ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК H01H33/666 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным приводам вакуумных высоковольтных выключателей.

Известные электромагнитные приводы состоят из электромагнита (соленоида) и механического удерживающего устройства. Такие приводы бывают двух типов: вмонтированые в раму вакуумного выключателя и отдельного исполнения, подсоединяемого к раме выключателя [1].

Недостатком таких приводов, созданных на принципе электромагнитной движущей силы, является их большая масса и многозвеньевая система кинематического соединения от штока якоря электромагнитного привода к тягам механизмов поджатия вакуумных дугогасительных камер (далее по тексту ВДК).

Новое поколение вакуумных выключателей имеет приводную часть с электромагнитными приводами и удерживающими устройствами на магнитах, установленных под каждой фазой выключателя.

К такому типу электромагнитных приводов, разработанных в Украине и выполненных как одно целое с фазой полюса выключателя, следует отнести вакуумные выключатели производства СП РЗВА (г. Ровно), это выключатель вакуумный типа ВВКЕ-10 (патент Украины 25132 А) и выключатель вакуумный типа ВВ/ТЕЛ-10 (патент Российской Федерации 2202631 С).

К зарубежным аналогам можно отнести вакуумные выключатели с электромагнитными приводами типа ВБТ-10-20/1600 (разработчик ВЭИ, а изготовитель ГНПП "Контакт" г.Саратов, Российская Федерация).

Для получения ожидаемого результата и по наибольшему количеству существенных признаков, подобных существенным признакам предложенного изобретения, за прототип принят электромагнитный привод вакуумного выключателя ВВ/ТЕЛ-10 предприятия "Таврида Электрик" г. Севастополь.

Предлагаемый прототип как и изобретение состоит из катушки управления (в изобретении катушки включения и отключения), магнитомягких деталей: якоря, направляющей (в изобретении две). Кроме того, в предлагаемом прототипе установлено кольцо с магнитотвердого материала (в изобретении два постоянных магнита) и отключающая пружина, отсутствующая в изобретении.

К существенным недостаткам прототипа следует отнести то, что удерживающая сила "магнитной защелки" (сила, созданная магнитным полем намагниченного катушкой управления магнитотвердого кольца электромагнитного привода) является относительно небольшой, поэтому электромагнитный привод, построенный на таком принципе, является очень чувствительным к условиям повышенных вибраций и ударов, что может быть причиной самопроизвольных отключений выключателя.

Недостатком аналога следует считать и то, что конструкция ограничивает применение механической блокировки привода, функциональное значения которой не допустить включенного состояния выключателя в промежуточном (между рабочим и контрольным) положении в пределах шкафа КРУ.

Вышеперечисленные недостатки снижают его эксплуатационную надежность (с точки зрения степени защиты обслуживающего персонала), а соответственно ограничивают область применения таких выключателей.

Предлагаемое изобретение - это новый тип электромагнитного привода, в котором полностью отсутствуют недостатки, имеющиеся у аналога.

В основу изобретения поставлена задача создания такого типа электромагнитного привода с применением новых конструктивных и технологических решений, что позволяет устранить недостатки, имеющиеся у прототипа. При этом должны быть улучшены технико-экономические показатели и массо-габаритные параметры и достигнута высшая степень надежности в эксплуатации.

В основу предлагаемого изобретения, а именно электромагнитного привода вакуумного выключателя, положен принцип двухпозиционной магнитной системы электромагнитного привода. Якорь электромагнитного привода в двух крайних положениях ("включено" и "отключено") удерживается магнитным полем двух постоянных магнитов. Операции "включения" или "отключения" начнутся только тогда, когда силы удерживания постоянных магнитов будут аннулированы возбуждением одной из катушек электромагнитного привода.

Следовательно, поставленная задача достигается путем применения многофункционального электромагнитного привода, в котором при помощи катушек включения и отключения якорь привода перемещается из одного крайнего положения в противоположное, причем постоянные магниты двухпозиционного электромагнитного привода, выполненные из соединений редкоземельные металлы-железо-бор (РЗМ-Fe-B) или интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными металлами, образуют две магнитные цепи, так называемые "магнитные защелки", в которых надежно фиксируется якорь. При этом постоянные магниты установлены с ориентацией одноименных полюсов в сторону якоря, размещенного между этими постоянными магнитами, соосно с катушками включения и отключения и с зазором относительно магнитопровода в одной из катушек в зависимости от положения якоря. Кроме того, в электромагнитном приводе установлены из магнитомягкого материала: якорь, направляющие и магнитопровод, выполненный из шихтованных Ш-образных пластин, соединенных между собой верхней и нижней опорными пластинами.

