АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С ОБЩИМ КОРПУСОМ Российский патент 2015 года по МПК H01H33/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к полюсной части автоматического выключателя для коммутации цепей от среднего напряжения до высокого напряжения, содержащей чашеобразный корпус, изготовленный из изоляционного материала для размещения вкладыша-разъединителя, приводимого в действие приводной тягой. Кроме этого, изобретение относится к автоматическому выключателю, приводимому в действие бистабильным электромагнитным приводом и содержащему такую полюсную часть.

Изобретение, в частности, относится к вакуумным выключателям среднего напряжения. За последние годы подобные специальные автоматические выключатели существенно улучшили процесс размыкания за счет уменьшенного хода контактов, уменьшенной скорости контакта и меньшей массы подвижных электрических контактов. Поэтому для подобных вакуумных автоматических выключателей требуются приводы значительно меньших размеров, с меньшей энергоемкостью, которые обычно выполнены в виде электромагнитного устройства по меньшей мере с одной электрической катушкой, окруженной ферромагнитным ярмом, взаимодействующего с подвижным ферромагнитным якорем для создания необходимого механического приводного усилия для вкладыша-разъединителя всех соединенных полюсных частей. Обычно в автоматическом выключателе электросети среднего напряжения используются три полюсные части.

Автоматический выключатель среднего напряжения, рассчитанный на диапазон от 1 до 72 кВ, обычно устанавливается в металлическом корпусе выключателя при использовании внутри помещений либо может устанавливаться на подстанции, при использовании вне помещений. В настоящее время внутри помещений вместо воздушных автоматических выключателей используются современные вакуумные автоматические выключатели. Параметры выключателей среднего напряжения определяются международными стандартами. В особенности это относится к вакуумным автоматическим выключателям, рассчитанным на силу тока менее 300 ампер.

Подобные выключатели прерывают подачу тока за счет создания и гашения дуги в вакуумной камере. Между тем, настоящее изобретение относится не только к вакуумным автоматическим выключателям, но также и к воздушным выключателям или современным электрогазовым автоматическим выключателям SF6. Настоящее изобретение также может быть применимо и для автоматических выключателей высокого напряжения.

Уровень техники, предшествующий изобретению

Хорошо известно, что автоматические выключатели рассмотренного выше типа преимущественно оснащаются электромагнитными приводами. Электромагнитный привод, в целом, создает высокую плотность силы для быстрого включения подвижных контактов вкладыша-разъединителя. Для создания достаточного статического удерживающего усилия, необходимого для удержания электрических контактов в разомкнутом или сомкнутом положении используется постоянный магнит. Для перевода привода из сомкнутого в разомкнутое положение осуществляется подача электрического питания на встроенную электрическую катушку. Обычно электромагнитный привод помещается в отдельный корпус.

В документе ЕР 0898780 В1 раскрывается автоматический выключатель среднего напряжения, приводимый в действие при помощи электромагнита. Единственный электромагнитный привод приводит в действие общий промежуточный вал. Промежуточный вал при помощи изолированных толкателей внутренне передает приводное усилие на подвижные электрические контакты всех трех полюсных частей каждого вакуумного автоматического выключателя. Электромагнитный привод состоит из бистабильной магнитной системы, в которой перевод якоря в соответствующее разомкнутое или сомкнутое положение осуществляется магнитным полем электрически возбуждаемой катушки. Для удержания контактов в сомкнутом положении во время отключений электроэнергии используется магнитная защелка с фиксаторными средствами. Постоянный магнит удерживает ферромагнитный якорь в одном из двух упомянутых положений. В разомкнутом положении электрические контакты вакуумного выключателя разомкнуты; а в сомкнутом положении подобные электрические контакты сомкнуты.

Все основные части автоматического выключателя должны быть помещены в отдельный корпус, в особенности три полюсные части, которые помещаются в защитный изолированный корпус. Приводной механизм и привод также помещаются в соответствующие корпуса, форма которых зависит от технической функциональности подобных деталей.

Во время процесса изготовления автоматического выключателя все подобные корпуса соединятся друг с другом винтами. Подобный принцип сборки приводит к увеличению геометрических размеров устройства автоматического отключения.

Кроме этого, простое механическое соединение отдельных корпусов по меньшей мере одного привода и приводных полюсных деталей, а также приводного механизма приводит к потере рабочего хода из-за люфтов и подвижности компонентов. Кроме этого, это усложняет изготовление автоматического выключателя как с точки зрения количества используемого материала, так и установки.

