КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ С ФУНКЦИЕЙ РАЗМЫКАНИЯ И/ИЛИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H01H31/02 

Изобретение исходит из коммутационного аппарата, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Такой коммутационный аппарат может выполнять функции как размыкания, так и заземления и используется в заключенных в кожух распределительных устройствах с газовой изоляцией для напряжений от нескольких киловольт до нескольких сотен киловольт. При этом используется то обстоятельство, что в распределительных устройствах функции размыкания и заземления зачастую требуются в одном месте. Коммутационный аппарат содержит капсюлирующий корпус, который заполнен изолирующим газом, например азотом, воздухом, шестифтористой серой (SF₆) по отдельности или в смеси под давлением до нескольких бар, и на котором внутри закреплен заземляющий контакт. Внутри корпуса расположены также закрепленный на проводнике размыкающий контакт и контактный элемент, перемещаемый вдоль оси и приводимый в зацепление и выводимый из зацепления либо с размыкающим, либо с заземляющим контактом. Кроме того, в корпусе на другом проводнике токопроводящим образом закреплена проводящая труба, которая размещает в себе и, в частности, коаксиально охватывает подвижный контактный элемент с образованием токоперехода. Подвижный контактный элемент приводится проходящим через корпус приводом с усилием. С помощью единственного привода могут быть реализованы функции размыкания и заземления.

Ограничительной частью пункта 1 изобретение ссылается на уровень техники в области коммутационных аппаратов, приведенный, например, в Hitachi Review Vol.5 (2002) № 5, стр.169-173 или ЕР 1068624 В1. Описанные в этих предварительных публикациях коммутационные аппараты для заключенных в металлический кожух распределительных устройств с газовой изоляцией содержат трехпозиционный выключатель, который с помощью единственного привода может выполнять все функции размыкающего или заземляющего выключателя. При этом расположенный в капсюлирующем корпусе подвижный контактный элемент перемещается вдоль оси, проходящей через размыкающий или заземляющий контакт. С одним линейным движением контактного элемента могут быть достигнуты три коммутационных положения коммутационного аппарата. В первом из этих трех положений контактный элемент не находится в зацеплении ни с размыкающим, ни с заземляющим контактом (нейтральное положение), т.е. разомкнуты как интегрированный в коммутационный аппарат угловой размыкатель, так и интегрированный в коммутационный аппарат заземлитель. Во втором положении контактный элемент входит в размыкающий контакт. Место размыкания размыкателя замкнуто только при разомкнутом заземлителе. В третьем положении контактный элемент входит в заземляющий контакт. Заземлитель замкнут только при разомкнутом размыкателе.

Усилие привода для подвижного контактного элемента передается поперек направления его движения. Для этого капсюлирующий корпус требует поперек оси дополнительного пространства (Hitachi Review), или требуется специально выполненный и размещающий на себе рычажную передачу проводник (ЕР 1068624 В1).

В публикации № CH-HS 1215 87 D "SF6-Gas-isolierte Schaltanlagen (GIS) Тур ELK" фирмы ВВС Brown Boveri AG Hochspannungstechnik, CH-5401 Baden, Швейцария, на стр.9 описан угловой размыкающий выключатель типа ELK Т, у которого расположенный в капсюлирующем корпусе подвижный размыкающий контакт закреплен на маточной гайке винтовой передачи. Ходовой винт передачи закреплен на вращающемся валу, газонепроницаемо проходящем через стенку капсюлирующего корпуса. При вращении вала линейно перемещаются в корпусе маточная гайка и, тем самым, также закрепленный на ней размыкающий контакт, который может быть приведен таким образом в зацепление или выведен из зацепления с расположенным в капсюлирующем корпусе неподвижным ответным размыкающим контактом. Вращение заодно и маточной гайки предотвращает направляющая шина, расположенная в контактодержателе, ориентированная в направлении движения подвижного размыкающего контакта и взаимодействующая со скользящим телом подвижного контакта.

