ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК H01H33/662 

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкций вакуумных выключателей, преимущественно наружной установки.

Известен вакуумный выключатель по патенту РФ №2126184, включающий, по меньшей мере, одну вакуумную дугогасительную камеру, установленную горизонтально в заполненном диэлектриком резервуаре, неподвижный контакт которой связан с одним вводом выключателя, а подвижный контакт соединен гибкой связью с другим вводом и посредством механизма поджатая контактов с механизмом управления камерой. При этом вводы снабжены токоведущими кронштейнами, жестко соединенными между собой изоляционными элементами, вакуумная дугогасительная камера установлена на вводах выключателя, при этом ее неподвижный контакт жестко закреплен на токоведущем кронштейне одного ввода, а подвижный контакт через гибкую связь соединен с токоведущим кронштейном другого ввода, на котором жестко установлен механизм управления камерой.

Известен выключатель вакуумный серии ВВУ, выпускаемый ОАО «Карпинский электромашиностроительный завод» (руководство по эксплуатации ЖАИЕ.674153.001.РЭ), выбранный за прототип. Известный выключатель состоит из одного или трех полюсов. Каждый полюс собран на отдельной крышке. При трехполюсном исполнении все полюса выключателя соединяются между собой междуполюсными муфтами. Крышка выключателя устанавливается на сварной (из углового профиля) каркас. Крышка является основной несущей частью, к которой крепятся все остальные элементы полюса выключателя. Через отверстия в крышке проходят токоведущие вводы. Камера выключателя содержит размещенные в изоляционном корпусе вакуумную дугогасительную камеру типа КДВР-35-25/1600 УХЛ2 или КДВ2-35-25/1600 УХЛ2 или «Siemens» с подвижными и неподвижными контактами, токосъемную колодку с гибкими связями, установленными на подвижном контакте, контактную пружину, траверсу, изоляционную тягу, токоведущую шину, закрепленную на неподвижном контакте камеры. Изоляционный корпус выполнен в виде стеклопластикового цилиндра. Вакуумная дугогасительная камера крепится к корпусу посредством шпилек, установленных на эпоксидном клее через изоляционную втулку. Камера выключателя и частично токоведущие вводы размещены в баках, заполненных жидким диэлектриком - трансформаторным маслом. Из бака через крышку верхние части токоведущих вводов выведены наружу. Трансформаторным маслом заполнена также полость корпуса камеры (стеклопластикового цилиндра). Таким образом, путем использования жидкого диэлектрика обеспечивается электрическая прочность наружной изоляции камеры и вакуумной дугогасительной камеры. Для слива масла в баке предусмотрена маслосливная пробка с шариком; баки снабжены маслоуказателем. Кроме того, для подогрева масла в холодное время года на дне бака установлены подогревательные устройства - ТЭНы.

Недостатками известных конструкций вакуумных выключателей являются:

- сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительных узлов для заливки диэлектрика в резервуар, для его слива, для контроля уровня диэлектрика, для подогрева диэлектрика;

- ненадежность и нестабильность свойств наружной изоляции выключателей, обусловленная нестабильностью свойств жидкого диэлектрика при изменении температуры окружающей среды, при длительном использовании жидкого диэлектрика и т.п.;

- неудобство в эксплуатации, связанное с необходимостью замены и утилизации жидкого диэлектрика;

- возможное загрязнение окружающей среды при утилизации жидкого диэлектрика.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение надежности наружной изоляции выключателя; упрощение конструкции, повышение удобства в эксплуатации и экологичности, связанные с отсутствием в конструкции выключателя жидкого диэлектрика.

Поставленная задача решается тем, что в вакуумном выключателе, включающем установленную в резервуаре из изоляционного материала камеру, содержащую установленную в первом корпусе из изоляционного материала вакуумную дугогасительную камеру, неподвижный контакт которой связан с первым токоведущим вводом выключателя, подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры соединен с другим токоведущим вводом, токоведушие вводы частично размещены в резервуаре, а частично выходят наружу резервуара через крышку, согласно изобретению пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого корпуса заполнено изоляционным материалом, снаружи первого корпуса коаксиально с ним установлен второй корпус из изоляционного материала, выполненный в виде цилиндра с двумя продольными ребрами, второй корпус установлен на первый корпус таким образом, чтобы токоведущие вводы были расположены с противоположных относительно ребер сторон второго корпуса, ширина ребер в направлении, перпендикулярном продольной оси корпуса, выбрана из условия обеспечения надежной воздушной изоляции между токоведущими вводами.

В заявляемом выключателе пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого изоляционного корпуса выключателя может быть заполнено кремнийорганической резиной.

В заявляемом выключателе второй изоляционный корпус выключателя может быть выполнен из кремнийорганической резины.