В документе DE 10238950 А1 раскрывается другой подход, позволяющий решить вышеупомянутую проблему за счет другого принципа компоновки основных частей. Согласно этому принципу привод располагается соосно полюсной части автоматического выключателя. Полюсная часть состоит из пластикового корпуса, в котором находится вакуумный вкладыш-разъединитель. В отличие от подобного электрически изолированного корпуса привод находится в ферромагнитном ярме, проходящем вокруг двух электрических обмоток, а также вокруг промежуточного постоянного магнита, создающего механическое усилие магнитного привода. Ферромагнитное ярмо необходимо для направления магнитного потока, создающего механическое усилие совместно со смежным подвижным якорем.

Подвижный якорь состоит из разделенной осевой тяги, с каждой стороны которой находится плунжерная секция. Одна из частей разделенной осевой тяги соединена с приводной тягой вкладыша-разъединителя. Упомянутая приводная тяга перемещает нижний электрический контакт пары электрических контактов вкладыша-разъединителя. Верхний электрический контакт, в целом, является неподвижным, но электрически связанным. Между корпусом полюсной части и корпусом магнитного привода установлена дополнительная заземляющая металлическая пластина.

Рассмотренный выше автоматический выключатель имеет компактный размер, но при этом каждая его основная часть находится в отдельном корпусе. В особенности незащищенным остается металлический корпус магнитного привода, выполненный в виде ферромагнитного ярма. С точки зрения безопасности незащищенные электрические детали представляют опасность.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить автоматический выключатель компактной конструкции, расположенный в безопасном изолированном корпусе.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению предлагается автоматический выключатель от среднего напряжения до высокого напряжения, снабженный специальной полюсной частью с чашеобразным корпусом из изоляционного материала, в который установлен вкладыш-разъединитель, приводимый в действие приводной тягой, причем чашеобразный корпус разделен на верхнюю корпусную часть, в которой находится вкладыш-разъединитель, и нижнюю корпусную часть, в которой находится магнитный привод, причем приводная тяга для вкладыша-разъединителя расположена соосно с якорем магнитного привода.

Другими словами, настоящим изобретением предлагается специальное встраивание магнитного привода в полюсную часть. Вкладыш-разъединитель, а также магнитный привод и все остальные передающие усилие детали расположены внутри общего корпуса из изоляционного материала. Поэтому необходимость в отдельных корпусах отпадает. За счет компактной конструкции количество деталей значительно уменьшается, а время сборки существенно сокращается.

Для обеспечения непосредственного и компактного соединения осевая штанга магнитного якоря предпочтительно является составной частью приводной тяги вкладыша-разъединителя. По предпочтительному варианту осуществления осевой шток непосредственно формуется в нижнем конце приводной тяги из изоляционного материала. Как вариант, осевой шток может также ввинчиваться в приводную штангу для крепления якоря, регулируемого относительно вкладыша-разъединителя. Винтовое соединение между осевым штоком якоря и приводной тягой вкладыша-разъединителя должно быть дополнено средствами фиксации для предотвращения ослабления во время эксплуатации. Такая резьбовая фиксация может обеспечиваться различными способами, в особенности за счет использования фиксирующего винта на той же резьбе. Как вариант, на определенных участках резьбы могут быть установлены один или несколько небольших винтов. Кроме этого, для обеспечения постоянной фиксации на резьбу можно наносить клей. Это может быть осуществлено путем добавления клея или с помощью ультразвуковой сварки соединенных частей снаружи. Резьбовое соединение также может быть выполнено таким образом, чтобы внутреннее трение было достаточным для удержания привода по месту так, чтобы можно было не использовать дополнительную фиксацию.

По другому аспекту изобретения магнитный привод находится непосредственно снизу вкладыша-разъединителя в области отверстия чашеобразного корпуса. Поэтому необходимость в дополнительных механических соединениях отпадает. Предпочтительно в области отверстия чашеобразного корпуса у магнитного привода имеется наружная винтовая резьба, соответствующая внутренней винтовой резьбе. При установке во время процесса сборки осевого штока якоря магнитного привода он предпочтительно ввинчивается в приводную тягу вкладыша-разъединителя до тех пор, пока не достигнет определенного положения относительно вкладыша-разъединителя.

