РУБИЛЬНИК Российский патент 2006 года по МПК H01H21/54 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтным рубильникам (разъединителям), предназначенным для создания видимого разрыва в электрических цепях постоянного тока напряжением до 440 В и переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до 500 В.

Известен рубильник-предохранитель (Авт. свид. SU №121842, МКИ 6 H 01 H 21/54, 85/22, 1959 г.) с неподвижными размыкающими пружинящими контактами и перемещающейся траверсой, на которой установлены предохранители с ножевыми контактами.

Неподвижные размыкающие пружинящие контакты аналога с установленными на них пружинами и подвижные ножевые контакты являются признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Надежность соединения контактов аналога обеспечивается давлением металлической С-образной (кольцевой) пружины на губки размыкающего неподвижного пружинящего контакта. Длительная практика применения рубильников с неподвижными размыкающими пружинящими контактами выявила, что С-образная (кольцевая) пружина в процессе эксплуатации значительно разгибается, снижая давление на контакты, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению переходного сопротивления контактов и перегреву полюса рубильника, с опасностью термического разрушения полюса и возгорания прилежащих пожароопасных зон.

Известны коммутационные аппараты с неподвижными размыкающими пружинящими контактами, снабженными устройством для увеличения контактного давления в виде С-образной (кольцевой) пружины (Баптиданов Л.Н., Козис В.Л., Неклепаев Б.Н., Нечаев Б.В., Околович М.Н., Солдаткина Л.А., Тарасов В.И., Церазов А.Л. Электрические сети и станции (под редакцией Л.Н.Баптиданова). М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, §12-3. Контакты шин и аппаратов, стр.164-166, рис.12-9. Размыкающие контакты (а) - пружинящие).

Недостатком неподвижного размыкающего пружинящего контакта с С-образной (кольцевой) пружиной является низкая надежность соединения размыкающего контакта и введенного ножа, обусловленная тем, что С-образная (кольцевая) пружина в процессе эксплуатации значительно разгибается, снижая давление на контакты, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению переходного сопротивления контактов и их перегреву, с опасностью термического разрушения контактов и возгорания прилежащих пожароопасных зон.

Известен рубильник (Авт. свид. SU №51196, МКИ 6 Н 01 Н 21/54, 1937 г.) в двухполюсном исполнении с центральной рукояткой управления. Токопроводящая часть рубильника состоит из неподвижных размыкающих пружинящих контактов (на выводах), поворотных ножевых контактов и двух узлов контактного давления на каждый полюс в местах взаимодействия ножевого контакта с выводами. Первый узел - это скользящий неразъемный контакт соединения вывода с поворотным ножевым контактом, а второй узел - это неподвижный размыкающий пружинящий контакт с С-образной (кольцевой) пружиной (не показана на чертеже аналога), обеспечивающей необходимое давление губок неподвижного размыкающего пружинящего контакта на поверхность введенного ножа. Недостатком аналога является ненадежный неподвижный размыкающий пружинящий контакт, не обеспечивающий при длительной эксплуатации низкого уровня переходного сопротивления контакта из-за того, что С-образная (кольцевая) пружина в процессе эксплуатации значительно разгибается, снижая давление на контакты, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению переходного сопротивления контактов и перегреву полюса рубильника, с опасностью термического разрушения полюса и возгорания прилежащих пожароопасных зон.

За прототип принят наиболее близкий к совокупности существенных признаков - рубильник (Камнев В.Н. Монтаж устройств вторичной коммутации: Учеб. для сред. ПТУ - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1987, рис.18(б), с.27, 28) в трехполюсном исполнении с боковой рукояткой управления. Токопроводящая часть рубильника состоит из выводов, поворотных ножевых контактов и двух узлов контактного давления на каждый полюс в местах взаимодействия поворотного ножевого контакта с выводами. Первый узел - это скользящий неразъемный контакт соединения поворотного ножевого контакта с выводом, а второй узел - это неподвижный размыкающий пружинящий контакт с С-образной (кольцевой) пружиной, обеспечивающей давление губок неподвижного размыкающего пружинящего контакта на поверхность введенного поворотного ножевого контакта. Поворотные ножевые контакты соединены между собой траверсой из изоляционного материала, то есть, подвижные контакты закреплены на общей изоляционной траверсе. Траверса соединена с валом рукоятки через систему рычагов. Рубильник обеспечивает видимый разрыв подходящих к нему электрических цепей. При необходимости отключения токов нагрузки до 400 А и выше (Кузнецов Б.В., Сацукевич М.Ф. Справочное пособие заводского электрика. - Мн.: Беларусь, 1978, стр.154, табл.90. Технические данные рубильников и переключателей) на рубильник устанавливают дугогасящие камеры.