В заявляемом выключателе вдоль внутренней поверхности первого корпуса коаксиально с ним может быть установлена кольцевая изоляционная вставка с выступами.

В заявляемом выключателе высоту второго корпуса целесообразно выбирать из условия обеспечения нахождения токоведущих элементов, размещенных в первом корпусе, в границах второго корпуса.

В заявляемом выключателе часть каждого токоведущего ввода, размещенная в резервуаре, может быть залита кремнийорганической резиной.

Таким образом, поставленная задача решена в основном за счет конструктивных особенностей наружной изоляции камеры выключателя, состоящей из первого и второго изоляционных корпусов и изоляции между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого изоляционного корпуса.

Вакуумный выключатель по заявленной конструкции может быть собран как в трехполюсном исполнении, так и в однополюсном исполнении, поскольку каждый полюс выключателя собирается как самостоятельный конструктивный узел выключателя, и при трехполюсном исполнении все полюса выключателя соединяются между собой в один общий комплект посредством междуполюсных муфт.

В настоящей заявке, говоря о вакуумном выключателе, заявитель имеет в виду полюс вакуумного выключателя (исходя из тех соображений, что, как уже говорилось выше, выключатель может иметь однополюсное выполнение).

Заявляемый вакуумный выключатель содержит резервуар из изоляционного материала, в котором размещена камера. Корпус камеры выполнен из изоляционного материала, например стеклопластика.

Снаружи первого корпуса камеры вплотную и коаксиально с ним установлен второй изоляционный корпус, высота которого выбирается из условия размещения всех токоведущих элементов камеры (за исключением гибкого токоввода, соединенного с токосъемной колодкой, выходящего наружу камеры и обеспечивающего электрическую связь вакуумного выключателя с токоведущим вводом) в пределах второго изоляционного корпуса с обеспечением рассчитываемых изоляционных промежутков по воздуху и по корпусу выключателя. В обоих корпусах выполнено отверстие, обеспечивающее выход наружу гибкого токоввода (гибкой связи) от токосъемной колодки.

Второй корпус камеры выполнен в виде цилиндра с двумя продольными ребрами, расположенными, например, напротив друг друга.

Токоведущие вводы выключателя размещены напротив друг друга, каждый ввод размещен между ребрами с противоположных от ребер сторон второго корпуса.

Ширина ребер в направлении, перпендикулярном продольной оси корпуса, выбрана из условия обеспечения надежной воздушной изоляции между токоведущими вводами и устанавливается расчетным путем.

Расстояние от каждого ввода до ребер не имеет принципиального значения, главное - обеспечение надежной изоляции по воздуху между обоими токоведущими вводами, обеспечиваемое выбором ширины ребер. Ориентировочно ширина ребер в указанном выше направлении может быть выбрана из следующего условия: оба токоведущих ввода и ребра размещены внутри окружности, проходящей по наружным торцовым поверхностям обоих продольных ребер. Однако соблюдение данного условия не является обязательным, расчетным путем, подтвержденным экспериментально, всегда можно подобрать ширину ребер, исключающую пробой между токоведущими вводами.

Второй корпус устанавливается на первый корпус с определенным разворотом ребер относительно вводов только исходя из обеспечения размещения камеры и вводов внутри резервуара, т.е. взаимное расположение ребер и токоведущих вводов определяется конфигурацией резервуара, в котором установлена камера выключателя и частично размещены токоведущие вводы, которые выведены наружу (частично) через крышку, закрывающую резервуар.

Второй корпус выключателя выполнен также из изоляционного материала, например кремнийорганической резины.

Пространство между первым корпусом камеры и наружной поверхностью дугогасительной камеры заполнено изоляционным материалом, например кремнийорганической резиной, обеспечивающей надежность наружной изоляции вакуумной дугогасительной камеры.

Материал всех изоляционных корпусов, в том числе резервуара, в котором установлена камера с вводами, не является принципиальным, выбор материала осуществляется исходя из электрической прочности материала и оптимальности применяемого материала с точки зрения его технологичности в изготовлении и стоимостных параметров.

В целом изоляция камеры, состоящая из первого и второго изоляционных корпусов, изоляции между первым корпусом и дугогасительной камерой обеспечивает надежную наружную и внутреннюю изоляцию заявляемого вакуумного выключателя, необходимую для обеспечения надежной и безопасной работы. Надежность и достаточность изоляции подтверждается результатами испытаний.

Заявляемая конструкция вакуумного выключателя позволила исключить использование такого изоляционного элемента, как жидкий диэлектрик - трансформаторное масло, и устранить все связанные с его использованием недостатки, повысить надежность работы выключателя, упростить его конструкцию, повысить удобство в эксплуатации выключателя и исключить возможное загрязнение окружающей среды, связанное с утилизацией масла.

