Сферические подвижные элементы 23 с помощью пружины 21 и конического скоса на замке 22 защелки верхней перемещены в проточку штока 30. Дальнейшим перемещением замка 22 вниз сферические подвижные элементы 23 введены в контакт с цилиндрической поверхностью замка 22 защелки верхней и таким образом зафиксированы в проточке. Изолятор 15 через возвратную пружину 13 штока 30 также отжат в нижнее положение. Нижняя защелка со сферическими подвижными элементами в этом состоянии выключателя находится в расфиксированном положении. Ему соответствует упор торца корпуса защелки верхней 18 в тарелку 24, перемещение ею замка нижнего 25 в нижнее положение, сжатие возвратной пружины нижнего замка 26 и выход сферических подвижных элементов 27 наружу относительно оси штока 30.

При подаче команды на "Включение" выключателя, электрическая схема выключателя (не показанная на чертежах) подает от внешнего источника электрический ток на силовой привод 32.

В результате этого шток 30 силового привода 32 двигается вверх и через сферические подвижные элементы 23 верхней защелки двигает за собой защелку верхнюю, изолятор 15, шайбы 16 и 19.

Усилие предварительного сжатия пружины 8 контактного нажатия 11 выше, чем усилие сжатия пружины отключения 8. Поэтому в начальной фазе движения штока 30 перемещаются винт 9 с подвижным контактом 5, изолятор 15, сжимаются пружина отключения 8 и пружина контактного нажатия 11.

После касания подвижным контактом 5 неподвижного контакта, находящегося внутри вакуумной дугогасительной камеры 4, дальнейшее движение подвижного контакта 5 с винтом 9 и сжатие пружины отключения 8 прекращается. Силовой привод 32 продолжает перемещать верхнюю защелку, в результате винт 9 отходит от упора во втулку 12 и происходит давление пружины контактного нажатия 11 через гайку фланцевую 10, втулки 12, винт 9 на подвижный контакт 5. В конце хода штока 30 силового привода 32 механизм управления приходит в состояние, изображенное на фиг. 2 (положение "Включено").

При этом нижняя проточка штока 30 подходит к сферическим подвижным элементам 27. Давлением возвратной пружины нижней 26 на замок нижний 25, и выполненной на нем конической поверхности сферические подвижные элементы 27 перемещаются в проточку и дальнейшим осевым перемещением замка нижнего 25 фиксируются в ней. Это обеспечивает передачу усилия от пружины 11 через втулку 12, гайку фланцевую 10, изолятор 15, сферические подвижные элементы 23 и 27, конические поверхности на штоке 30, винт 9, на подвижный контакт 5. Таким образом осуществляется необходимое контактное нажатие на контакт.

После этого снимается электропитание с силового привода 32, а выключатель остается во включенном положении.

При поступлении команды на отключение выключателя, блок автоматики (не показанный на чертежах) подает электропитание на исполнительный механизм 42. Его шток 41 через рычаг 34 сдвигает замок верхний 22 со стаканом 20 относительно корпуса защелки верхней 18 вверх.

Коническая поверхность штока 30 под действием усилия пружины контактного нажатия 11 выталкивает сферические подвижные элементы 23 наружу. После этого корпус защелки верхней 18, шайбы 16 и 19, изолятор 15, втулка 12 под действием пружины 11 двигаются вниз.

Когда пружина 11 распрямится до размера начального сжатия, а винт 9 упрется головкой во втулку 12, пружина отключения 8 отрывает подвижный контакт 5 от неподвижного и двигает его вниз. В конце хода подвижного контакта 5 нижний торец корпуса верхней защелки упирается в тарелку 24 и через нее перемещает замок защелки нижней 25 вниз. Освобожденные сферические подвижные элементы 27 перемешаются наружу, а шток 30 под действием возвратной пружины 13 возвращается в нижнее положение. В этом положении штока 30 верхняя защелка вновь входит в замкнутое положение между штоком 30 и корпусом защелки верхней 18. Этот процесс протекает так, как описано выше.

Если в процессе включения выключателя блок управления выявит необходимость отключения выключателя, до момента завершения цикла включения, то он подает команду на выключение выключателя немедленно. При этом производится снятие рычагом 34 верхней защелки из зафиксированного положения и дальнейшие процессы происходят так, как это было описано выше. Отличие заключается в том, что шток 30 силового привода 32 остается при этом в крайнем верхнем положении. После того как пройдут переходные процессы в силовом приводе 32, он будет отключен и возвратится в отключенное состояние. После чего шток 30 возвратится в нижнее положение и войдет в зацепление с корпусом верхней защелки 18 так, как это описано выше.