Изобретение, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, решает задачу создания коммутационного аппарата описанного выше рода, который может быть переоборудован с небольшими затратами с возможностью выполнения, при необходимости, функций размыкания и заземления, только размыкания или только заземления.

Предусмотренный в коммутационном аппарате привод имеет перемещаемый вдоль оси и проходящий в проводящей трубе держатель, выполненный для размещения двух контактных трубок, из которых первая образует ответный контакт содержащего неподвижный заземляющий контакт заземлителя, а вторая - ответный контакт содержащего размыкающий контакт размыкателя. Кроме того, подвижный контактный элемент коммутационного аппарата содержит, по меньшей мере, одну из обеих контактных трубок. Подвижный контактный элемент содержит, следовательно, по меньшей мере, одну контактную трубку, которая соединена с держателем и, в частности, приводится им и образует либо ответный контакт содержащего неподвижный заземляющий контакт заземлителя, либо ответный контакт содержащего размыкающий контакт размыкателя, либо как ответный контакт содержащего неподвижный заземляющий контакт заземлителя, так и ответный контакт содержащего размыкающий контакт размыкателя. Эти меры позволяют создать с помощью единственного базового коммутационного аппарата три коммутационных аппарата с функциями размыкания и заземления, только размыкания или только заземления. В частности, по меньшей мере, одна контактная трубка выполнена с возможностью разъемного соединения или прочно соединена с держателем. В первом случае за счет размыкания или замыкания самое большее двух разъемных соединений с помощью единственного базового коммутационного аппарата могут быть получены три коммутационных аппарата с функциями размыкания и заземления, только размыкания или только заземления. Преимущественно держатель аксиально проходит в направляющей трубе и радиально фиксирован.

Если контактный элемент содержит обе контактные трубки, то коммутационный аппарат выполнен в качестве комбинированного размыкающе-заземляющего выключателя (комбинированный размыкатель). Тогда в заключенном в кожух распределительном устройстве с газовой изоляцией функции размыкания и заземления могут выполняться коммутационным аппаратом, содержащим единственный привод. Это обуславливает, правда, расположение мест размыкания и заземления в распределительном устройстве близко друг к другу. Если же места размыкания и заземления далеко удалены друг от друга и должна выполняться задача только заземления или размыкания, то требуется удалить только одну из контактных трубок, например, путем размыкания одного из обоих разъемных соединений, чтобы получить таким образом коммутационный аппарат с функцией размыкания или заземления. Поэтому в заключенных в кожух распределительных устройствах с газовой изоляцией функции размыкания и заземления, только размыкания или только заземления могут выполняться с помощью коммутационного аппарата единственного типа. Этим сокращаются расходы на хранение на складе и монтаж устройства.

Коммутационный аппарат выполнен особенно компактным, если привод содержит винтовую передачу с проходящим аксиально и через центр заземляющего контакта ходовым винтом и несущей или образующей держатель маточной гайкой. Усилие привода передается исключительно в направлении движения подвижного контактного элемента. Таким образом, поперек направления движения не требуется никакого дополнительного пространства. Кроме того, усилие привода передается извне через стенку капсюлирующего корпуса лишь в виде вращательного движения. На вводе через стенку необходимый для этого вал может быть легко герметизирован. Поскольку этот вал проходит через центр заземляющего контакта, за счет и так имеющегося ввода через стенку, для заземляющего контакта не требуется никакого дополнительного ввода, и таким образом экономится место, которое может быть использовано для ввода проводящего высокое напряжение проводника. Винтовая передача создает линейное движение подвижного контактного элемента лишь внутри капсюлирующего корпуса. Благодаря этому внутри капсюлирующего корпуса дополнительно экономится место.

Предпочтительно маточная гайка образована резьбовой гайкой и кольцеобразно выполненным, закрепленным на ее внешнем краю держателем. Держатель может быть выполнен тогда независимо от резьбовой гайки, необходимой для выполнения ходовым винтом функции передачи, легко снабжен двумя соединительными деталями, например наружными резьбами, которые необходимы для создания разъемных соединений с обеими контактными трубками.

