ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H01H33/666 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям вакуумных выключателей.

Известен вакуумный выключатель с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК), электромагнитным приводом, отключающими пружинами и пружинами поджатия [1].

Кинематическая схема его включает в себя большое количество нагруженных узлов трения, что является причиной низкой надежности и ресурса аппарата.

Наиболее близким по конструкции является вакуумный выключатель серии TEL, содержащий основание, вакуумные камеры с контактами, контактные терминалы и токосъем, опорную и тяговую изоляцию, пофазные приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, содержащие статор, якорь и обмотку, и общий синхронизирующий вал [2].

Недостатками данной конструкции являются значительная длина тягового изолятора, относительно высокое сопротивление подвижного токопроводящего элемента (гибкий токосъем), сложность магнитной системы приводов, невысокие токовые параметры как следствие затруднения естественного охлаждения контактных терминалов, трудности ручного отключения и дистанционной механической индикации положения главных контактов, сложности подключения розеточных контактов и проектирования механизмов блокировки для различных вариантов проектов подстанции.

Изобретение решает задачу создания выключателя уменьшенных габаритов и стоимости при повышении основных эксплуатационных параметров.

Техническим результатом применения заявленного изобретения являются: уменьшение длины тягового изолятора, снижение сопротивления подвижного токопроводящего элемента, упрощение и удешевление магнитной системы привода, повышение токовых параметров выключателя за счет улучшения охлаждения контактных терминалов, снижение усилия ручного отключения, обеспечении дистанционной механической индикации главных контактов, подключения розеточных контактов и их упрощенного конструктива, облегчение задачи подключения блокировочных механизмов.

Сущность изобретения состоит в том, что вакуумный выключатель содержит основание, вакуумные камеры с контактами, контактные терминалы и токосъем, опорную и тяговую изоляцию, пофазные приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, содержащие статор, якорь и обмотку, и общий синхронизирующий вал, причем статор пофазного привода, обращенный к контактному терминалу подвижного контакта, покрыт неподвижной твердой изоляцией, которая выполнена с трубчатым фрагментом, а часть тяговой изоляции представляет собой изоляционный стакан, внутри которого соосно размещен указанный трубчатый фрагмент неподвижной твердой изоляции.

Предпочтительно в качестве подвижного токосъема использованы упругие проводящие спирали, установленные в зазоре между втулкой подвижного контакта и терминалом подвижного контакта с возможностью перекатывания между их поверхностями, как минимум одна из которых является зубчатой, и зубья ориентированы в направлении движения, причем между зубьями расположены по два витка упомянутых спиралей.

Кроме того, в частных случаях исполнения магнитные системы приводов представляют собой две чашки из магнитотвердого материала с расположенной внутри катушкой, причем одна чашка закреплена к основанию выключателя, а другая - к тяговому изолятору, контактные терминалы изготовлены из алюминиевого сплава экструзионным способом с последующей механической обработкой.

Одновременно выключатель снабжен генератором ручного отключения, представляющим собой замкнутую магнитную систему с возможностью механического размыкания ее, включающую постоянный магнит и катушку, электрически соединенную с катушками приводов выключателя, а кнопка ручного отключения жестко соединена с якорем магнитной системы указанного генератора так, что направление оперирования соответствует направлению размыкания его магнитной системы, а также снабжен выносным индикатором состояния выключателя, связанным с механизмом синхронизирующего вала выключателя посредством гибкой связи в виде тросика в оболочке, снабжен розеточными контактами с сепараторами из алюминиевого сплава, изготовленными методом экструции, и снабжен блокировочным валом с кулачком механического размыкания и блокирования привода в отключенном положении и рычагом электрической блокировки.

Технический результат определяется тем, что в заявленном выключателе тяговая изоляция реализована так, что детали, находящиеся под разным потенциалом, покрыты изоляцией.

При этом тяговый изолятор и неподвижный изоляционный трубчатый фрагмент реализуют лабиринтный воздушный зазор между высоким потенциалом и землей таким образом, что путь пробоя по воздуху имеет участки, направленные встречно действию электрического поля.

Спиральные токопроводящие элементы, перекатывающиеся при работе выключателя между подвижной и неподвижной поверхностями, создают постоянный многоточечный контакт, так как каждый полувиток является отдельным проводником, что позволяет достичь низких значений переходного сопротивления.

Магнитная система приводов, состоящая из двух чашеобразных деталей из магнитотвердого материала, позволяет реализовывать простой и надежный привод с магнитной защелкой.

