ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2004 года по МПК H01H33/666 H01H33/42 

Изобретение относится к электротехнике и касается конструкций вакуумных выключателей, предназначенных для использования в ячейках КРУ.

Известен выключатель с электромагнитным приводом (патент РФ №2145746, Н 01 Н 33/66, Н 01 Н 33/38), содержащий питающийся выпрямленным током электромагнит включения, шток, закрепленный на якоре электромагнита включения, двуплечий рычаг с роликом на одном конце и шарниром на другом, вал, жестко связанный с рычагом, тягу, связанную через пружину поджатия с подвижным контактом дугогасительной камеры. Две защелки с соответствующими пружинами установлены с возможностью фиксации во включенном положении, при этом одна из защелок выполнена в виде двуплечего рычага, одно плечо которого связано с электромагнитом, а другое - с другой защелкой. Пружина отключения связана с двуплечим рычагом. Выключатель также содержит пружину, связанную с якорем электромагнита включения.

При включении выключателя шток через ролик воздействует на один конец двуплечего рычага, который другим концом через шарнир воздействует на тягу и через пружину поджатия передает движение подвижному контакту дугогасительной камеры. происходит замыкание контактов камеры, посадка ролика на соответствующую защелку и фиксация включенного положения выключателя другой защелкой.

Отключение выключателя происходит при подаче команды на электромагнит отключения, который воздействует свои штоком на одну из защелок, под действием пружины отключения и пружины поджатия происходит отскок другой защелки. Привод снова готов к включению.

Пружины защелок служат для обеспечения их возврата в рабочее положение, пружина, связанная с якорем электромагнита включения, служит для возврата якоря после прекращения питания катушки электромагнита.

Недостатком известного выключателя является сложность его шарнирно-рычажного операционного механизма, содержащего значительное количество рычагов, пружин и защелок, снижающее надежность и стабильность его работы, а также снижающее быстродействие привода выключателя.

Кроме того. шарнирно-рычажный операционный механизм известного выключателя имеет развитую пространственную структуру, вследствие чего использование выключателя в ячейках КРУ нерационально, поскольку габариты таких установок будут значительными.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением - повышение надежности работы и быстродействия вакуумного выключателя; а также снижение массогабаритных характеристик выключателя.

Поставленная задача решается тем, что в вакуумном выключателе, содержащем изоляционный корпус, жестко соединенный с опорной рамой выключателя, вакуумную дугогасительную камеру, изоляционную тягу. соединяющую подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры с электромагнитным приводом выключателя через устройство пружинного поджатия контактов, электромагнитный привод включает электромагниты включения и отключения, пружину отключения и шарнирно-рычажный операционный механизм, шток электромагнита включения установлен с возможностью взаимодействия с одним из подвижных рычагов операционного механизма, электромагнитный привод частично размещен в полости изоляционного корпуса, корпус операционного механизма жестко соединен с опорной рамой выключателя, операционный механизм содержит, как минимум, три последовательно соединенных подвижных рычага, при этом выходной рычаг операционного механизма связан одновременно с изоляционной тягой и с пружиной отключения электромагнитного привода, подвижные рычаги операционного механизма во включенном положении выключателя установлены в положении, близком к “мертвому”.

В заявляемом выключателе электромагнит включения может быть размещен на боковой стороне корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса выключателя, при этом угол, образованный осью выключателя и осью электромагнита включения, составляет от 30 до 90 градусов.

В заявляемом выключателе электромагнит отключения и пружина отключения могут быть жестко соединены с боковой стороной корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса выключателя.

Проблема электрической прочности внешней изоляции вакуумной дугогасительной камеры решена с помощью дополнительной изоляционной покрышки - изоляционного корпуса. Внутри корпуса размещены все основные функциональные узлы вакуумного выключателя - вакуумная дугогасительная камера, изоляционная тяга. соединяющая подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры с электромагнитным приводом, устройство пружинного поджатия контактов. Изоляционный корпус жестко закреплен на опорной раме выключателя.