Линейное движение маточной гайки и, тем самым, также контактных трубок поддерживается за счет того, что на внешнем краю держателя расположено тело скольжения, взаимодействующее с ориентированной аксиально в проводящей трубе направляющей шиной.

Хотя вращение заодно и маточной гайки уже предотвращено за счет одного или двух тел скольжения и соответствующего числа направляющих шин, оказалось целесообразным расположить с равномерным распределением в направлении периферии на внешнем краю держателя рядом с телом скольжения еще, по меньшей мере, два тела скольжения, которые взаимодействуют с соответствующим числом аксиально ориентированных в проводящей трубе направляющих шин. Эта мера обеспечивает точное и надежное ведение контактного элемента, подверженного при срабатывании коммутационного аппарата большим усилиям.

Если корпус имеет два отверстия, из которых через первое проходит ось и оно служит для ввода первого проводника, а второе расположено под углом к оси и служит для ввода второго проводника, то с помощью коммутационного аппарата с небольшими монтажными затратами могут быть выполнены не только три электрические функции «размыкание и заземление», «только размыкание» или «только заземление», но и для всех трех электрических функций возможно встраивание коммутационного аппарата в распределительное устройство под углом. Комбинированный размыкатель, размыкатель или заземлитель воздействуют тогда на проходящую под углом цепь тока, а заземлитель может быть встроен в устройство, при необходимости, без функции соединения.

Функция продольного соединения достигается тогда, когда корпус имеет третье отверстие, которое служит для ввода третьего проводника, расположенного в линию со вторым проводником и нагружаемого высоким напряжением. Через коммутационный аппарат проходит тогда продольное соединение распределительного устройства, которое при выполнении коммутационного аппарата в качестве комбинированного размыкателя может быть соединено с проходящим под углом к нему первым проводником, отделено от него или заземлено, при выполнении в качестве только размыкателя может быть соединено с первым проводником или отделено от него, а при выполнении в качестве только заземлителя может быть заземлено. При выполнении коммутационного аппарата в качестве только заземлителя продольное соединение может быть даже соединено с расположенным под углом первым проводником в заземляемой нейтрали.

Другие варианты, преимущества и применения изобретения приведены в зависимых пунктах, комбинациях пунктов и нижеследующем описании и на чертежах. На всех чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаково действующие части.

Изобретение поясняется ниже с помощью примеров его осуществления. На чертежах изображают:

- фиг.1: разрез коммутационного аппарата, который в качестве комбинированного размыкающе-заземляющего выключателя может быть встроен в заключенное в кожух распределительное устройство;

- фиг.2: более подробно маркированный обрамлением на фиг.1 участок U;

- фиг.3: усовершенствование коммутационного аппарата по фиг.1, который в качестве заземляющего выключателя может быть встроен в заключенное в кожух распределительное устройство;

- фиг.4: усовершенствование коммутационного аппарата по фиг.1, который в качестве размыкающего выключателя может быть встроен в заключенное в кожух распределительное устройство;

- фиг.5: два варианта коммутационного аппарата по фиг.1, которые с образованием углового соединения (а) или продольно-углового соединения (b) могут быть встроены в заключенное в кожух распределительное устройство;

- фиг.6: четыре варианта коммутационного аппарата по фиг.3, которые без токового соединения (с) с образованием продольного соединения (d), углового соединения (е) или продольно-углового соединения (f) могут быть встроены в заключенное в кожух распределительное устройство;

- фиг.7: два варианта коммутационного аппарата по фиг.4, которые с образованием углового соединения (g) или продольно-углового соединения (h) могут быть встроены в заключенное в кожух распределительное устройство.

