ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА ЛИНИИ ПИТАНИЯ, ИМЕЮЩИЙ ВАКУУМНУЮ КАМЕРУ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H01H33/66 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к прерывателю тока линии питания (или питающего кабеля), имеющему вакуумную камеру переключателя.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Прерыватели и автоматические выключатели в линиях питания или питающих кабелях среднего или высокого напряжения часто включают в себя корпуса, в которых расположены контакты переключателя для относительного перемещения между положением в контакте друг с другом, соответствующем замыканию линии питания, и положением с разнесением их на расстояние друг от друга, соответствующем размыканию линии. Эти корпуса заполнены диэлектрической текучей средой, в которую погружены контакты переключателя и которая способствует прерыванию тока за счет гашения дуги, которая может оставаться после отделения контактов переключателя друг от друга. В прошлом были предложены многие различные текучие среды (такие как воздух, масло, азот и т.д.), однако в настоящее время, как правило, используется гексафторид серы (SF₆), который имеет хорошие диэлектрические свойства и поэтому хорошо подходит для этой цели. Но использование этого газа необходимо ограничивать, поскольку он имеет такие недостатки, что продукты его разложения являются токсичными и коррозийными и вносят свой вклад в парниковый эффект. В соответствии с этим это может быть стимулом к использованию вакуумных камер переключателя, которые также используются в некоторых автоматических выключателях, при этом контакты переключателя являются внутренними компонентами этих камер, которые являются также наиболее эффективными в гашении токов дугового разряда, однако их использование в современных прерывателях невозможно без дополнительной модификации по причинам стоимости, поскольку вакуумные камеры переключателя, которые необходимо использовать в этих прерывателях, были бы слишком громоздкими в смысле материалов и размеров, которые должны быть согласованы для удовлетворения различных электрических и диэлектрических требований, таких как способность выдерживать удары молнии.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение использования вакуумных камер переключателя экономически доступными для прерывателей. Согласно главному аспекту изобретения предложен прерыватель тока линии (или питающего кабеля) питания, включающий в себя вакуумную камеру прерывателя, имеющую два контакта переключателя, расположенных с возможностью перемещения относительно друг друга и способных принимать замкнутое положение и разомкнутое положение, при этом прерыватель характеризуется тем, что содержит:

- подвижный разъединитель, соединенный с линией питания и выполненный с возможностью осуществления хода перемещения, во время которого он может принимать положение замыкания линии и положение размыкания линии; и

- ответвление, соединенное с линией питания одним концом ответвления, при этом вакуумная камера переключателя включена в ответвление и приводится в действие с помощью подвижной части, расположенной между вакуумной камерой переключателя и вторым концом ответвления;

- при этом разъединитель и подвижная часть расположены так, что разъединитель соприкасается с вторым концом во время части хода, промежуточной между положением замыкания линии и положением размыкания линии, так что подвижная часть расположена с возможностью занимать первое положение, в котором она механически отделена от вакуумной камеры переключателя, и второе положение, в котором она приводит в действие один из контактов переключателя вакуумной камеры переключателя для создания положения размыкания контактов переключателя.

Существенные характеристики изобретения можно суммировать следующим образом: вакуумная камера переключателя не расположена в основной линии питания (последовательно с прерывателем), которая переключается, а в ее параллельном ответвлении; при этом ответвление находится под напряжением, но ток протекает через него лишь в моменты времени непосредственно до размыкания тока, оставляя камеру переключателя в состоянии покоя при нормальной работе, что позволяет предъявлять менее жесткие требования к камере переключателя, так что камере переключателя больше не требуется так много конструктивных элементов; и движение самого разъединителя вызывает протекание тока через ответвление во время его хода для размыкания линии питания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6 - схематично изображают несколько последовательных состояний устройства во время операций размыкания цепи и последующего ее замыкания согласно изобретению;