Изготовление контактных терминалов методом экструзии с последующим отрезанием от профиля фрагментов необходимой длины значительно снижает стоимость конечного изделия по сравнению с другими способами получения деталей, например литья.

Применение генератора ручного отключения облегчает проектирование распред. устройств, так как генератор механически не связан с выключателем и может быть установлен в любом удобном месте, как и выносной индикатор положения главных контактов.

Экструзионный метод изготовления с последующим отрезанием фрагментов необходимой длины значительно снижает стоимость сепараторов розеточных контактов. Применение блокировочного вала позволяет решать задачи блокировки без механических нагрузок на синхронизирующий вал в процессе оперирования выключателя.

На фиг.1 изображен общий вид выключателя, на фиг.2 - осевой разрез модуля одной из фаз во включенном положении выключателя, на фиг.3 - в отключенном положении выключателя; на фиг.4 - контактные терминалы; на фиг.5 - принцип контактирования спирального токосъема в случаях одной и двух зубчатых поверхностей; на фиг.6 - осевой разрез генератора ручного отключения; на фиг.7 - конструкция розеточного контакта.

Выключатель состоит из фазных модулей, установленных на металлическом основании 1, внутри которого расположены приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, состоящие из статора 2, якоря 3 и катушки 4, а также пружина отключения 5, синхронизирующий и блокировочный валы 6, 7, соответственно, блок контактов. На конце блокировочного вала 7 расположен кулачок 8. Фазные модули состоят из опорных изоляторов 9 с расположенными внутри вакуумными камерами 10, залитыми в силиконовую резину, контактными терминалами 11, 12, пружиной 13 поджатия и тяговыми изоляторами 14.

Статор привода 2, обращенный к контактному терминалу 11, покрыт твердой изоляцией 15 с трубчатым фрагментом 16. Спиральные токопроводящие элементы 17 расположены в зазоре между контактным терминалом 11 и втулкой 18 подвижного контакта. Индикатор 19 положения контактов выключателя (“Вкл.” или “Откл.”) соединен с синхронизирующим валом 6 посредством тросика в оболочке. Генератор 20 ручного отключения представляет собой замкнутую магнитную систему с подвижным якорем 21, постоянным магнитом 22 и катушкой 23 электрически соединенную с обмотками катушек приводов 4. Кнопка 24 ручного отключения жестко связана с якорем 21. Розеточные контакты 25 состоят из сепараторов 26, ламелей 27 и пластинчатых пружин 28.

Устройство работает следующим образом. При подаче импульса тока на катушки приводов 4 происходит замыкание статора 2 и якоря 3, сопровождающееся сжатием пружин отключения 5 и поджатия 13 и собственно замыкание контактов вакуумных камер 10. Статор 2 и якорь 3 могут оставаться в замкнутом положении сколь угодно долго, так как они изготовлены из магнитотвердого материала и в них имеется остаточный магнитный поток. При подаче на катушки 4 импульса тока обратной последовательности происходит “сброс” привода с магнитной защелки и под действием пружин 5 и 13 привод возвращается в положение, изображенное на фиг.3, контакты вакуумных камер 10 размыкаются. В процессе оперирования приводов синхронизирующий вал поворачивается на определенный угол, перемещая индикатор 19 из одного положения в другое. Кроме того, поворот вала вызывает срабатывание блок контактов (на рисунке не показаны). При перемещении подвижных контактов вакуумных камер 10 и втулок 18 происходит перекатывание спиральных токопроводящих элементов 17 между элементами 18 и 11, обеспечивая постоянный контакт между ними. На фиг.3 стрелками показаны усилия контактных нажатий витков упругих спиральных токопроводящих элементов в случаях одной (а) или двух (б) зубчатых поверхностей.

Принцип лабиринтной изоляции показан на фиг.2, где стрелками обозначен возможный путь пробоя по воздуху между терминалом 11 и деталями, находящимися под потенциалом земли.

Ручное отключение при отсутствии оперативного питания может быть произведено генератором ручного отключения 20 путем перемещения его якоря 21 надавливанием на кнопку 24, что вызовет размыкание магнитной системы, включающей постоянный магнит 22, и наведение импульса тока в катушке 23 генератора ручного отключения 20, подаваемого на катушки приводов 4, вызывающего “сброс” последних с магнитной защелки.