Поскольку вакуумный выключатель, согласно предлагаемому техническому решению, предназначен для использования в ячейках КРУ (комплектных распределительных устройств), т.е. предназначен для использования в закрытых от внешнего атмосферного воздействия помещениях, предоставляется возможность выполнить изоляционный корпус таким образом, чтобы часть электромагнитного привода размещалась бы в полости изоляционного корпуса, например, выполнив в изоляционном корпусе вырыв. При этом, естественно, во внутреннюю полость изоляционного корпуса будет попадать воздух из внутреннего помещения ячейки КРУ. Внутри ячейки КРУ поддерживаются необходимые и безопасные для функционирования выключателя влажность воздуха и температурный режим, следовательно, такое выполнение изоляционного корпуса является безопасным при функционировании выключателя на средних напряжениях (например, 27, 5 кВ).

Размещение части электромагнитного привода в полости изоляционного корпуса, позволит максимально приблизить электромагнитный привод к выключателю, т.е. позволит минимизировать габаритные размеры выключателя.

В состав электромагнитного привода входит шарнирно-рычажный операционный механизм, корпус которого жестко соединен с опорной рамой выключателя.

Операционный механизм выполнен, как минимум, четырехзвенным и содержит три подвижных звена - три последовательно соединенных подвижных рычага, и одно неподвижное звено - корпус операционного механизма. Выходной рычаг одновременно связан с изоляционной тягой и с пружиной отключения, для этого выходной рычаг выполняют трехплечим. При этом первый рычаг, второй промежуточный рычаг и первое плечо выходного рычага являются запирающими звеньями операционного механизма. При управлении работой выключателя осуществляют воздействие на запирающие звенья операционного механизма для того, чтобы включить или выключить выключатель. Запирающие звенья операционного механизма при включении выключателя устанавливаются в положение, близкое к “мертвому”, обеспечивая запертое состояние операционного механизма (при включенном состоянии выключателя), из которого он выходит только при освобождении этих звеньев от воздействия штока электромагнита включения.

Выходной рычаг выполнен таким образом, что его второе и третье плечо связаны соответственно с изоляционной тягой и с пружиной отключения, а первое плечо выходного рычага, как уже отмечалось, является одним из запирающих звеньев операционного механизма, на которые осуществляется воздействие при управлении работой выключателя.

Таким образом, обеспечено максимальное сближение зон, в которых возникает сила (изоляционная тяга), и зон управления (воздействия). Т.е. управление осуществляется там, где возникает сила, что, во-первых, повышает КПД электромагнитного привода и быстродействие выключателя, а во-вторых, позволяет максимально снизить габаритные размеры выключателя, что является актуальным при выполнении выключателя для размещения в ячейках КРУ.

Наличие в операционном механизме минимального количества рычагов и передаточных звеньев позволяет также значительно снизить массу выключателя.

Управление выключателем осуществляется посредством штока электромагнита включения. Для этого электромагнит включения размещают на боковой стороне корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса. Шток электромагнита включения установлен с возможностью взаимодействия с одним из подвижных рычагов операционного механизма (с одним из запирающих звеньев). При этом подвижные рычаги операционного механизма выключателя установлены в положении, близком к “мертвому”, осуществляя, таким образом, кинематическое запирание операционного механизма во включенном положении. В таком положении подвижные рычаги удерживаются штоком электромагнита включения. При воздействии штока электромагнита включения на один из подвижных рычагов операционного механизма выходной рычаг начинает движение и осуществляет одновременное воздействие на изоляционную тягу, соединенную с подвижным контактом вакуумной дугогасительной камеры, и сжатие пружины отключения. В конце движения выходной рычаг максимально сжимает пружину отключения, а контакты вакуумной дугогасительной камеры замкнуты, удерживаемые в таком положении изоляционной тягой.

При отключении выключателя шток электромагнита включения приходит в движение на отключение, освобождая рычаги операционного механизма. Под действием отключающей пружины, которая стремится разжаться, рычаги операционного механизма приходят в движение. Разогнанные массы рычагов производят удар по изоляционной тяге, размыкая контакты вакуумной дугогасительной камеры. Изоляционная тяга движется вниз, контакты разводятся.