Способ работы вакуумного выключателя по второму варианту осуществляется следующим образом.

В отключенном положении выключателя, т.е. при разомкнутых контактах в вакуумной дугогасительной камере 4, подвижный электрод 5 с винтом 9, пружина отключения 8 отжата в нижнее (по чертежу) положение (фиг. 2). Шток 30 пружиной возврата 13 также отжат в нижнее положение. Сферические подвижные элементы 23 с помощью возвратной пружины верхнего замка 21 и конического скоса на замке 22 верхней защелки перемещены в проточку штока 30.

Дальнейшим перемещением замка 22 вниз сферические подвижные элементы 23 введены в контакт с цилиндрической поверхностью верхнего замка 22 и таким образом зафиксированы в проточке штока 30. Изолятор 15 через возвратную пружину штока 13 также отжат в нижнее положение. Нижняя защелка 25 со сферическими подвижными элементами в этом состоянии выключателя находится в расфиксированном положении. Ему соответствует упор торца корпуса защелки верхней 18 в тарелку 24, перемещение ею замка нижнего 25 в нижнее положение, сжатие возвратной пружины нижнего замка 26 и выход сферических подвижных элементов 27 наружу относительно от штока 30.

При подаче команды на "Включение" выключателя, электрическая схема выключателя (не показанная на чертежах) подает от внешнего источника электрический ток на силовой привод 32.

В результате этого шток 30 силового привода 32 двигается вверх и через сферические подвижные элементы 23 верхней защелки двигает за собой защелку верхнюю 25, изолятор 15, шайбы 16 и 19. Усилие предварительного сжатия пружины контактного нажатия 11 выше, чем усилие сжатия пружины отключения 8. Поэтому в начальной фазе движения штока 30 перемещаются винт 9 с подвижным контактом 5, изолятор 15, сжимаются пружина отключения 8 и пружина контактного нажатия 11.

После касания подвижным контактом 5 неподвижного контакта, находящегося внутри вакуумной дугогасительной камеры 4, дальнейшее движение подвижного контакта 5, с винтом 9 и сжатие пружины отключения 8 прекращается. Силовой привод 32 продолжает перемещать верхнюю защелку, в результате винт 9 отходит от упора во втулку 12 и происходит давление пружины контактного нажатия 11 через гайку фланцевую 10, втулки 12, винт 9 на подвижный контакт 5.

В конце хода штока 30 силового привода 32 механизм управления приходит в состояние, изображенное на фиг. 2 (положение "Включено").

При этом нижняя проточка штока 30 подходит к сферическим подвижным элементам 27. Давлением возвратной пружины замка 26 на замок нижний 25 и выполненной на нем конической поверхности сферические подвижные элементы 27 перемещаются в проточку, и дальнейшим осевым перемещением замка нижнего 25 фиксируются в ней. Это обеспечивает передачу усилия от пружины 11 через втулку 12, гайку фланцевую 10, изолятор 15, сферические подвижные элементы 23 и 27, конические поверхности на штоке 30, винт 9 на подвижный контакт 5.

Таким образом осуществляется необходимое контактное нажатие на контакт.

При подаче команды на включение (фиг. 4) левый конец рычага 33 рычажного механизма перемешается вверх, через ось 35 левый конец второго рычага 34 также перемещается вверх, взводя пружину 39. Повороту второго рычага вокруг оси под действием пружины препятствует запорный элемент 43 третьей защелки, на которую опирается второй рычаг 34.

После проведенных выше операций снимается электропитание с силового привода 32, а выключатель остается во включенном положении.

При поступлении команды на отключение выключателя, блок автоматически (не показанный на чертежах) подает электропитание на исполнительный механизм 42, который воздействует на третью защелку, вызывая поворот последней вокруг своей оси. Повернувшись, третья защелка освобождает второй рычаг 34, который проворачивается вокруг оси 35 под воздействием пружины 39. При этом рычаг 34 левым концом, двигаясь, перемещает замок верхний 22 защелки также и тем самым освобождает сферически подвижные элементы 23 верхней защелки.

Коническая поверхность штока 30 под действием усилия пружины 11 выталкивает сферические подвижные элементы 23 наружу. После этого корпус защелки верхней 18, шайбы 16 и 19, изолятор 15, втулка 12 под действием пружины контактного нажатия 11 двигаются вниз. Когда пружина 11 распрямится до размера начального сжатия, винт 9 упрется головкой во втулку 12, пружина отключения 8 отрывает подвижный контакт 5 от неподвижного и двигает его вниз.