Ручное отключение может также быть произведено механическим размыканием статора 2 и якоря 3 поворотом блокировочного вала 7, который своим кулачком 8 отрывает якорь 3 от статора 2. Поворот блокировочного вала 7 производится на 90° и его конструкция реализована таким образом, что он может находиться только в одном из двух стабильных положений фиг.2 и фиг.3.

Перещелкивание блокировочного вала 7 из положения фиг.2 в положение фиг.3 сопровождается размыканием цепей приводов (электрическая блокировка не показана), механическим размыканием приводов, если они были замкнуты, механическим блокированием приводов от включения, на случай выхода из строя электрической блокировки.

Экструзионный метод изготовления деталей 11, 12, 26 сложной пространственной формы позволяет значительно снизить стоимость заявленного выключателя. Контактные терминалы 11 и 12 являются также радиаторами естественного конвекционного охлаждения выключателя, что позволяет повысить предел номинального тока.

Многоконтактный спиральный токосъем 17 позволяет получить низкие значения переходного сопротивления, недостижимые для других конструкций подобных габаритов.

Генератор ручного отключения 20 и индикатор положения контактов 19 могут быть установлены в любом удобном месте, так как жестко механически не связаны с выключателем.

Применение блокировочного вала позволяет проектировать простые и надежные системы блокировки для любого типа комплектных распределительных устройств.

Таким образом, в результате изобретения создан выключатель уменьшенных габаритов и стоимости при повышении основных эксплуатационных параметров.

Источники информации

1. SU №1552250 М. кл. Н 01 Н 33/66, 1990.

2. RU №2020631 М. кл. Н 01 Н 33/66, 1992 (прототип).

Изобретение относится к области электротехники. Вакуумный выключатель состоит из фазных модулей, установленных на металлическом основании, внутри которого расположены приводы с магнитной защелкой, синхронизирующий и блокировочный валы, блок контакты. Фазные модули состоят из опорных изоляторов с расположенными внутри вакуумными камерами, контактными терминалами и тяговыми изоляторами. Формы тягового изолятора и неподвижного изоляционного трубчатого фрагмента создают лабиринтный воздушный зазор между контактными терминалами и основанием, повышая электропрочность промежутка. Упругие проводящие спирали при работе выключателя перекатываются в кольцевом зазоре межу терминалом и втулкой подвижного контакта, создавая многоточечный контакт высокой проводимости. Технический результат - уменьшение габаритов и стоимости при повышении основных эксплуатационных параметров. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вакуумный выключатель, содержащий основание, вакуумные камеры с контактами, контактные терминалы и токосъем, опорную и тяговую изоляцию, пофазные приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, содержащие статор, якорь и обмотку, и общий синхронизирующий вал, отличающийся тем, что статор пофазного привода, обращенный к контактному терминалу подвижного контакта, покрыт неподвижной твердой изоляцией, которая выполнена с трубчатым фрагментом, а часть тяговой изоляции представляет собой изоляционный стакан, внутри которого соосно размещен указанный трубчатый фрагмент неподвижной твердой изоляции.2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве подвижного токосъема использованы упругие проводящие спирали, установленные в зазоре между втулкой подвижного контакта и терминалом подвижного контакта с возможностью перекатывания между их поверхностями, как минимум одна из которых является зубчатой, и зубья ориентированы в направлении движения, причем между зубьями расположены по два витка упомянутых спиралей.3. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что магнитные системы приводов представляют собой две чашки из магнитотвердого материала с расположенной внутри катушкой, причем одна чашка закреплена к основанию выключателя, а другая - к тяговому изолятору.4. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что контактные терминалы изготовлены из алюминиевого сплава экструзионным способом с последующей механической обработкой.5. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что он снабжен генератором ручного отключения, представляющим собой замкнутую магнитную систему с возможностью механического размыкания ее, включающую постоянный магнит и катушку, электрически соединенную с катушками приводов выключателя, а кнопка ручного отключения жестко соединена с якорем магнитной системы указанного генератора так, что направление оперирования соответствует направлению размыкания его магнитной системы.6. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что он снабжен выносным индикатором состояния выключателя, связанным с механизмом синхронизирующего вала выключателя посредством гибкой связи в виде тросика в оболочке.7. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что снабжен розеточными контактами с сепараторами из алюминиевого сплава, изготовленными методом экструции.8. Выключатель по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что снабжен блокировочным валом с кулачком механического размыкания и блокирования привода в отключенном положении и рычагом электрической блокировки.