фиг.7 и 8 - изображают вариант воплощения устройства (общий вид и вид сбоку); и

фиг.9, 10, 11, 12, 13 и 14 - изображают несколько последовательных состояний устройства согласно другому варианту воплощения изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показана линия 1, которая является основной линией передачи питания, в которой расположен разъединитель 2, причем этом разъединитель выполнен с возможностью замыкания или размыкания при повороте вокруг поворотной оси 3. Устройство включает в себя также параллельное ответвление 4, которое состоит из неподвижной части 5, в которую включена вакуумная камера 6 переключателя, и подвижной части 7. Неподвижная часть 5 включает в себя первый конец 8 ответвления 4, который соединен с линией 1 питания; подвижная часть 7 включает в себя второй конец 9 (противоположный концу 8) ответвления 4, при этом второй конец 9 в положении, показанном на фиг.1, находится вблизи линии 1 питания и разъединителя 2, но отделен от них. Неподвижная часть 5 и подвижная часть 7 находятся в электрическом соединении друг с другом и шарнирно соединены вместе сочленением 10. Подвижная часть 7 установлена с возможностью поворота вокруг неподвижной оси 11. Вакуумная камера 6 переключателя содержит пару контактов 12 и 13 переключателя, из которых первый контакт 12 находится на неподвижном стержне 14, который проходит к первому концу 8 ответвления, в то время как второй контакт 13 находится на подвижном стержне 15, который проходит к сочленению 10. Пружины 16 проходят от точки, закрепленной на подвижной части 7, для смещения части 7 в направлении показанного положения, и разница давления приводит к тому, что стержень 15 удерживает вакуумную камеру 6 переключателя замкнутой (посредством приведения контакта 13 переключателя в его замкнутое положение). В этом состоянии устройства, в котором разъединитель замыкает линию 1 питания, ток свободно протекает через линию, но не через ответвление 4, несмотря на то что вакуумная камера 6 переключателя замкнута.

Размыкание линии 1 питания управляется посредством поворота разъединителя 2. Тогда устройство находится в состоянии, показанном на фиг.2, в котором разъединитель соприкасается со вторым концом 9 ответвления 4 и замыкает его, за счет чего обеспечивается протекание тока в ответвлении 4. Однако основная линия 1 питания остается замкнутой, так что перевод тока в ответвление 4 продолжается. Поворотное движение разъединителя 2 заканчивается размыканием линии 1 питания, как показано на фиг.3. Это поворотное движение также приводит к движению подвижной части 7 ответвления вокруг поворотной оси 11 (это может осуществляться, начиная с состояния, показанного на фиг.2). Вакуумная камера 6 переключателя остается замкнутой, так что ток затем полностью переключается в ответвление 4, в результате чего дуга, когда разъединитель размыкает линию 1 питания, не возникает.

Вакуумная камера 6 переключателя размыкается, когда расстояние, пройденное при движении разъединителя 2, становится настолько длинным, что подвижная часть 7 ответвления вызывает перемещение стержня 15 для размыкания контактов 12 и 13 переключателя, как показано на фиг.4. Поскольку вакуумная камера 6 переключателя разомкнута, то ток больше не протекает ни в ответвлении 4, ни в основной линии 1 питания, поэтому прерывание тока является полным. Через вакуумную камеру 6 переключателя короткое время протекает ток в состояниях, показанных на фиг.2 и 3, но не в стабильном рабочем состоянии, показанном на фиг.1.

При продолжении поворотного движения разъединителя 2 устройство достигает состояния, показанного на фиг.5, в котором разъединитель выходит из контакта со вторым концом 9 подвижной части 7, которая становится поэтому снова свободной. Возвратная пружина 16 затем возвращает подвижную часть 7 в ее первоначальное положение, и вакуумная камера 6 переключателя замыкается снова под действием разницы давления. Таким образом, ответвление 4 приводится к тому же потенциалу, что и линия 1 питания на стороне первого конца 8. Разъединитель 2 находится достаточно далеко от ответвления 4 для предотвращения возникновения дуги. Он может находиться в соприкосновении с заземляющим контактом 18 для обеспечения заземления напряжения на линии 1 питания.