Изображенный на фиг.1 коммутационный аппарат выполнен в виде модуля, заключенного в металлический кожух распределительного устройства с газовой изоляцией, и содержит заполненный изолирующим газом металлический корпус 1 с тремя отверстиями 2, 3, 4, каждое из которых ограничено фланцем (не показан). Каждый фланец служит для соединения с ответным фланцем (не показан) примыкающего модуля распределительного устройства. Отверстия 2 и 3 газонепроницаемо закрыты разделительными изоляторами (не показаны), которые, будучи электрически изолированы от корпуса 1, несут нагружаемые высоким напряжением проводники 5 и 6. Отверстие 4 выполнено с возможностью выборочного газонепроницаемого закрывания глухим фланцем или также несущим проводник 7 разделительным изолятором. При необходимости вместо разделительных изоляторов могут использоваться также опорные изоляторы с газопропускающими отверстиями. Через центр отверстия 3 проходит ось 8, которая определяет направление движения подвижного контактного элемента 9 коммутационного аппарата и вдоль которой извне внутрь корпуса 1 проходит проводник 6. Отверстия 2, 4 выполнены противоположно друг другу в корпусе 1 таким образом, что проводник 5 и предусмотренный, при необходимости, проводник 7 ориентированы вдоль проходящей через центры отверстий линии 10. Ось 8 и линия 10 образуют между собой прямой угол и определяют, таким образом, геометрию содержащей проводники 5 и 6 цепи тока. На проводнике 5 и предусмотренном, при необходимости, проводнике 7 токопроводящим образом закреплена проводящая труба 11 или полый держатель 11, которая или который размещает в себе или охватывает, предпочтительно коаксиально, контактный элемент 9 и независимо от его положения через два скользящих контакта (не показаны) постоянно образуют токопереход.

Направляемый вдоль оси 8 контактный элемент 9 коммутационного аппарата закреплен, преимущественно разъемно, на держателе 12. Держатель 12 является частью проходящего газонепроницаемо вдоль оси 8 через стенку корпуса 1 привода 13 и может перемещаться вдоль оси 8. По меньшей мере, одна контактная трубка приводится, следовательно, держателем. Соответственно изменяется и положение контактного элемента 9. В первом положении на фиг.1 контактный элемент 9 находится в электропроводящем соединении только с контактной трубой 11. Во втором положении (на фиг.1 не показано) он смещен влево и входит тогда электропроводящим образом в заземляющий контакт 14, который, при необходимости, будучи электрически изолирован, закреплен на корпусе 1 и коаксиально окружает привод 13. Коммутационный аппарат действует тогда в качестве заземлителя Е. В третьем положении (на фиг.1 также не показано) контактный элемент 9 смещен вправо и входит тогда электропроводящим образом в окружающий его и закрепленный на проводнике 6 размыкающий контакт 15. Коммутационный аппарат действует тогда в качестве размыкателя Т.

Контактный элемент 9 содержит две коаксиально окружающие ось 8 контактные трубки 9', 9'', выполненные с возможностью разъемного соединения или прочно соединенные с держателем 12. Держатель имеет, следовательно, средства для размещения обеих контактных трубок. Средства могут содержать посадочные или крепежные органы. Контактные трубки проходят от держателя 12 влево (в направлении неподвижного заземляющего контакта 14) и вправо (в направлении неподвижного размыкающего контакта 15). За счет единственного привода 13 могут компактным образом выполняться функции заземлителя Е и размыкателя Т, после удаления контактной трубки 9'' - только функция заземлителя Е, а после удаления контактной трубки 9' - только функция размыкателя Т. Коммутационный аппарат может быть поэтому выполнен в зависимости от назначения в распределительном устройстве, во-первых, в качестве комбинированного заземлителя Е и размыкателя Т или только в качестве простого заземлителя Е или размыкателя Т. Пример такого простого заземлителя Е изображен на фиг.3, а такого простого размыкателя Т - на фиг.4.

