Силовые выключатели в виде силовых разъединителей известны, например, на железнодорожном транспорте. Во включенном положении вакуумная дугогасительная камера вместе с размещенным в корпусе из изоляционного материала переключающим механизмом подключены параллельно главному токопроводу, рассчитанному на полный номинальный ток аппарата. При выключении сначала обесточиваются главные контакты, направляя при этом ток на шунтирующие, последовательно соединенные вакуумную дугогасительную камеру и вспомогательный коммутирующий участок с управляющей вилкой. Как только главные контакты разойдутся на достаточно большое расстояние, вакуумная дугогасительная камера быстро приводится в действие через шарнирный механизм, и образующаяся при выключении дуга внутри дугогасительной камеры полностью гасится без внешнего проявления при первом прохождении тока через нуль.
Однако на практике выяснилось, что применяемые вакуумные переключающие лампы или камеры имеют относительно большие размеры и их изготовление связано с большими затратами. Поэтому с некоторых пор стали применяться вакуумные дугогасительные камеры с более низким диапазоном напряжения по сравнению диапазоном напряжения, рассчитанным для выключателя. В результате стало возможно сокращение как размеров, так и стоимость изготовления, при этом такое применение стало возможным, как правило, благодаря активной части вакуумной дугогасительной камеры.
При уменьшении типоразмера снижается и расстояние между металлическими торцевыми пластинами корпуса вакуумной дугогасительной камеры. Поэтому одной только наружной изоляции, которая нагружается во время выключения и после него, не достаточно в свободной воздушной атмосфере.
Для решения этой проблемы вакуумные дугогасительные камеры размещают в среде с повышенной диэлектрической прочностью. В этом случае используют, в числе прочего, изоляционное масло, например минеральное или силиконовое, различные сложные эфиры или изоляционный газ, как, например, фториды серы (SF6). Названные среды вытесняют воздух из вакуумных дугогасительных камер и, поскольку они обладают высокой диэлектрической прочностью, предупреждается внешнее перекрытие.
Однако таким средам присущ недостаток, проявляющийся в том, что они экологически небезопасны. Учитывая, что подобные силовые выключатели стоят многие годы, то полностью не исключаются нарушения герметичности в результате старения компонентов и под действием внешних факторов. Поэтому в некоторых случаях утечка среды в окружающую среду возможна.
Еще одним недостатком таких сред является то, что их необходимо постоянно контролировать. В случае применения изоляционного масла требуется, например, проверять его уровень заполнения, а поскольку в большинстве случаев такие силовые выключатели располагаются на высоких мачтах, то это вызывает соответствующие затраты. Это относится и к изоляционным газам, давление которых необходимо контролировать.
Известно также, что улучшить наружную изоляцию вакуумных дугогасительных камер можно заливкой, например, эпоксидной смолой. Однако в этом случае в результате процессов старения может образоваться зазор и, следовательно, произойти внешнее перекрытие вакуумной дугогасительной камеры на участке между оболочкой из эпоксидной смолы и наружным корпусом. Такие процессы старения сопровождаются, например, растрескиванием под действием внутренних напряжений, вызываемых усадкой оболочки из литой смолы, охрупчиванием в результате потери пластификаторами своих свойств, примененными при заливке, трещинами в результате отслоения оболочки из смолы от наружного корпуса вакуумной дугогасительной камеры вследствие разницы между коэффициентами теплового расширения при частых сменах тепловой и холодной нагрузок. Поэтому такой риск полностью не устраняется. Еще одним недостатком является то, что при такой заливке вакуумной дугогасительной камеры доступ к ней при демонтаже возможен только в результате разрушения оболочки.
Поэтому известные в настоящее время варианты выполнения являются дорогостоящими для универсального применения, например на мачтах ЛЭП ограниченно годными, или часто не используются в связи с возможной опасностью для окружающей среды.
В заявке Франции 2698481 A1 раскрыт силовой выключатель с вакуумной дугогасительной камерой, при этом между корпусом вакуумной дугогасительной камеры и наружным корпусом расположено электроизоляционное силиконовое тело. Такое силиконовое тело выполнено в виде трубки и содержит либо на внешней поверхности, либо на внутренней упруго деформируемые ребра. Это тело выполнено таким образом, что оно одновременно обеспечивает внутренний контакт с наружной поверхностью корпуса дугогасительной камеры и внутренней поверхностью наружного корпуса. В результате должно достигаться отсутствие зазоров для предупреждения электрического пробоя. Во время сборки дополнительно на участке между корпусом дугогасительной камеры и внутренней поверхностью силиконового тела применяется изоляционный жир, в то время как для обеспечения герметичности ребра на наружной поверхности сжимаются, по меньшей мере, незначительно.