Повторное замыкание линии 1 питания достигается с помощью поворотного движения разъединителя 2 в противоположном направлении в соответствии с последующей процедурой, показанной на фиг.6. Подвижная часть 7 остается в состоянии, показанном на фиг.1 и 5, за счет контакта с неподвижным упором 19 и с помощью пружины 16, в то время как второй конец 9 соединен с остаточной частью подвижной части 7 ответвления через поворотную ось 20. Эта поворотная ось 20 снабжена упорным элементом, который останавливает ее движение в направлении размыкания, совместно с пружиной, которая смещает ее в направлении положения упора. Поэтому она является однонаправленной: второй конец 9 движется с остаточной частью подвижной части 7 так долго, пока разъединитель перемещается в направлении для размыкания линии 1 питания, как показано на фиг.1-5 (т.е. против часовой стрелки), при этом действует неподвижный упор, однако его можно перемещать без перемещения остаточной части подвижной части 7, когда разъединитель 2 замыкает линию 1 питания в противоположном (по часовой стрелке) направлении, как показано на фиг.6. Затем разъединитель 2 может возвращаться в начальное положение, показанное на фиг.1, посредством перемещения лишь второго конца 9 без перемещения остаточной части подвижной части 7 и поэтому без воздействия на вакуумную камеру 6 переключателя или возникновения любого контакта между линией 1 и ответвлением 4, что достигается следующим образом. На фиг.6 показан изолирующий слой 21, нанесенный на вторую поверхность 23 второго конца 9, в противоположность его первой поверхности 22, которая имеет проводящее покрытие и которая обращена к линии 1 питания, при этом разъединитель 2 сцепляется фрикционным образом с изолированной второй поверхностью 23 во время размыкания линии 1.

На фиг.7 и 8 показана конструкция одного возможного варианта воплощения изобретения. Здесь можно видеть некоторые из указанных выше компонентов, которые не требуют повторного описания. Подвижная часть 7 сама не является проводящей. Она снабжена шнуром или оплеткой 24, которая проходит от подвижного стержня 15 ко второму концу 9, обходя поворотную ось 20. Шнур или оплетка 24 является гибкой и проводящей. Изолирующий слой 21 может быть выполнен в виде одного элемента, зажат вокруг второго конца 9 и охватывает по сторонам подвижную часть 7. Дополнительно к этому предусмотрено соединительное звено 25, шарнирно соединенное с подвижной частью 7 и скользящее по подвижному стержню 15, так что подвижная часть 7 может перемещать стержень 15, при этом соединительное звено 25 как в начальном положении, показанном на фиг.1, так и в положении, показанном на фиг.8, отделено от буртика 37 на конце стержня 15 зазором, который задерживает переход от состояния, показанного на фиг.2, к состоянию, показанному на фиг.4. Движение стержня 15 начинается после удаления зазора с помощью соединительного звена 25, упирающегося в буртик 37.

Ниже приводится описание второго варианта воплощения со ссылками на фиг.9-14, на которых показаны некоторые этапы работы. Показанный здесь прерыватель отличается от описанного выше тем, что подвижная часть (которая обозначена позицией 27) ответвления (которое обозначено позицией 26) расположена с возможностью скользящего движения, а также поворотного движения, при этом другие элементы прерывателя остаются неизменными и обозначены теми же позициями. В соответствии с этим ответвление 27 имеет ползунок 28, параллельный оси вакуумной камеры 6 переключателя, при этом ползунок предназначен для линейного движения в неподвижной направляющей 29 скольжения. Второй конец 9 ответвления 26 снова показан вблизи разъединителя 2 в начальном положении, при этом этот конец покрыт проводящим слоем на своей первой поверхности 22, обращенной к разъединителю, и имеет изолятор на своей противоположной поверхности 23. Второй конец 9 соединен с ползунком 28 с помощью поворотной оси 20.

В показанном на фиг.9 состоянии линия 1 питания замкнута с помощью разъединителя 2. Вакуумная камера 6 переключателя замкнута, ее контакты 12 и 13 соединены вместе, но ток не протекает через ответвление 26.

Состояние, показанное на фиг.10, соответствует состоянию на фиг.2: разъединитель находится в контакте со вторым концом 9 без выхода из контакта с шиной 30 линии 1 питания. Ток протекает также через ответвление 26. Вакуумная переключательная камера 6 остается замкнутой с помощью устройства для задержки размыкания, такого как описанное выше устройство, имеющее поворотное соединительное звено 25 (которое здесь не изображено).

Состояние, показанное на фиг.11, соответствует состоянию, показанному на фиг.3: разъединитель 2 больше не находится в соприкосновении с шиной 30 и проводит ток линии 1 питания в ответвление 26, хотя остается в контакте со вторым концом 9, который он толкает так, что подвижная часть 27 скользит в направляющей 29 скольжения. Контакты 12 и 13 разделяются, что также размыкает ответвление 26. Вакуумная камера 6 переключателя гасит дугу.