Поставленная задача также достигается путем применения в электромагнитном приводе указателя положения выключателя, а также механизмов блокировки включения, отсутствующих у прототипа, и ручного отключения, реализуемых через вал выключателя у прототипа.

Применение в электромагнитном приводе данного изобретения позволяет обеспечить фиксацию якоря не только во включенном положении выключателя, как у прототипа, а и в отключенном при помощи двух магнитных защелок.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить создание высокотехнологичной унифицированной серии электромагнитных приводов с разными мощностями, необходимыми для создания новой серии вакуумных выключателей.

Кроме того, применение изобретения позволяет обеспечить механическую блокировку привода.

Следовательно, по мнению авторов такие конструктивные решения имеют преимущество перед существующими электромагнитными приводами вакуумных и других выключателей.

На фиг.1 изображено размещение электромагнитного привода в раме вакуумного выключателя;
на фиг.2 - электромагнитный привод вакуумного выключателя (вид сверху);
на фиг.3 - электромагнитный привод вакуумного выключателя (вид сбоку).

В раме вакуумного выключателя конструктивно размещен электромагнитный привод 1 (см. фиг.1), кинематически соединенный с валом выключателя 2. На раме размещен полюс вакуумного выключателя, состоящий из изоляционной тяги 3 с пружинами поджатия 4, гибкой токопроводящей связи 5, нижнего контакта 6, залитых в изоляционный корпус 7 ВДК 8 и верхнего контакта 9.

Конструктивно электромагнитный привод вакуумного выключателя (см. вид сверху фиг.2) состоит из следующих узлов из деталей: пластин магнитопровода 10, якоря 11, двух постоянных магнитов 12, штока включения 13, подшипников 14, стопорных шайб 15, оси 16, направляющей колодки включения 17, пластин фиксации направляющей колодки 18, пальцев 19, катушки включения 20 и катушки отключения 21, а также направляющей колодки отключения 22, роликов 23, пружины 24, вала механизма ручного отключения 25 и штока отключения 26.

Верхняя 27 и нижняя 28 опорные пластины (см. вид сбоку фиг.3) удерживают шихтованный магнитопровод. Кроме того, в состав привода входят механизм ручного отключения 29, механизм блокировки включения выключателя 30 со штоком 31 и пружиной 32. Удерживающая шпилька 33 дает возможность поддерживать промежуточный вал 34 с рычагами. Указатель положения выключателя 35 указывает положение выключателя и привода, в состав которого также входят опорные пластины 36 и 37 и направляющие 38 и 39.

Работа электромагнитного привода происходит следующим образом. Сила магнитного поля, созданная электромагнитным приводом, благодаря своим магнитным характеристикам перемещает подвижный якорь 11 (фиг.2) из одного положения в противоположное и при этом непосредственно через рычаги промежуточного вала 34 (фиг.3), вал выключателя 2 (фиг.1) и изоляционные тяги 3 (фиг.1) действуют на подвижные контакты ВДК 8 (фиг.1). Такая кинематическая схема обеспечивает минимальный износ ее элементов на протяжении всего срока эксплуатации вакуумного выключателя.

Постоянные магниты 12 (фиг.2) электромагнитного привода вакуумного выключателя 1 (фиг. 1) удерживают контакты ВДК 8 (фиг.1) в крайних положениях "включено" и "отключено" за счет вышеупомянутой системы "магнитной защелки", в основе которой лежит замыкание магнитной цепи включения или отключения соответственно якорем 11 (фиг.2).

Для включения выключателя необходимо через катушку включения 20 (фиг.2) пропустить постоянный ток, при котором сила действия в магнитной цепи включения, невзирая на большой зазор между якорем и магнитопроводом (см. фиг.2), превысит величину силы притяжения якоря в магнитной цепи отключения, где аналогичный зазор отсутствует.

При достижении величины "трогания" якорь 11 (фиг.2) электромагнитного привода 1 (фиг. 1) начинает двигаться с ускорением, приводя в движение всю кинематическую цепь выключателя. При этом изоляционные тяги полюсов 3 (фиг. 1), двигаясь вверх, замыкают контакты ВДК 8 (фиг.1). Якорь 11 (фиг.2) прекращает свое движение, выбрав вышеупомянутый "зазор", и фиксируется в этом положении "магнитной защелкой".