В конце хода подвижного контакта 5, нижний торец корпуса верхней защелки 18 упирается в тарелку 24 и через нее перемещает замок защелки нижней 25 вниз. Освобожденные сферические подвижные элементы 27 перемещаются наружу, а шток 30 под действием возвратной пружины 13 возвращается в нижнее положение. В этом положении штока 30 верхняя защелка вновь входит в замкнутое положение между штоком 30 и корпусом защелки верхней 18. Этот процесс протекает так как описано выше. Левый конец рычага 33 и ось 35 под воздействием пружины отключения перемещаются вниз. Рычаг 34, натыкаясь на упор 38, поворачивается вокруг оси 35. При этом правый конец рычага 34 движется вверх и входит в зацепление с запорным элементом 43 третьей защелки, которая переходит в исходное состояние под воздействием возвратной пружины 40 одновременно происходит частичный взвод пружины 39.

Если в процессе включения выключателя блок управления выявит необходимость отключения выключателя, до момента завершения цикла включения, то он подает команду на выключение выключателя немедленно. При этом производится снятие рычага 34 верхней защелки из зафиксированного положения и дальнейшие процессы происходят так, как это было описано выше.

Отличие заключается в том, что шток 30 силового привода 32 остается при этом в крайнем верхнем положении. После того как пройдут переходные процессы в силовом приводе 32, он будет отключен и возвратится в отключенное состояние. После чего шток 30 возвратится в нижнее положение и войдет в зацепление с корпусом верхней защелки 18 так, как это описано выше. Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявляемых объектов следует отметить также дополнительные их достоинства - такие как компактность полюсов и возможность независимого управления каждым полюсом как на включение, так и на выключение, что открывает возможность включения и выключения полюсов по заданному алгоритму, а также возможность изготовления выключателей одно, двух, трех и более полюсных (по мере необходимости).

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия:
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении предназначены для использования в промышленности, а именно: в энергетической промышленности, для коммутации электрических цепей низкого, среднего и высоко напряжения переменного тока;
- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления.

Разработаны чертежи, изготовлен опытный образец вакуумного выключателя на Уфимском Государственном производственном предприятии "Электроаппарат" в 1997 году. Испытания дали положительные результаты. УГПП "Электроаппарат" приступает в 1998 году к изготовлению серийного выпуска данного изделия. Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "промышленная применяемость".

Литература
1. RU, патент, 1683087, кл. H 01 H 33/66, 1989.

2. RU, патент, 2040814, кл. H 01 H 33/66, 1993.

3. RU, патент, 2040815, кл. H 01 H 33/66, 1993.

4. RU, патент, 2040816, кл. H 01 H 33/66, 1993.

5. SU, авторское свидетельство, 907615, кл. H 01 H 33/32, 1980.

6. RU, патент, 2079918, кл. H 01 H 33/66, 1995.

7. SU, авторское свидетельство, 645219, кл. H 01 H 33/66, 1976.

Вакуумный выключатель и способ его работы (варианты) относится к электротехнике, а именно к электротехническому коммутационному аппаратостроению, и может найти применение в электрических цепях низкого, среднего и высокого напряжении переменного тока для их дистанционного управления. Содержит корпус, вакуумную дугогасительную камеру с подвижным и неподвижным контактами, расположенными в ней, пружины контактного нажатия и отключения подвижного контакта, расположенные на оси вакуумной дугогасительной камеры, при этом пружина отключения одним концом опирается на корпус, другим на детали, жестко связанные с подвижным контактом, обе пружины находятся под его потенциалом. Для уменьшения мощности, потребляемой исполнительным механизмом отключения, повышения его быстродействия и работоспособности предложен второй вариант конструкции вакуумного выключателя. Способ работы выключателя предусматривает сжатие пружины отключения только до момента соприкосновения контактов, а по завершении включения выключателя фиксируют положение элементов механизма управления нижней защелкой, команду на отключение выключателя подают в любой момент процесса включения или включенного положения выключателя. Второй вариант способа работы вакуумного выключателя предусматривает освобождение верхней защелки из зафиксированного положения силой и движением взведенной управляющей пружины. 4 с.п.ф-лы, 4 ил.