На фиг.12 показано состояние, в котором второй конец 9 разъединителя позади, что обеспечивает возвращение подвижной части 27 и повторное замыкание вакуумной камеры переключателя. Это достигается с помощью разницы давления, действующего как возвратная пружина.

На фиг.13 показано, что так же, как на фиг.5, разъединитель 2 может быть расположен на контакте 18 заземления, при этом на нижней части линии 1 устанавливается в этом случае потенциал земли, в то время как все ответвление 26 находится при том же напряжении, что и верхняя часть линии 1 питания, поскольку вакуумная камера 6 переключателя замкнута.

Фиг.14 является аналогичной фиг.6 и на ней показано замыкание прерывателя: разъединитель 2 проходит мимо второго конца 9 за счет его поворота вокруг поворотной оси 20. Поскольку он скользит по поверхности 23, имеющей изолирующее покрытие, то разъединитель не создает пути протекания тока через ответвление 26 из линии 1 питания, однако снова замыкает линию 1 при соприкосновении с шиной 30. Это приводит систему снова в состояние, показанное на фиг.9. Второй конец 9 освобождается и возвращается в свое начальное положение равновесия.

Устройство прерывателя включает в себя параллельное ответвление (4), в которое подключена вакуумная камера (6) переключателя для прерывания тока. Ответвление не действует при нормальной работе, при этом ток протекает через него лишь, когда разъединитель (2) начинает свое размыкающее движение за счет увеличивающейся передачи тока из основной линии (1) питания в ответвление (4). Таким образом, вакуумная камера (6) переключателя остается в состоянии покоя при нормальной работе. Технический результат - менее жесткие требования к выбору размеров вакуумной камеры для удовлетворения жестких электрических и диэлектрических требований для нормальной работы. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Прерыватель тока линии питания или питающего кабеля, включающий в себя вакуумную камеру (6) переключателя, имеющую два контакта (12, 13) переключателя, расположенных с возможностью перемещения относительно друг друга и способных принимать замкнутое положение и разомкнутое положение, отличающийся тем, что содержит:
подвижный разъединитель (2), соединенный с линией питания и выполненный с возможностью во время хода движения принимать положение замыкания линии и положение размыкания линии; и
ответвление (4), соединенное с линией питания первым концом (8) ответвления, при этом вакуумная камера переключателя соединена в этом ответвлении, при этом ответвление содержит подвижную часть (7), расположенную между вакуумной камерой переключателя и вторым концом (9) ответвления, противоположном первому концу;
при этом разъединитель (2) и подвижная часть расположены так, что разъединитель соприкасается с вторым концом (9) во время части хода, промежуточного между положением замыкания линии и положением размыкания линии, так что подвижная часть расположена с возможностью нахождения в первом состоянии, в котором она высвобождается из вакуумной камеры переключателя, и во втором состоянии, в котором она приводит в действие один из контактов (13) переключателя вакуумной камеры переключателя для создания положения размыкания контактов переключателя.

2. Прерыватель по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя возвратную пружину (16) для возврата подвижной части в положение, в котором второй конец (9) находится вблизи линии (1) питания.

3. Прерыватель по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что второй конец имеет электрически проводящую первую поверхность (22), которая обращена к линии (1) питания, и изолирующую вторую поверхность, при этом разъединитель (2) имеет возможность перемещения в противоположных направлениях.

4. Прерыватель по п.1, отличающийся тем, что второй конец соединен с другим участком подвижной части с помощью поворотной оси (20) для перемещения в одном направлении, при этом поворотная ось имеет концевой упор и возвратную пружину и выполнена с возможностью перемещения и возврата, когда разъединитель (2) перемещается во время хода из положения размыкания линии питания в положение замыкания линии питания.

5. Прерыватель по п.1, отличающийся тем, что разъединитель (2) является поворотным.

6. Прерыватель по п.1, отличающийся тем, что подвижная часть (7) является поворотной.

7. Прерыватель по п.1, отличающийся тем, что поворотная часть выполнена с возможностью скользящего движения.