Чем меньше зазор между якорем 11 (фиг.2) и магнитопроводом 10 (фиг.2) магнитной цепи, тем больше сила притяжения постоянных магнитов 12 (фиг.2).

Результирующая сила удерживания составляет приблизительно 800 Н. Выключатель надежно фиксируется во включенном положении даже в условиях ударов и вибраций (что является недостатком электромагнитного привода вакуумного выключателя, взятого за прототип).

Следовательно, включение выключателя - это результат совместного действия магнитодвижущей силы катушки включения 20 (фиг.2) с током и действия постоянных магнитов 12 (фиг.2), имеющих большую энергоемкость.

Для отключения выключателя необходимо через катушку отключения 21 (фиг. 2) пропустить ток в направлении, при котором сила действия на якорь 11 (фиг. 2) превысит результирующую силу удерживания "магнитной защелки". Эта сила является разницей между силами притяжения постоянных магнитов 12 (фиг.2), атмосферного давления на ВДК 8 (фиг. 1) трех полюсов и силой трех групп пружин поджатия 4 (фиг.1) полюсов выключателя.

При этом, двигаясь, якорь 11 (фиг.2) электромагнитного привода замыкает собой магнитную цепь отключения привода и тем самым четко фиксирует выключатель в отключенном положении "магнитной защелкой", обеспечиваемой постоянными магнитами 12 (фиг.2) вакуумного выключателя. Соответственно операция завершается перемещением указателя положения 35 (фиг.3), размещенного на штоке включения 13 (фиг.2), и в окне фасадной перегородки выключателя появляется надпись "ОТКЛ". Существенным в конструкции электромагнитного привода является и то, что механизм блокировки выключателя 30 (фиг.3) позволяет через соответствующее отверстие в раме выключателя действовать на шток 31 (например, специальным механизмом выкатного элемента) и перемещать его в направляющих отверстиях электромагнитного привода и тем самым заблокировать якорь 11 (фиг.2), что соответственно не дает возможности включить выключатель (например, во время перемещения выключателя в шкафу КРУ).

Такой электромагнитный привод, созданный на СП РЗВА (г.Ровно), прошел все нормативные (электромеханические, коммутационные и пр.) испытания с вновь созданным вакуумным выключателем.

По мнению авторов такой электромагнитный привод вакуумного выключателя является необходимым для эксплуатационных организаций энергосетей народного хозяйства.

Источники информации
1. Афанасьев В.В., Якунин Э.Н. Приводы к выключателям и разъединителям высокого напряжения. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1982 г.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам вакуумных высоковольтных выключателей. Привод оснащен магнитными защелками, выполненными в виде двух магнитных цепей, удерживающих якорь в обоих крайних положениях, и состоит из якоря, катушек включения и отключения, шихтованного магнитопровода из магнитомягкого материала, постоянных магнитов с ориентацией одноименных полюсов в сторону якоря, при этом якорь размещен так, что его ось совпадает с осями катушек включения и отключения, а зазор находится между якорем и магнитопроводом в одной из катушек в зависимости от положения привода. В электромагнитном приводе дополнительно установлены промежуточный вал с рычагами, указатель положения и механизмы ручного отключения и блокировки включения выключателя. Технический результат - повышение технологичности и унификация конструкции привода. 3 ил.

Электромагнитный привод вакуумного выключателя, содержащий пластинчатый магнитопровод, якорь, установленный с возможностью перемещения из одного крайнего положения в противоположное, постоянные магниты, установленные в средней части магнитопровода по обеим сторонам от якоря относительно оси последнего и ориентированные одноименными полюсами в сторону якоря, катушки включения и отключения с зазором относительно магнитопровода в одной из катушек в зависимости от положения якоря, указатель положения выключателя и механизмы ручного отключения и блокировки включения выключателя, отличающийся тем, что он снабжен направляющей, при этом якорь, направляющие и магнитопровод выполнены из магнитомягкого материала и соединены между собой верхней и нижней опорными пластинами для обеспечения фиксации якоря не только во включенном положении выключателя, а и в отключенном, при этом механизм блокировки включения и механизм ручного отключения установлены между верхней и нижней опорными пластинами магнитопровода, а указатель положения выключателя - на штоке якоря.