Прототип обладает следующими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения.

Во-первых, поворотные ножевые контакты;

во-вторых, два узла контактного давления на каждый полюс рубильника в местах взаимодействия поворотного ножевого контакта (ножа) с выводами (скользящий неразъемный контакт соединения ножа с выводом и неподвижный размыкающий пружинящий контакт на другом выводе рубильника);

в-третьих, установленное на губки неподвижного размыкающего пружинящего контакта устройство для увеличения контактного давления в виде пружин;

в-четвертых, органы управления, поворачивающиеся только на определенный угол, приводимые в действие непосредственно твердым телом (например, рукой).

Недостатком прототипа является ненадежный неподвижный размыкающий пружинящий контакт, не обеспечивающий при длительной эксплуатации низкого уровня переходного сопротивления контакта из-за того, что установленная на губках неподвижного размыкающего пружинящего контакта С-образная (кольцевая) пружина в процессе эксплуатации значительно разгибается, снижая давление на контакты, что в свою очередь приводит к недопустимому увеличению переходного сопротивления контактов и перегреву полюса рубильника, с опасностью термического разрушения полюса и возгорания прилежащих пожароопасных зон.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности соединения контактов рубильника за счет значительного уменьшения переходного сопротивления контактов, обусловливающего повышение термической стойкости рубильника и увеличение значения рабочего тока рубильника.

Технический результат достигается тем, что в рубильнике, содержащем на каждый полюс неподвижный размыкающий пружинящий контакт, снабженный устройством для увеличения контактного давления, нормального к плоскости соприкосновения контактов, и поворотный ножевой контакт, согласно изобретению, устройство для увеличения контактного давления, выполненное в виде металлических стержней со спиральными пружинами, расположено в месте соприкосновения поверхностей контактов на губках неподвижного размыкающего пружинящего контакта, а контактирующая часть поворотного ножевого контакта выполнена в виде прямоугольного выступа с размерами, обеспечивающими свободное его вхождение между стержнями со спиральными пружинами.

Новизна заявляемого устройства подтверждается его отличием от устройства-прототипа: измененной формой взаимодействующих частей контактов рубильника и конструкцией устройства, обеспечивающего увеличение контактного давления.

Анализ уровня техники показал, что признак, относящийся к форме выполнения поворотных ножей с прямоугольным выступом, для рубильников не известен.

Из уровня техники также не известно использование в рубильниках стержней с пружинами, расположенных в месте соприкосновения поверхностей контактов, в качестве устройств для увеличения контактного давления.

Известны коммутационные аппараты с размыкающими врубными контактами (Заявка SU №1582220, МКИ 5 Н 01 Н 1/42, Изобретения стран мира: Реферативная информация. Вып.127, №10, 1990 г.). На врубном контакте применено устройство для увеличения контактного давления в виде С-образной (кольцевой) пружины с пружинящей вставкой, что является признаком аналога, частично сходным с отличительным существенным признаком (спиральными пружинами) заявляемого устройства.

Данный аналог является попыткой улучшения неподвижных размыкающих пружинящих контактов с С-образными (кольцевыми) пружинами.

Недостатком аналога является низкая надежность соединения, обусловленная тем, что конструкция С-образной (кольцевой) пружины, разъединенная пружинящей вставкой, ослаблена ею из-за высокого риска выпадения вставки из узлов крепления с давящими на поверхность губок сегментами С-образной (кольцевой) пружины, с последующей полной утратой устройством для увеличения контактного давления своих функций. Это в свою очередь приведет к резкому увеличению переходного сопротивления, перегреву контактов с опасностью их термического разрушения и возгоранию прилежащих пожароопасных зон даже при значениях протекающих по контакту токов, соответствующих нормальному режиму работы коммутационных аппаратов, в которых данные контакты установлены.