Для того чтобы обеспечить надежное и оптимальное с точки зрения быстродействия функционирование электромагнитного привода, электромагнит включения размещают на боковой стороне корпуса операционного механизма, при этом угол, образованный осью электромагнита включения и осью выключателя, составляет от 30 до 90 градусов. Такое размещение электромагнита включения позволит оптимальным образом разместить электромагнитный привод, максимально приблизив зону возникновения силы (изоляционная тяга) и зону воздействия (управления) - подвижные рычаги операционного механизма.

Размещение электромагнита включения, электромагнита отключения и пружины отключения на боковой стороне корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса выключателя, является целесообразным с точки зрения обеспечения устойчивости выключателя при его эксплуатации. Такое размещение элементов электромагнитного привода приводит к тому, что вся система - с одной стороны размещенные в изоляционном корпусе вакуумная дугогасительная камера, изоляционная тяга и устройство поджатия контактов, а с другой стороны - электромагнитный привод, включающий шарнирно рычажный операционный механизм, электромагниты включения и отключения и пружину отключения, образуют жесткую V-образную конструкцию. При включении и отключении выключателя усилия, возникающие в каждом плече этой V-образной конструкции, имеют противоположные направления и, тем самым, уравновешивают друг друга. Поэтому при эксплуатации выключателя обеспечивается устойчивое равновесное положение изоляционного корпуса и размещенных в нем вакуумной дугогасительной камеры, изоляционной тяги и устройства поджатия контактов, что повышает надежность конструкции выключателя. Повышается прочность и устойчивость всей системы.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков технического решения, касающегося конструкции вакуумного выключателя внутренней установки, позволяет значительно снизить массогабаритные показатели выключателя за счет уменьшения количества рычагов и передаточных звеньев операционного механизма, за счет максимального приближения электромагнитного привода к выключателю.

Кроме того, за счет того, что управляющее воздействие на рычаги операционного механизма осуществляется там, где возникает сила, подлежащая управлению (изоляционная тяга), повышено быстродействие выключателя. При этом минимальное количество рычагов и передаточных звеньев операционного механизма значительно повышает КПД электромагнитного привода.

Из уровня техники не выявлено решений, касающихся конструкции вакуумных выключателей внутренней установки, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности - “новизна”.

Заявленная совокупность признаков заявляемого изобретения, позволяющих существенно снизить массогабаритные показатели вакуумных выключателей внутренней установки, повысить их быстродействие по сравнению с известными из уровня техники, позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен заявляемый вакуумный выключатель внутренней установки в разрезе.

На фиг.2 изображен шарнирно-рычажный операционный механизма вакуумного выключателя.

Вакуумный выключатель внутренней установки (фиг.1) содержит установленные на опорной раме 1 изоляционный корпус 2 и корпус 3 операционного механизма. В изоляционном корпусе 1 размещены вакуумная дугогасительная камера 4, изоляционная тяга 5, соединяющая подвижный контакт (не показан) вакуумной дугогасительной камеры 4 через устройство пружинного поджатия контактов с электромагнитным приводом. Устройство пружинного поджатия контактов выполнено в виде стакана 6 и помещенной внутри него пружины 7 поджатия. Электромагнитный привод содержит электромагнит 8 включения и электромагнит 9 отключения, пружину 10 отключения и шарнирно-рычажный операционный механизм. Электромагнит 8 включения жестко установлен на боковой поверхности корпуса 3 операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса 2, и содержит шток 11, имеющий возможность воздействовать на подвижные рычаги операционного механизма. Выходной рычаг 12 операционного механизма соединен с пружиной 10 отключения, а также с изоляционной тягой 5 через стакан 6 устройства пружинного поджатия контактов. Шток 11 связан с якорем 13 электромагнита 8 включения.