Электромагнитный привод предпочтительно содержит одну электрическую катушку для перемещения ферромагнитного якоря, состоящего из нижнего плунжера и верхнего плунжера, соединенных промежуточным осевым штоком. После установки осевого штока путем ввинчивания в соответствующую приводную тягу вакуумного вкладыша-разъединителя, верхний плунжер якоря предпочтительно навинчивается на общую ось, затем добавляется осевой шток и, наконец, нижний плунжер, что обеспечивает простоту сборки.

Рассмотренные выше, а также другие аспекты изобретения станут более понятны из последующего подробного описания изобретения совместно с прилагаемым чертежом.

Краткое описание чертежа

На чертеже показан схематический вид сбоку автоматического выключателя среднего напряжения, приводимого в действие бистабильным электромагнитным приводом для включения соответствующей полюсной части.

Осуществление изобретения

На чертеже показан автоматический выключатель среднего напряжения, который в основном состоит из полюсной части 1 и электромагнитного привода 2, расположенных соосно друг другу.

Электромагнитный привод 2 и вакуумный вкладыш-разъединитель 3 помещены в общий чашеобразный корпус 4. Чашеобразный корпус 4 разделен на верхнюю часть 5 корпуса и нижнюю часть 6 корпуса. Вакуумный вкладыш-разъединитель 3 и средства его приведения в действие находится в верхней части 5 корпуса. В свою очередь, электромагнитный привод 2 находится в нижней части 6 корпуса. Чашеобразный корпус 4 изготовлен из соответствующего термопластичного материала методом литья под давлением.

Вкладыш-разъединитель 3 выполнен в виде вакуумного вкладыша-разъединителя с вакуумной камерой, внутри которой находятся неподвижный электрический контакт 7 и соответствующий подвижный электрический контакт 8. Оба электрических контакта 7 и 8 расположены соосно, с противоположных сторон вакуумной камеры. Неподвижный электрический контакт 7 соединен с соответствующей электрической клеммой 9, изготовленной из медного материала, сформованного в корпусе 1.

Соответствующий электрический контакт 8 вакуумного вкладыша-разъединителя 3 подвижно соединен с соответствующей электрической клеммой 10, которая также сформована в корпусе 1. Между электрической клеммой 10 и подвижным электрическим контактом 8 находится промежуточный гибкий соединитель 11.

Вакуумный вкладыш-разъединитель 3 приводится в действие приводной тягой 12, изготовленной из изоляционного материала, которая соосно соединена с якорем 13 магнитного привода 2. Осевой шток 14 якоря 13 сформован в нижней части приводной тяги 12 из изоляционного материала. На силовом пути между якорем 13 магнитного привода 2 и приводной тягой 12 вакуумного вкладыша-разъединителя 3 встроена пружина.

Магнитный привод 2, встроенный в нижнюю часть 6 корпуса полюсной части 1, расположен непосредственно снизу вкладыша-разъединителя 3, в области 16 отверстия чашеобразного корпуса 4. Для крепления магнитного привода 2 в области 16 отверстия корпуса 4 на магнитном приводе имеется наружная резьба 17, соответствующая внутренней резьбе, выполненной в корпусе 4 в области 16 отверстия. Винтовое соединение между магнитным приводом 2 и корпусом 4 обеспечивается крепежными средствами (не показаны).

Электромагнитный привод 2 содержит одну электрическую катушку 18, предназначенную для перемещения ферромагнитного якоря 13. Ферромагнитный якорь 13 состоит из нижнего плунжера 19 и верхнего плунжера 20, соединенных осевым штоком 14, обеспечивающим постоянное расстояние между нижним плунжером 19 и верхним плунжером 20. Нижний плунжер 19 виден снаружи, так чтобы можно было определить текущее положение якоря 13, соответствующего положению коммутации автоматического выключателя.

Для удержания якоря 13 в положении ВКЛ или положении ВЫКЛ при отключенном электропитании установлен дополнительный постоянный магнит 21, расположенный рядом с электрической катушкой 18 электромагнитного привода 2. Электромагнитный привод 2 обеспечивает бистабильное положение коммутации для механически соединяемой с ним вакуумного вкладыша-разъединителя 3.