Пружинящая вставка С-образной (кольцевой) пружины является самым ненадежным элементом врубного контакта, перегрев которого при протекании токов аварийных режимов приведет к перегреву вставки с последующей утратой ее упругости и выпадению вставки из узлов крепления с давящими на поверхность губок сегментами С-образной (кольцевой) пружины, с последующей полной утратой устройством для увеличения давления контактов своих функций.

Использование металлических стержней со спиральными пружинами известно, например, в высоковольтных коммутационных аппаратах (разъединителях, выключателях) в качестве устройства, обеспечивающего увеличение контактного давления, предотвращение колебаний контактов и взаимоудержание контактов после их соприкосновения (Заявка JP (12) В4 (11) 1-33007, МКИ 4 Н 01 Н 1/42, Изобретения стран мира: Реферативная информация. Вып.127, №4, 1990 г.).

В высоковольтных коммутационных аппаратах устройство, обеспечивающее увеличение контактного давления, удалено от поверхности соприкосновения контактов, из-за невозможности ввода поворотных ножевых контактов в губки неподвижных размыкающих пружинящих контактов, так как установленные на губках стержни препятствуют вводу ножа.

Удаленность устройства для увеличения контактного давления (с пружинами) от места соприкосновения поверхностей контактов требует для сохранения надежности работы коммутационного аппарата, во-первых, увеличения сечения контактной части, чтобы не допустить разгибания контактной части, например, пальцевого размыкающего контакта (Баптиданов Л.Н., Козис В.Л., Неклепаев Б.Н., Нечаев Б.В., Околович М.Н., Солдаткина Л.А., Тарасов В.И., Церазов А.Л. Электрические сети и станции (под редакцией Л.Н. Баптиданова). М. - Л., Госэнергоиздат, 1963, §12-3. Контакты шин и аппаратов, стр.165, рис.12-9. Размыкающие контакты (в) - пальцевые) при частых коммутациях с поворотным ножевым контактом, и, во-вторых, установку пружин увеличенного сечения для обеспечения уровня давления, нормального к плоскости соприкосновения контактов, эквивалентного при установке стержней с пружинами в месте соприкосновения поверхностей контактов.

Неочевидность установки в заявляемом рубильнике стержней с пружинами в качестве устройства для увеличения контактного давления обусловлена противоречием, которое состоит в том, что необходима установка пружин на стержнях, но они препятствуют вводу поворотного ножевого контакта в губки неподвижного размыкающего пружинящего контакта.

Проблема решена простым изменением формы контактной части поворотного ножевого контакта, а именно его выполнением с прямоугольным выступом с размерами, обеспечивающими свободное его вхождение между стержнями с пружинами.

Таким образом, устраняется необходимость установки устройства для увеличения контактного давления на удалении от поверхности соприкосновения контактов, что увеличивает надежность соединения контактов рубильника.

Изобретательский уровень состоит также в преодолении стереотипа при решении задачи создания надежного термостойкого рубильника, работающего без перегрева при протекании по нему токов коротких замыканий аварийных режимов за счет низкого значения переходного сопротивления контактов. Упругие силы спиральных пружин рассчитаны на преодоление значительных электродинамических сил, обусловленных токами коротких замыканий, размыкающих контактное соединение рубильника при протекании по губкам неподвижного размыкающего пружинящего контакта, что обуславливает надежное соединение контактов рубильника.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 представлен вид сбоку поворотного ножевого контакта с прямоугольным выступом;

на фиг.2 представлен вид спереди одного полюса рубильника в замкнутом состоянии поворотного ножевого контакта (ножа) и неподвижного размыкающего пружинящего контакта (с поверхностной формой токосъемных частей, то есть, введенная часть ножа соприкасается с губками всей поверхностью), с устройством, обеспечивающим увеличение контактного давления, предотвращение колебаний контактов и взаимоудержание контактов после их соприкосновения, в виде двух металлических стержней со спиральными пружинами;

на фиг.3 представлен вид сбоку полюса рубильника в замкнутом состоянии поворотного ножевого контакта (ножа) и неподвижного размыкающего пружинящего контакта;

на фиг.4 представлен вид сверху полюса рубильника в замкнутом состоянии поворотного ножевого контакта (ножа) и неподвижного размыкающего пружинящего контакта.