В заявке ФРГ на полезную модель G 9314754 U1 описана вакуумная переключающая лампа с устойчивым к внутреннему давлению капсюлированием. Капсюлирование такой вакуумной переключающей лампы выполнено внутренним слоем твердого пенопласта и наружной, не растрескивающейся оболочкой. Внутренний слой, состоящий предпочтительно из полиуретанового пенопласта, имеет одинаковую пористость, необходимую согласно данному документу для обеспечения максимальной теплоизоляции с тем, чтобы в случае выхода из строя не поднималась температура, способная вызвать воспламенение газового заполнения. Устойчивая к растрескиванию оболочка выполнена в виде намотанного тела и состоит из нитей или полос, пропитанных твердеющей пластмассой. Оболочка плотно прилегает к пенопластовому слою и имеет такие размеры, что способна воспринимать усилие растрескивания, образующееся при дефекте внутри вакуумной переключающей лампы.
Оболочка лампы содержит в этом уровне техники твердую вспененную пластмассу, которая при старении способна ухудшить свои свойства. В частности может произойти охрупчивание или отслоение пенопластового слоя от наружного корпуса лампы. Кроме того, разборка такой капсулированной вакуумной переключающей лампы возможна только при условии разрушения оболочки.
В основу изобретения была поэтому положена задача создания силового выключателя, который на протяжении длительного времени оставался бы безконтрольно работоспособным и способным к демонтажу.
Эта задача решается согласно изобретению благодаря признакам, приведенным в п.1 формулы изобретения.
При этом достигается существенное преимущество, заключающееся в том, что благодаря упругим свойствам манжеты по периметру корпуса исключается зазор. Поэтому невозможно внешнее перекрытие на вакуумной дугогасительной камере через такой зазор.
Преимуществом является также то, что края обеих торцевых пластин вакуумной дугогасительной камеры охватываются манжетой, в результате чего путь возможного внешнего перекрытия существенно удлиняется. В результате достигается еще большая надежность.
Учитывая, что манжета делает излишним применение жидких или газообразных сред, то силовой выключатель согласно изобретению имеет много других преимуществ.
Отпадает также необходимость в трудоемких проверках уровня заполнения жидкости или давления. Поэтому силовой выключатель может находиться на протяжении многих лет в эксплуатации без проверки состояния манжеты, выступающей в качестве диэлектрика.
Кроме того, исключается вредное воздействие на окружающую среду при утечках сред, благодаря чему силовой выключатель согласно изобретению может применяться без риска в водоохранных зонах. В результате создан силовой выключатель длительной работоспособности с универсальным применением.
Еще одним преимуществом является то, что существенно упрощается монтаж силового выключателя согласно изобретению. Таким образом вариант выполнения с наличием предварительно изготовленной манжеты позволяет производить предварительную сборку устройства, в результате чего исключаются трудозатраты по окончательной установке или заполнению, например, высоко на мачте. Учитывая, что не применяется ни жидкая, ни газовая среда, то сокращаются затраты по транспортировке и установке силового выключателя согласно изобретению.
Силовой выключатель согласно изобретению легко изготавливается и при необходимости может разбираться. Кроме того, возможно свести до незначительных размеров занимаемое пространство и затраты на вакуумную дугогасительную камеру.
Преимущество заключается также в том, что на внешней стороне манжеты расположен дополнительный нажимной корпус из изоляционного материала, который создает предварительное натяжение по внешнему периметру манжеты на упругом участке. В результате достигается, во-первых, плотное прилегание манжеты к вакуумной дугогасительной камере и, во-вторых, отсутствие зазора по внешнему периметру манжеты, через который могло бы произойти внешнее перекрытие. В результате возможный участок внешнего перекрытия увеличивается на величину, при которой внешнее перекрытие практически невозможно. Благодаря этому возрастают эксплутационная надежность и устойчивость силового выключателя. Кроме того, обеспечивается центрирование и фиксация вакуумной дугогасительной камеры в нажимном корпусе.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения охарактеризованы признаками, приведенными в зависимых пунктах формулы изобретения.
В результате того, что размеры манжеты выбраны с таким расчетом, чтобы манжетой создавалось предварительное напряжение вакуумной дугогасительной камеры, то надежно исключается образование зазора между манжетой и корпусом вакуумной дугогасительной камеры. В результате возможно компенсировать относительно большие допуски размеров вакуумной дугогасительной камеры. За счет этого возрастает надежность силового выключателя.