За счет выбранного подходящим образом расположения обоих отверстий 2 и 3 в корпусе 1 наряду со всеми тремя типами коммутационных аппаратов помимо трех функций заземления и размыкания, только заземления или только размыкания могут быть реализованы дополнительно еще различные соединительные функции. У коммутационного аппарата на фиг.6с) это показано для заземлителя Е, у которого через корпус не проходит цепь тока, а заземлитель Е действует только на проходящий через отверстие 2 проводник 5. Исключительно угловая соединительная функция достигается, напротив, посредством изображенного на фиг.5а) коммутационного аппарата с комбинированной заземляюще-размыкающей функцией, у которого размыкатель Т имеет угловую, проходящую через отверстия 2, 3 и содержащую проводники 5, 6 цепь тока. Исключительно угловая соединительная функция достигается также посредством изображенного на фиг.6е) заземлителя Е и изображенного на фиг.7g) размыкателя Т. У этих вариантов в корпусе 1 предусмотрена соответственно угловая, заземляемая или размыкаемая цепь тока, проходящая также через отверстия 2, 3. За счет отверстия 4 наряду со всеми тремя типами коммутационных аппаратов помимо трех функций заземления и размыкания, только заземления или только размыкания, может быть реализована дополнительно еще продольная соединительная функция. У комбинированного коммутационного аппарата на фиг.5b) через отверстие 4 проходит проводник 7, который вместе с проходящим через отверстие 2 проводником 5 образует продольное соединение. Это продольное соединение может быть выборочно заземлено, через размыкатель Т при разомкнутом заземлителе Е соединено с проводником 6 или при разомкнутых заземлителе Е и размыкателе Т изолированно пропущено через корпус. У заземлителя на фиг.6d) предусмотрено только реализованное проводниками 5, 7 заземляемое продольное соединение, напротив, у заземлителя на фиг.6f) - образованная продольным соединением и проводником 6 нейтраль, а у размыкателя на фиг.7h) - продольное соединение, могут быть отделены от расположенного под углом к ним проводника 6 или соединены с ним.

В принципе, привод 13 подвижного контактного элемента 9 может содержать проходящий через стенку корпуса 1 шатун или рычаг, поскольку эти средства обеспечивают перемещение контактного элемента 9. Для экономии места рекомендуется, однако, перемещать контактный элемент 9 посредством интегрированной в привод винтовой передачи, которая содержит проходящий аксиально через центр заземляющего контакта 14 ходовой винт 16 и несущую или образующую держатель 12 маточную гайку 17 (фиг.1). Ходовой винт 16 имеет три примыкающих друг к другу участка 18, 19, 20. Участок 19 выполнен из изолирующего материала и изолирует, таким образом, проходящий через стенку корпуса 1, установленный с возможностью вращения в заземляющем контакте 14 металлический участок 18 от участка 20. Участок 20 имеет взаимодействующую с маточной гайкой 17 наружную резьбу. На внешнем краю держателя 12 предусмотрены три тела 21 скольжения, каждое из которых взаимодействует с одной из трех аксиально ориентированных в проводящей трубе 11 направляющих шин 22. Тела 21 скольжения и соответственно также направляющие шины равномерно распределены в направлении периферии (на фиг.1 видны только два тела 21 скольжения и две направляющие шины 22).

Срабатывание подвижного контактного элемента в процессе коммутации происходит за счет приведения во вращение извне корпуса 1 участка 18 ходового винта 16. Крутящий момент передается через изолирующий средний участок 19 на резьбу участка 20 и через маточную гайку 17 преобразуется в продольное движение контактного элемента 9. Ходовой винт 16 установлен консольно, поскольку он аксиально проходит через маточную гайку 17. При этом тела 21 скольжения скользят вдоль направляющих шин 22 и предотвращают, таким образом, вращение заодно и маточной гайки 17. Посредством соответствующего управления приводом подвижный контактный элемент 9 может быть простым образом перемещен в любое из трех положений: заземлитель Е включен, а размыкатель Т выключен, заземлитель Е и размыкатель Т выключены (нейтральное положение) или заземлитель Е и размыкатель Т включены.