Рубильник на каждый полюс имеет металлические (например, медные) поворотный ножевой контакт (нож) 1 с контактирующей частью в виде прямоугольного выступа, неподвижный размыкающий пружинящий контакт 2 и устройство для увеличения контактного давления, состоящее из металлических (например, стальных) стержней, например, болтов 3 с гайками 4, и спиральных пружин 5, передающих давление на губки неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2 через шайбы 6. Устройство для увеличения контактного давления расположено в месте соприкосновения поверхностей контактов, то есть перпендикулярно к контактной поверхности губок неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2. Между губками неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2 на болтах 3 установлены металлические втулки 7, препятствующие полному смыканию губок неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2 при отключении рубильника, что облегчает ввод поворотного ножевого контакта 1 при включении рубильника и снижает износ контактов.

Отходящие от рубильника токоведущие части (шины, провода и т.п.) присоединены к неподвижному размыкающему пружинящему контакту посредством, например, болтового соединения (на чертежах не показано), для которого предусмотрено отверстие 8 в конструкции неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2.

Включают рубильник поворотом рукоятки и вала (на чертежах не показаны). Движение через систему рычагов передается траверсе с закрепленными на ней поворотными ножевыми контактами (ножами) 1. Ножи 1 вращаются с центром вращения в точке крепления к выводам и входят в губки 2 неподвижных размыкающих контактов. Процесс включения ограничивается перемещением поворотного ножевого контакта 1 до соприкосновения с металлическими стержнями 3, при этом его прямоугольный выступ входит между губками неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2 и стержнями 3 с пружинами 5.

Увеличение значения номинального рабочего тока рубильника обусловлено увеличением термической стойкости токоведущих частей рубильника за счет уменьшения переходного сопротивления контактирующих частей поворотного ножевого контакта 1 в виде прямоугольного выступа и губок неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2, обусловленного значительными усилиями пружин 5, сжимающих губки. Упругие силы спиральных пружин 5 рассчитаны на преодоление значительных электродинамических сил, обусловленных токами коротких замыканий, размыкающих контактное соединение рубильника при протекании по губкам неподвижного размыкающего пружинящего контакта 2.

Отключают рубильник поворотом рукоятки и вала в противоположную сторону с ограничением размеров системы рычагов, соединяющих вал и траверсу.

Изобретение относится к низковольтным рубильникам (разъединителям), предназначенным для создания видимого разрыва в электрических цепях постоянного тока напряжением до 440 В и переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до 500 В. Технический результат - повышение надежности соединения контактов рубильника за счет снижения переходного сопротивления контактов, что повышает термическую стойкость рубильника и увеличивает значение рабочего тока рубильника. Рубильник содержит на каждый полюс неподвижный размыкающий пружинящий контакт, снабженный устройством для увеличения контактного давления, нормального к плоскости соприкосновения контактов, и поворотный ножевой контакт. Устройство для увеличения контактного давления выполнено в виде металлических стержней со спиральными пружинами и расположено в месте соприкосновения поверхностей контактов на губках неподвижного размыкающего пружинящего контакта. Контактирующая часть поворотного ножевого контакта выполнена в виде прямоугольного выступа с размерами, обеспечивающими свободное его вхождение между стержнями со спиральными пружинами. 4 ил.

Рубильник, содержащий на каждый полюс неподвижный размыкающий пружинящий контакт, снабженный устройством для увеличения контактного давления, нормального к плоскости соприкосновения контактов, и поворотный ножевой контакт, отличающийся тем, что устройство для увеличения контактного давления, выполненное в виде металлических стержней со спиральными пружинами, расположено в месте соприкосновения поверхностей контактов на губках неподвижного размыкающего пружинящего контакта, а контактирующая часть поворотного ножевого контакта выполнена в виде прямоугольного выступа с размерами, обеспечивающими свободное его вхождение между стержнями со спиральными пружинами.