Если манжета содержит, по меньшей мере, один уплотнительный валик, расположенный в направлении оси нажимного корпуса, то этим достигается уплотнение нажимного корпуса по отношению к внешним факторам. Благодаря этому надежно предупреждается попадание внутрь нажимного корпуса, например, грязи и, в частности, воды. Таким образом эффективно исключается выход из строя силового выключателя. Кроме того, выполнение за одно целое манжеты с уплотнительным валиком упрощает сборку устройства. Если уплотнительный валик имеет, кроме того, утолщение, которое может сминаться в монтажном зазоре нажимного корпуса, то это дополнительно повышает надежность данного уплотнения на нажимном корпусе.
В результате того, что по всему внешнему периметру манжеты расположены в основном параллельно торцевым пластинам выступающие козырьки, то дополнительно снижается риск наружного перекрытия.
Еще одно преимущество состоит в том, что манжета содержит, по меньшей мере, одну выемку для ее заполнения материалом манжеты, вытесненным под действием нагрузки давления. При этом достигается превосходное прилегание манжеты к поверхности вакуумной дугогасительной камеры по ее периметру без повреждения манжеты образующимися при давлении силами. В результате дополнительно повышается надежность силового выключателя.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна выемка была выполнена в виде замкнутой кольцевой канавки по внутреннему периметру манжеты. В результате будет достигаться равномерное распределение давления по всему периметру вакуумной дугогасительной камеры.
В том случае, когда манжета снабжена, по меньшей мере, на одной торцевой стороне в зоне, по меньшей мере, одной торцевой пластины, по меньшей мере, одним карманом, то в собранном состоянии возможно регулировать длину вакуумной дугогасительной камеры без повреждения материала манжеты, так как он может вытесняться, по меньшей мере, в один карман. В результате возрастает надежность манжеты, а следовательно, и эксплутационная надежность силового выключателя.
Если кроме того, по меньшей мере, один карман выполнен кольцевым, то достигается равномерное распределение нагрузки давления по торцевой стороне манжеты.
Манжета согласно изобретению состоит предпочтительно из этилен-пропилен-терполимера или силиконового каучука, которые обладают хорошими упругими свойствами и не сжимаются. Такие материалы позволяют обеспечить надежную герметизацию по поверхности раздела на участке между вакуумной дугогасительной камерой и манжетой или между манжетой и нажимным корпусом силового выключателя. В результате надежно предупреждается внешнее перекрытие.
В результате того, что силовой выключатель выполнен в виде силового разъединителя, у которого при последовательном включении к вакуумной дугогасительной камере располагается видимый разрыв, то можно визуально контролировать на значительном расстоянии замкнутость силового выключателя.
Если параллельно вакуумной дугогасительной камере или параллельно последовательно включенным вакуумной дугогасительной камере и видимому разрыву после включения силового выключателя подключить токопровод для тока длительной нагрузки, то вакуумная лампа разгружается при замкнутом состоянии силового выключателя (силового разъединителя). Это имеет то преимущество, что на вакуумную дугогасительную камеру высокое напряжение подается только во время переключений. При этом может подаваться ток длительной нагрузки, превышающий номинальный ток дугогасительной камеры или последовательного соединения вакуумной дугогасительной камеры с видимым разрывом. Срок службы силового выключателя возрастает при этом существенно.
Ниже изобретение поясняется более подробно на примере его осуществления со ссылками на фигуры чертежа. При этом изображено:
на фиг.1 - силовой выключатель согласно изобретению в разрезе, причем на левой стороне по главной оси выполнен разрез по плоскости разъединения нажимного корпуса на правой стороне от главной оси - разрез в другой плоскости, проходящей через половину нажимного корпуса.
на фиг. 2 - упрощенное изображение в разрезе по линии А-А на фиг.1.
Согласно изображению на фигурах силовой выключатель 1 содержит нажимной корпус из двух половин 11 и 12, состоящих из изоляционного материала и выполненных в основном зеркально отображенными. В половинах 11 и 12 корпуса расположены в числе прочего вакуумная дугогасительная камера 2 и переключающий механизм 3. Порядок размещения и работа вакуумной дугогасительной камеры 2 и переключающего механизма 3 соответствуют известным принципам, в связи с чем здесь не приводится их подробное объяснение. Существенно, что вакуумная дугогасительная камера 2 содержит внутри рабочие контакты, которые замыкаются или размыкаются переключающим механизмом 3. Для этой цели переключающий механизм 3 снабжен экцентриковым исполнительным элементом 31, воздействующим на подвижный контакт 21 вакуумной дугогасительной камеры 2.