1. Вакуумный выключатель, содержащий корпус, вакуумную дугогасительную камеру с неподвижным и подвижным контактами, силовой привод, пружины контактного нажатия и отключения, механизм управления и механизм фиксации подвижного контакта, выполненный в виде защелки с применением сферических подвижных элементов, отличающийся тем, что в вакуумной дугогасительной камере расположены только неподвижный и подвижный контакты, пружина отключения подвижного контакта расположена на оси вакуумной дугогасительной камеры, при этом одним концом опирается на корпус, другим на детали, жестко связанные с подвижным контактом, и находится под его потенциалом, в механизм фиксации подвижного контакта введена нижняя (вторая) защелка, преимущественно также с применением сферических подвижных элементов, в механизм управления верхней (первой) защелкой введен рычажный механизм, состоящий из двух прямых рычагов, в средней части шарнирно соединенных друг с другом и расположенных перпендикулярно оси симметрии верхней защелки, при этом первый рычаг одним концом шарнирно опирается на корпус выключателя, а вторым концом подвижно связан с корпусом защелки верхней, второй рычаг одним концом взаимодействует с исполнительным механизмом отключения выключателя, а вторым концом подвижно связан с замком защелки верхней, к первому рычагу рычажного механизма также подключен демпфер возвратного хода подвижного электрода. 2. Способ работы вакуумного выключателя, предусматривающий, что в момент включения выключателя после закрытия замком сферических подвижных элементов верхней защелки силовым приводом перемещают подвижный контакт до замыкания с неподвижным контактом, а также сжимают пружины контактного нажатия и отключения, отличающийся тем, что пружину отключения сжимают только до момента соприкосновения контактов, а по завершению включения фиксируют положение элементов механизма управления нижней защелкой, команду на отключение выключателя подают в любой момент процесса включения или включенного положения выключателя, для чего управляющим механизмом на отключение выключателя через второй рычаг рычажного механизма освобождают фиксированное положение верхней защелки и пружиной отключения возвращают подвижный контакт в разомкнутое положение, а нижнюю защелку освобождают из зафиксированного положения в конце возвратного хода подвижного контакта соприкосновением замка нижней защелки с одной из деталей, жестко связанных с подвижным контактом и последующим ходом этой детали. 3. Вакуумный выключатель, содержащий корпус, вакуумную дугогасительную камеру, неподвижный и подвижный контакты, силовой привод, пружину контактного нажатия и отключения, механизм управления и механизм фиксации подвижного контакта, выполненный в виде защелки с применением сферических подвижных элементов, отличающийся тем, что в вакуумной дугогасительной камере расположены только неподвижный и подвижный контакты, пружина отключения подвижного контакта расположена на оси вакуумной дугогасительной камеры, при этом одним концом опирается на корпус, другим на детали жестко связанные с подвижным контактом, и находится под его потенциалом, в механизм фиксации подвижного контакта введена нижняя (вторая) защелка, преимущественно также с применением сферических подвижных элементов, в механизм управления верхней (первой) защелкой введен рычажный механизм, состоящий из двух прямых рычагов, в средней части шарнирно соединенных друг с другом и расположенных перпендикулярно оси симметрии защелки верхней, дополнительно по меньшей мере введены одна управляющая пружина, упор, пружина возврата и третья защелка, запорный элемент которой взаимодействует с правым концом второго прямого рычага и с исполнительным механизмом выключателя, а левым концом подвижно связан с замком защелки верхней, при этом первый рычаг одним концом шарнирно опирается на корпус выключателя, а вторым концом подвижно связан с корпусом защелки верхней, к первому рычагу рычажного механизма также подключен демпфер возвратного хода подвижного контакта. 4. Способ работы вакуумного выключателя, предусматривающий, что в момент включения выключателя после закрытия замком сферических подвижных элементов верхней защелки силовым приводом перемещают подвижный контакт до замыкания с неподвижным контактом, а также сжимают пружины контактного нажатия и отключения, отличающийся тем, что пружину отключения сжимают только до момента соприкосновения контактов, а по завершению включения фиксируют положение элементов механизма управления нижней защелкой, команду на отключение выключателя подают в любой момент процесса включения или включенного положения выключателя, для чего управляющим механизмом на отключение выключателя через второй рычаг рычажного механизма верхнюю защелку освобождают из зафиксированного положения силой и движением взведенной управляющей пружины, которую предварительно взводят в фазе отключения выключателя контактом с упором и фиксируют в этом положении запорным элементом третьей защелки, последнюю по команде на отключение выключателя освобождают подачей управляющего воздействия на исполнительный механизм, пружина отключения возвращает подвижный контакт в разомкнутое положение, нижнюю защелку освобождают из зафиксированного положения в конце возвратного хода подвижного контакта соприкосновением замка нижней защелки с одной из деталей, жестко связанных с подвижным контактом и последующим ходом этой детали.