Наличие в конструкции выключателя второго корпуса камеры и изоляции между первым корпусом камеры и наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры не ведет к значительному усложнению конструкции выключателя, т.к. все эти конструктивные элементы имеют простую технологию изготовления и при их установке камера выключателя представляет собой единый монолитный узел.

В необходимых случаях изоляция выключателя может быть усилена путем размещения во внутренней полости камеры вдоль внутренней поверхности первого корпуса одной или нескольких изоляционных вставок с выступами (например, изоляционных колец с ребрами), для увеличения пути утечки по внутренней поверхности первого корпуса выключателя. Необходимость в наличии этих дополнительных изоляционных вставок определяется, в основном, условиями эксплуатации выключателя (влажность, температура окружающей среды, загрязненность и т.п.).

Для усиления изоляционных промежутков по воздуху между токоведущими вводами, части вводов, размещенные в камере заливают изоляцией, например кремнийорганической резиной.

Для минимизации габаритных размеров выключателя, резервуар может быть выполнен овальной формы.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен общий вид вакуумного выключателя.

На фиг.2 изображена камера выключателя.

На фиг.3 изображено сечение А-А.

На фиг.4 изображено взаимное расположение всех изоляционных корпусов камеры, токоведущих вводов и бака выключателя (вид сверху в разрезе).

Заявляемый выключатель предназначен для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц в открытых комплектных распределительных устройствах, в сетях однофазного переменного тока частотой 50 Гц для тяговых подстанций электрифицированных железных дорог, постов секционирования и пунктов параллельного соединения контактной сети.

Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом постоянного тока или пружинным приводом.

Полюс заявляемого вакуумного выключателя собран на крышке 1. Крышка 1 установлена на сварной (из углового профиля) каркас 2. На плите 3, приваренной к каркасу 2, укреплен шкаф 4 с приводом, управляющим механизмом управления выключателем. Крышка 1 является основным несущим элементом, к которому крепятся все остальные элементы полюса выключателя. Через отверстия в крышке проходят токоведущие вводы 5. Резервуар 6 выключателя представляет собой кожух из изоляционного материала овальной формы и крепится к крышке 1.

К верхним концам вводов 5 подводится внешняя ошиновка.

К нижнему концу одного ввода 5 через контактную колодку 7 крепят токоведушую шину 8, а к нижнему концу другого ввода 5 через контактную колодку 7 подсоединяют гибкую связь 9. Гибкая связь 9 соединена с подвижным контактом вакуумной дугогасительной камеры 11 через токосъемную колодку 10, а токоведущая шина 8 соединена с неподвижным контактом (на чертежах не показан) вакуумной дугогасительной камеры 11.

Камера 12 выключателя установлена в резервуаре 6. Внутри камеры 12 установлена вакуумная дугогасительная камера 11 с подвижным и неподвижным контактами. Камера 11 установлена в первом корпусе 13 из изоляционного материала (например, стеклопластика) и прикреплена к нему. Пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры 11 и внутренней поверхностью корпуса 13 заполнено изоляционным материалом 14, например, кремнийорганической резиной. Снаружи первого корпуса 13 коаксиально с ним установлен второй корпус 15 из изоляционного материала (кремнийорганической резины). Корпус 15 выполнен в виде цилиндра с двумя продольными ребрами 16. Корпус 15 установлен на корпус 13 таким образом, чтобы токоведущие вводы 5 были расположены с противоположных от ребер сторон второго корпуса 15. Ширина ребер 16 в направлении, перпендикулярном продольной оси корпуса 15, выбрана из условия обеспечения надежной воздушной изоляции между токоведущими вводами 5 с целью исключить возможность пробоя воздушного промежутка между вводами 5 при работе выключателя. С подвижным контактом камеры 11 соединена изоляционная тяга 17, соединенная с одной стороны с механизмом управления выключателем, а с другой стороны - с токосъемной колодкой 10.

Внутри корпуса 13 коаксиально с ним установлена кольцевая вставка 18 из кремнийорганической резины, обеспечивающая увеличение пути утечки по внутренней поверхности корпуса 13.

Принцип работы выключателя основан на гашении в вакууме электрической дуги, возникающей при размыкании контактов вакуумной дугогасительной камеры 11. Ввиду высокой электрической прочности вакуумного промежутка и отсутствия среды, поддерживающей горение дуги, при размыкании контактов происходит быстрое нарастание электрической прочности межконтактного промежутка, что обеспечивает надежное отключение цепи выключателя.

Включение и отключение выключателя производятся механизмом управления (на чертеже не показан), который через изоляционную тягу 17, соединенную с колодкой 10, соединенной, в свою очередь с подвижным контактом камеры 11, приводит в движение подвижный контакт камеры 11.