Вакуумная дугогасительная камера 2 содержит кроме подвижного контакта 21 неподвижный контакт 22, расположенный напротив подвижного контакта 21. Кроме того, вакуумная дугогасительная камера 2 имеет корпус 23, снабженный торцевыми металлическими пластинами 24, 25, закрывающими цилиндрическую среднюю часть 26 корпуса. Средняя часть 26 корпуса выполнена из электроизоляционного материала. Внутри вакуумной дугогасительной камеры 2 создан глубокий вакуум, обеспечивающий при выключении надежное подавление электродуги, а в выключенном состоянии - надежное поддержание постоянного напряжения.
Для предупреждения поверхностного перекрытия между торцевыми пластинами 24 и 25 вакуумной дугогасительной камеры 2 во время приложения напряжения расположена вокруг вакуумной дугогасительной камеры 2 манжета 4 из этилен-пропилен-терполимера. Манжета 4 выполнена таким образом, что она охватывает края обеих торцевых пластин 24, 25 вакуумной дугогасительной камеры 2. Кроме того, размеры манжеты 4 выбраны так, чтобы можно было компенсировать отклонения допусков вакуумной дугогасительной камеры 2 и чтобы манжета 4 прилегала к поверхности вакуумной дугогасительной камеры 2 по ее периметру с предварительным натяжением. В результате исключается сквозной зазор между торцевыми пластинами 24 и 25.
Манжета 4 снова охватывается и предварительно натягивается половинами 11 и 12 корпуса силового выключателя 1. В результате предварительного натяжения между манжетой 4 и собранными вместе половинами 11, 12 корпуса исключается зазор, при котором могло бы произойти внешнее перекрытие при напряжении между торцевыми пластинами 24, 25 вакуумной дугогасительной камеры 2.
Согласно фиг.1 манжета 4 содержит кольцевые козырьки 41, которые заходят в соответствующие выемки в половинах 11 и 12 корпуса. Козырьки 41 используются известным образом для удлинения пути (пути стекания электричества) вдоль поверхности.
Кроме того, манжета 4 содержит четыре выемки 42, которые выполнены на внутренней поверхности по периметру и имеют кольцевую форму. При смыкании половин 11 и 12 корпуса на манжету 4 начинает воздействовать давление, и, поскольку последние состоят из эластомерного материала, являющегося упругим, но преимущественно не сжимающимся, то благодаря выемкам 42 материал манжеты 4 затекает в имеющиеся пустоты. Таким образом предупреждается повреждение манжеты 4 и обеспечивается надежное уплотнение по границе раздела между манжетой 4 и вакуумной дугогасительной камерой 2.
На конце манжеты 4, охватывающем торцевую пластину 25 в зоне неподвижного контакта 22, выполнен кольцевой карман 43. Поскольку вакуумная дугогасительная камера 2 имеет относительно большие допуски по длине, то в некоторых случаях возникает необходимость в регулировке длины или в позиционировании вакуумной дугогасительной камеры 2 силового выключателя 1. Для обеспечения необходимой для этого деформации манжеты 4 на указанном участке торцевой пластины служит кольцевой карман 43 в виде камеры, компенсирующий объем вытесненного материала.
Согласно фиг.2 манжета 4 имеет также уплотнительный валик 44 с утолщением 45. Последние располагаются соответственно по обоим соединительным швам половин 11 и 12 корпуса силового выключателя 1 и служат для уплотнения по отношению к внешним факторам. Утолщение 45 расположено в соответственно выполненных углублениях или канавках на поверхностях посадки половин 11, 12 корпуса и при смыкании половин 11, 12 корпуса сминаются. Уплотнительный валик 44 с утолщением 45 имеет длину, которая в основном соответствует общей длине манжеты 4. Однако на всем участке сборочных швов половин 11 и 12 корпуса он может быть выполнен за одно целое с манжетой 4 в виде кольцевого шнура для уплотнения нажимного корпуса.
Если во время работы произойдет размыкание силового выключателя 1, то переключающий механизм 3 разблокирует предварительно подпружиненные контакты 21 и 22, в результате чего последние разомкнут рабочие контакты внутри вакуумной дугогасительной камеры 2. Вследствие подведенного высокого напряжения, которое в отдельном случае может составлять, например, 45 кВ, устройство пытается обнаружить путь для возможного электрического разряда в виде электродуги. Внутри вакуумной дугогасительной камеры 2 этого не происходит благодаря вакууму.
Поскольку манжета 4 под действием предварительного напряжения прилегает к корпусу 23 вакуумной дугогасительной камеры 2 и благодаря предварительному напряжению равномерно соединена с нажимным корпусом силового выключателя 1, то отсутствует зазар, через который могло бы произойти внешнее перекрытие. Такое перекрытие через материал манжеты 4 также невозможно из-за большой диэлектрической прочности этого материала. Поэтому внешнего перекрытия не происходит.