Изобретение не ограничено рассмотренным выше предпочтительным вариантом осуществления, который используется лишь в качестве примера и может быть видоизменен тем или иным образом, не выходя за объем защиты, определяемый в прилагаемой формуле изобретения.

Перечень ссылочных позиций

1 полюсная часть

2 электромагнитный привод;

3 вкладыш-разъединителя

4 корпус

5 верхняя часть корпуса

6 нижняя часть корпуса

7 неподвижный электрический контакт

8 подвижный электрический контакт

9 электрическая клемма

10 электрическая клемма

11 гибкий соединитель

12 приводная тяга

13 якорь

14 осевой шток

15 пружина

16 область отверстия

17 резьба

18 электрическая катушка

19 нижний плунжер

20 верхний плунжер

21 постоянный магнит

Изобретение относится к автоматическому выключателю для коммутации цепей среднего и высокого напряжений. Выключатель содержит полюсную часть (1) и магнитный привод (2). Полюсная часть (1) содержит чашеобразный корпус (4) из изоляционного материала, в котором размещен вкладыш-разъединитель (3), приводимый в действие приводной тягой (12). Чашеобразный корпус (4) разделен на верхнюю часть (5), в которой размещен вкладыш-разъединитель (3), и нижнюю часть (6), в которой размещен магнитный привод (2). Приводная тяга (12) вкладыша-разъединителя (3) расположена соосно с якорем (13) магнитного привода (2), который содержит снаружи резьбу (17), соответствующую внутренней резьбе на чашеобразном корпусе (4) в области (16) отверстия. Технический результат - создание компактного автоматического выключателя, расположенного в общем безопасном корпусе. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автоматический выключатель для коммутации цепей от среднего напряжения до высокого напряжения, содержащий полюсную часть (1) и магнитный привод (2), причем полюсная часть (1) содержит чашеобразный корпус (4), изготовленный из изоляционного материала, для размещения полюсной части (1) и магнитного привода (2), при этом полюсная часть (1) содержит вкладыш-разъединитель (3), приводимый в действие приводной тягой (12), чашеобразный корпус (4) разделен на верхнюю часть (5) корпуса, в которой размещен вкладыш-разъединитель (3), и нижнюю часть (6) корпуса, в которой размещен магнитный привод (2), причем приводная тяга (12) вкладыша-разъединителя (3) расположена соосно с якорем (13) магнитного привода (2), отличающийся тем, что магнитный привод (2) содержит снаружи резьбу (17), соответствующую внутренней резьбе на чашеобразном корпусе (4) в области (16) отверстия.

2. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что осевой шток (14) магнитного якоря (13) выполнен как единая деталь с приводной тягой (12) вкладыша-разъединителя (3).

3. Автоматический выключатель по п. 2, отличающийся тем, что осевой шток (14) сформован в нижнем конце приводной тяги (12) из изоляционного материала.

4. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что осевой шток (14) выполнен с возможностью вкручивания в приводную тягу (12) для закрепления якоря (13) в положении, регулируемом относительно вкладыша-разъединителя (3).

5. Автоматический выключатель по п. 4, отличающийся тем, что винтовое соединение между осевым штоком (14) магнитного якоря (13) и приводной тягой (12) вкладыша-разъединителя (3) скреплено с помощью средств фиксации.

6. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что магнитный привод (2) установлен непосредственно снизу вкладыша-разъединителя (3), в области (16) отверстия чашеобразного корпуса (4).

7. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что вкладыш-разъединитель (3) выполнен в виде вакуумного вкладыша-разъединителя с неподвижным электрическим контактом (7) и соответствующим подвижным электрическим контактом (8), перемещаемым приводной тягой.

8. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что изоляционный материал чашеобразного корпуса (4) представляет собой пластиковый материал, подходящий для литья под давлением.

9. Автоматический выключатель п. 1, отличающийся тем, что электромагнитный привод (2) содержит одну электрическую катушку (18) для перемещения ферромагнитного якоря (13), состоящего из нижнего плунжера (19) и верхнего плунжера (20), соединенных промежуточным осевым штоком (14).

10. Автоматический выключатель для сетей среднего напряжения по одному из пп. 1-9, характеризующийся тем, что приводится в действие бистабильным электромагнитным приводом (2) для обеспечения функционирования соответствующей полюсной части (1).

11. Автоматический выключатель по п. 10, в котором три полюсные части (1) объединены для формирования 3-фазного устройства.