Шарнирно-рычажный операционный механизм (фиг.2) является четырехзвенным и содержит три подвижных звена - рычаги 12, 14, 15 и одно неподвижное звено, которым является корпус 3 операционного механизма. Корпус 3 операционного механизма выполнен в виде двух опорных швеллеров 16, между которыми размещены рычаги 12, 14, 15. Оси 17 и 18 вращения соответственно рычага 15 и выходного рычага 12 прикреплены к внутренним боковым поверхностям швеллеров 16. Выходной рычаг 12 выполнен трехплечим, при этом его первое плечо соединено с рычагом 14 и является одним из запирающих звеньев операционного механизма. Запирающими звеньями являются также рычаги 14 и 15. Второе плечо выходного рычага 12 соединено с изоляционной тягой 5 через стакан 6. а третье плечо соединено с пружиной 10 отключения.

Вакуумный выключатель внутренней установки работает следующим образом.

При подаче сигнала на включение якорь 13 электромагнита включения втягивается. При этом шток 11 воздействует на рычаг 15 операционного механизма. Рычаг 15 приходит в движение и через рычаг 14 передает движение на выходной рычаг 12, который одновременно поджимает пружину 10 отключения и приводит в движение через стакан 6 изоляционную тягу 5, соединенную с подвижным контактом дугогасительной камеры 4. После замыкания контактов дугогасительной камеры 4 продолжающееся движение выходного рычага 12 приводит к сжатию пружины 7 поджатия контактов. В конце движения запирающие рычаги 12, 14 и 15 становятся в положение, близкое к “мертвому”, осуществляя кинематическое запирание операционного механизма во включенном положении.

При отключении выключателя якорь 13 приходит в движение на отключение, освобождая запирающие рычаги 12, 14 и 15. Рычаги 12, 14 и 15 и стакан 6, в котором находится пружина 7 отключения, приходят в движение на отключение. Под действием предварительно сжатых пружины 7 поджатия контактов и пружины 10 отключения рычаги разгоняются. Под воздействием масс рычагов 12, 14 и 15 и стакана 6 производится удар по изоляционной тяге 5, при этом сварившиеся контакты вакуумной дугогасительной камеры 4 отрываются друг от друга. Изоляционная тяга 5 приходит в движение, контакты разводятся.

Изобретение относится к электротехнике и касается конструкций вакуумных выключателей, предназначенных для использования в ячейках КРУ. Технический результат - повышение надежности работы и быстродействия, а также снижение массогабаритных характеристик выключателя. Вакуумный выключатель содержит изоляционный корпус, жестко соединенный с опорной рамой выключателя, вакуумную дугогасительную камеру с контактами, подвижный контакт которой соединен с частично размещенным в полости изоляционного корпуса электромагнитным приводом. Шток электромагнита включения привода установлен с возможностью взаимодействия с одним из подвижных рычагов операционного механизма. Операционный механизм содержит, как минимум, три последовательно соединенных подвижных рычага. Выходной рычаг операционного механизма связан одновременно с изоляционной тягой и с пружиной отключения электромагнитного привода. Подвижные рычаги операционного механизма во включенном положении выключателя установлены в положении, близком к "мертвому". 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вакуумный выключатель внутренней установки, содержащий изоляционный корпус, жестко соединенный с опорной рамой выключателя, вакуумную дугогасительную камеру, изоляционную тягу, соединяющую подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры с электромагнитным приводом выключателя через устройство пружинного поджатия контактов, электромагнитный привод включает электромагниты включения и отключения, пружину отключения и шарнирно-рычажный операционный механизм, шток электромагнита включения установлен с возможностью взаимодействия с одним из подвижных рычагов операционного механизма, отличающийся тем, что электромагнитный привод частично размещен в полости изоляционного корпуса, корпус операционного механизма жестко соединен с опорной рамой выключателя, операционный механизм содержит как минимум три последовательно соединенных подвижных рычага, при этом выходной рычаг операционного механизма связан одновременно с изоляционной тягой и с пружиной отключения электромагнитного привода, подвижные рычаги операционного механизма во включенном положении выключателя установлены в положении, близком к "мертвому".2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что электромагнит включения размещен на боковой стороне корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса выключателя, при этом угол, образованный осью выключателя и осью электромагнита включения, составляет от 30 до 90°.3. Выключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что электромагнит отключения и пружина отключения жестко соединены с боковой стороной корпуса операционного механизма, обращенной наружу изоляционного корпуса выключателя.