Выполнение наружной изоляции камеры выключателя, состоящей из двух корпусов 13 и 15 и изоляции 14, позволило исключить использование трансформаторного масла (жидкого диэлектрика) в конструкции выключателя. Резервуар 6, таким образом, предназначен в основном для изоляции камеры и нижних частей токоведущих вводов 5, расположенных в резервуаре 6 от влияния атмосферных осадков и загрязнений.

На ОАО «Карпинский электромашиностроительный завод» разработана техническая документация на вакуумный выключатель серии ВВУС в соответствии заявляемой конструкцией; разработаны ТУ и руководство по эксплуатации (ЖАИЕ.674241.003). Выпущены опытные образцы выключателя и проведены его испытания. Выключателя серии ВВУС рекомендованы для применения на объектах ОАО «ФСК ЕЭС» (Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы) - см. Акт приемки ОКР и установочной серии выключателя вакуумного типа ВВУС-35II*-25/1000УХЛ1.

В соответствии с протоколом №471/05 испытаний, проведенных испытательным центром высоковольтного электрооборудования (ИЦ ВЭО ЭНИН, аттестат аккредитации № POCC. RU. 0001.21 MB 02) от 23 марта 2005 года были проведены испытания электрической прочности изоляции выключателя ВВУС на соответствие требованиям ГОСТ 1516.3-96 (п.п.8.1, 8.3, 8.4) и испытание на нагрев номинальным током на соответствие ГОСТ 687-78 (п.3.3.1а) и ГОСТ 8024-90. По результатам испытаний было установлено, что выключатель вакуумный типа ВВУС соответствует требованиям ГОСТ 1516.3-96 (п.п.8.1, 8.3, 8.4), предъявляемым к электрической прочности изоляции при испытаниях напряжениями грозовых импульсов и напряжением промышленной частоты, и соответствует требованию ГОСТ 687-78 (п.3.3.1a) и ГОСТ 8024-90 на нагрев номинальным током.

Таким образом, в конструкции заявляемого вакуумного выключателя при сохранении всех требований по электрической прочности изоляционных промежутков и т.п. полностью исключено использование жидкого диэлектрика со всеми вытекающими из данного обстоятельства преимуществами.

Изобретение относится к конструкции вакуумных выключателей, преимущественно наружной установки. Вакуумный выключатель включает установленную в резервуаре из изоляционного материала камеру, содержащую установленную в первом корпусе из изоляционного материала вакуумную дугогасительную камеру, неподвижный контакт которой связан с первым токоведущим вводом выключателя, а подвижный контакт - соединен с другим токоведущим вводом. Токоведущие вводы частично размещены в резервуаре, а частично выходят наружу резервуара через крышку. Пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого корпуса заполнено изоляционным материалом. Снаружи первого корпуса коаксиально с ним установлен второй корпус из изоляционного материала, выполненный в виде цилиндра с двумя продольными ребрами. Второй корпус установлен на первый корпус таким образом, чтобы токоведущие вводы были расположены с противоположных относительно ребер сторон второго корпуса. Ширина ребер в направлении, перпендикулярном продольной оси корпуса, выбрана из условия обеспечения надежной воздушной изоляции между токоведущими вводами. Технический результат - повышение надежности наружной изоляции выключателя; упрощение конструкции, повышение удобства в эксплуатации и экологичности, связанные с отсутствием в конструкции выключателя жидкого диэлектрика. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вакуумный выключатель, включающий установленную в резервуаре из изоляционного материала камеру, содержащую установленную в первом корпусе из изоляционного материала вакуумную дугогасительную камеру, неподвижный контакт которой связан с первым токоведущим вводом выключателя, подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры соединен с другим токоведущим вводом, токоведущие вводы частично размещены в резервуаре, а частично выходят наружу резервуара через крышку, отличающийся тем, что пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого корпуса заполнено изоляционным материалом, снаружи первого корпуса коаксиально с ним установлен второй корпус из изоляционного материала, выполненный в виде цилиндра с двумя продольными ребрами, второй корпус установлен на первый корпус таким образом, чтобы токоведущие вводы были расположены с противоположных относительно ребер сторон второго корпуса, ширина ребер в направлении, перпендикулярном продольной оси корпуса, выбрана из условия обеспечения надежной воздушной изоляции между токоведущими вводами.2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что пространство между наружной поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и внутренней поверхностью первого изоляционного корпуса выключателя заполнено кремнийорганической резиной.3. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что второй изоляционный корпус выключателя выполнен из кремнийорганической резины.4. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что вдоль внутренней поверхности первого корпуса коаксиально с ним установлена кольцевая изоляционная вставка с выступами.5. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что высота второго корпуса выбрана из условия обеспечения нахождения токоведущих элементов, размещенных в первом корпусе, в границах второго корпуса.6. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что часть токоведущего ввода, размещенная в резервуаре, залита кремнийорганической резиной.