В примере на применение силовой включатель используется в виде силового разъединителя и вместе с видимым разрывом располагается последовательно. Главный токопровод, рассчитанный на длительную эксплуатацию, подключен параллельно к вакуумной дугогасителной камере и к вспомогательному переключающемуся участку, последовательно подключенному к вакуумной дугогасительной камере, чем обеспечивается разгрузка вакуумной лампы во включенном состоятельном состоянии силового разъединителя. Для выключения силового разъединителя сначала известным образом размыкают главный контакт, в результате чего напряжение полностью подается в вакуумную дугогасительную камеру 2. Затем разъединяют контакты 21 и 22 вакуумной дугогасительной камеры 2, при этом соединение полностью прерывается и не сопровождается образованием электродуги в силовом выключателе 1.
Наряду с раскрытым здесь примером осуществления изобретение допускает другие варианты исполнения.
Размеры и форма манжеты 4 могут варьироваться в зависимости от конструкции и типа вакуумной дугогасительной камеры 2. В любом случае существенным является, чтобы манжета 4 прилегала к вакуумной дугогасительной камере 2 без образования зазора.
Манжету 4 не обязательно снабжать козырьками 41, она может иметь наружную поверхность по периметру иной формы или гладкой, если это допускается безопасностью силового выключателя 1, например, при низких приложенных напряжениях.
Выемки 42 манжеты 4 имеют в приведенном примере полукруглые поперечные сечения и выполнены в четырех местах вокруг вакуумной дугогасительной камеры 2. Форма и количество кольцевых выемок 42 могут быть разными. Кроме того, возможно выполнение выемок 42 вместо приведенного варианта исполнения, при котором они имеют кольцевую форму и располагаются на внутренней поверхности по периметру манжеты 4.
Карман 43 манжеты 4 может быть предусмотрен также на обеих торцевых поверхностях. Кроме того, форма и количество карманов 43 могут варьироваться аналогично выемкам 42.
Манжета 4 может использоваться любым способом в сочетании с вакуумной дугогасительной камерой 2, это относится и к другим коммутирующим элементам в качестве силовых разъединителей. Так, например, возможно применение в мощных выключателях и пр.
Нажимной корпус также может состоять из более чем двух половин, при этом количество уплотнительных валиков 44 соответствует количеству монтажных швов.
Кроме того, наряду с вакуумной дугогасительной камерой 2 может применяться контактная система для тока длительной нагрузки или главного тока, которая позволяет при использовании определенной вакуумной дугогасительной камеры 2 применять силовой выключатель 1 для разных номинальных токов и токов длительной нагрузки.
Таким образом, благодаря изобретению создан силовой выключатель, пригодный для напряжения в киловаттном диапазоне и содержащий вакуумную дугогасительную камеру, плотно охватываемую манжетой 4 из эластомерного материала с большой диэлектрической прочностью. В свою очередь манжета 4 зажимается посредством половин 11, 12 корпуса силового выключателя 1. Таким образом эффективно предупреждается внешнее перекрытие при высоком напряжении между торцевыми пластинами 24, 25 вакуумной дугогасительной камеры 2 во время переключения, при этом отпадает необходимость в применении жидких или газовых сред. В результате, не требуются в противоположность традиционным силовым выключателям большие затраты на проведение контроля, а силовой выключатель не представляет опасности для окружающей среды.
Изобретение относится к силовому выключателю, предназначенному для киловольтного диапазона и содержащему вакуумную дугогасительную камеру, охватываемую без зазора манжетой из эластомерного материала большой диэлектрической прочности. В свою очередь манжета зажимается половинами корпуса силового выключателя. Технический результат заключается в том, что эффективно предупреждается внешнее перекрытие при высоком напряжении между торцевыми пластинами вакуумной дугогасительной камеры во время переключения, при этом отпадает необходимость в применении жидких или газовых сред. В результате не требуются, в противоположность традиционным силовым выключателям, большие затраты на проведение контроля, а силовой выключатель не представляет опасности для окружающей среды. 10 з.п.ф-лы, 2 ил.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Силовой вакуумный выключатель | 1982 |
|
SU1089658A1 |
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Способ получения утяжелителя глинистых растворов для бурения скважин с использованием пиритных огарков железистых шламов и т.п. | 1947 |
|
SU70794A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
DE 9314754 U, 03.03.1994. |
Авторы
Даты
2002-08-27—Публикация
1997-08-25—Подача