Хотя вращение заодно и маточной гайки 17 предотвращено за счет одного или двух тел 21 скольжения и соответствующего числа направляющих шин 22, оказалось целесообразным расположить три или, при необходимости, даже еще больше тел скольжения и направляющих шин. Таким образом, достигается точное и надежное ведение или радиальная фиксация контактного элемента 9, подверженного при срабатывании коммутационного аппарата большим усилиям.

Как видно на фиг.2, маточная гайка 17 образована резьбовой гайкой 23 и держателем 12. Держатель 12 выполнен в виде несущего кольца и, например, посредством резьбового соединения закреплен на внешнем краю резьбовой гайки 23. Контактные трубки 9', 9'' подвижного контактного элемента 9, например, посредством свинчивания, разъемно закреплены на держателе 12.

Перечень ссылочных позиций:

1 - капсюлирующий корпус,

2, 3, 4 - отверстия,

5, 6, 7 - проводники,

8 - ось,

9 - контактный элемент,

9', 9'' - контактные трубки,

10 - линия,

11 - проводящая труба,

12 - держатель,

13 - привод,

14 - заземляющий контакт,

15 - размыкающий контакт,

16 - ходовой винт,

17 - маточная гайка,

18, 19, 20 - участки винта,

21 - тело скольжения,

22 - направляющая шина,

23 - резьбовая гайка,

Е - заземлитель,

Т - размыкатель.

Коммутационный аппарат содержит заполненный изолирующим газом капсюлирующий корпус (1). Внутри корпуса (1) неподвижно расположены заземляющий контакт (14) и размыкающий контакт (15). Внутри корпуса расположен далее подвижный контактный элемент (9), перемещаемый вдоль оси (8) и приводимый в зацепление или выводимый из зацепления, по меньшей мере, с одним из обоих контактов (14, 15). На подвижный контактный элемент (9) воздействует проходящий через стенку корпуса (1) и нагружаемый извне усилием привод (13). Этот привод (13) имеет перемещаемый вдоль оси (8) и радиально проходящий в проводящей трубе (11) держатель (12). Подвижный контактный элемент (9) содержит, по меньшей мере, одну из двух, преимущественно разъемно соединяемых с держателем контактных трубок (9', 9''). Трубка (9') образует ответный контакт содержащего неподвижный заземляющий контакт (14) заземлителя (Е), а трубка (9'') - ответный контакт содержащего размыкающий контакт (15) размыкателя (Т). Изобретение решает задачу создания коммутационного аппарата, который может быть легко переоборудован за счет добавления или удаления контактных трубок (9', 9'') так, что в зависимости от необходимости могут выполняться функции размыкания и заземления, только размыкания или только заземления. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Коммутационный аппарат с функцией заземления и/или размыкания, содержащий заполненный изолирующим газом капсюлирующий корпус (1), закрепленный на корпусе (1) заземляющий контакт (14), размыкающий контакт (15), закрепленный на нагружаемом высоким напряжением первом проводнике (6), подвижный контактный элемент (9), установленный с возможностью перемещения вдоль оси (8) и приведения в зацепление или вывода из зацепления, по меньшей мере, с одним из обоих неподвижных контактов (14, 15), проводящую трубу (11), закрепленную на нагружаемом высоким напряжением втором проводнике (5) и размещающую в себе подвижный контактный элемент (9) с образованием токоперехода, и проходящий через корпус (1) и приводящий подвижный контактный элемент (9) с усилием привод (13), отличающийся тем, что а) привод (13) имеет перемещаемый вдоль оси (8) и проходящий в проводящей трубе (11) держатель (12); б) держатель (12) выполнен для размещения двух контактных трубок (9', 9''), из которых трубка (9') образует ответный контакт содержащего неподвижный заземляющий контакт (14) заземлителя (Е), а трубка (9'') - ответный контакт содержащего размыкающий контакт (15) размыкателя (Т);

в) подвижный контактный элемент (9) содержит, по меньшей мере, одну из обеих контактных трубок (9', 9'').