ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ВАКУУМНЫЙ КАРТРИДЖ Российский патент 2016 года по МПК H01H33/666 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом изобретения является электронный переключатель или прерыватель цепи, в частности, подходящий для среднего напряжения и содержащий вакуумный картридж. Под термином «среднее напряжение» (МТ) понимается его обычное применение, т.е. для напряжения более 1000 вольт при переменном токе и более 1500 вольт при постоянном токе, но которое не превышает 52000 вольт при переменном токе и 75000 вольт при постоянном токе.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Подобные установки должны осуществлять разрыв и изоляцию электрических цепей. Их основным элементом является основной подвижный контакт в электрической цепи, такой, чтобы он имел замкнутое состояние и разомкнутое состояние цепи. Разрыв цепи, тем не менее, может оказаться проблематичным при учете возникновения дуги, проходящей через подвижный контакт, даже когда последний разомкнут. Вакуумные картриджи (контейнеры), ответвлено соединенные с основным контактом, таким образом, зачастую добавляются с тем, чтобы осуществлять поток тока через картридж, как только контакт размыкается, что предотвращает формирование дуги. Когда вакуумный картридж, в свою очередь, размыкается, цепь прерывается надежным образом, поскольку дуга немедленно затухает в вакууме картриджа.

Механизм привода, при помощи которого размыкается вакуумный картридж, предпочтительно приводится в действие при помощи самого подвижного контакта в ходе части размыкающегося перемещения последнего с тем, чтобы оператору нужно было выполнить одну команду, и для того, чтобы размыкание вакуумного картриджа было синхронизировано с размыканием основной цепи с очень небольшой задержкой времени. В документах US-A-5168139, FR-A-2721434 и FR-A-2937786 описаны вакуумные картриджи или переключатели, содержащие вышеуказанное.

Различные механизмы привода были предложены в предшествующем уровне техники, но они представляли собой определенные усложнения, влекущие за собой экономические убытки и возможно, снижающие надежность. Одной из причин является то, что основной подвижный контакт осуществляет обратное перемещение при замыкании электрической цепи, и, таким образом, перехватывает операционное устройство, как было в ходе размыкания цепи, что не возможно без принятия определенных мер предосторожности, поскольку операционное устройство, которое, как правило, смещается к неизменному положению пружиной, не имеет обратного действия. Перехват в ходе повторного замыкания цепи, таким образом, предотвращается путем отведения основного контакта или операционного устройства, например, при помощи оборудования последнего однонаправленным шарниром (как в третьем из вышеуказанных документов), что усложняет переключатель и может оказывать отрицательное воздействие на его надежность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из задач настоящего изобретения, таким образом, является упрощение таких переключателей и/или прерывателей цепи, в более общем смысле электрических переключающих устройств, в частности устройств среднего напряжения.

В общей форме, изобретение относится к устройству, в частности подходящему для прерывания средних напряжений, имеющих вакуумный картридж, параллельно соединенный с принципалом основной электрической цепи, способному открываться или закрываться при помощи подвижного контакта, вакуумный картридж имеет стержень, проходящий через оболочку и поддерживающий подвижный контакт указанного вакуумного картриджа, переключатель дополнительно содержит операционный механизм вакуумного картриджа, приводимый в действие основным контактом и приводящий в действие стержень и содержащий вращающееся коромысло, соединяющее стержень и основной подвижный контакт. Коромысло является жестким и содержит две шарнирных области, вокруг которых оно, соответственно, вращается в ходе операций открытия и закрытия основной электрической цепи.

Известное составное коромысло, состоящее из двух частей, качающихся друг на друге, таким образом, замещается однородным коромыслом, установленным упруго, без фиксированных шарнирных точек. Использование качания, которое может быть квалифицировано как колебание между двумя фиксированными точками в направлении вращения коромысла, позволяет ему полностью зацепляться с основным подвижным контактом в одном направлении и перемещаться при помощи последнего, но без отведения вперед последнего в другом направлении перемещения.

В большинстве вариантов осуществлений механизм также содержит пружину, смещающую стержень к неизменному состоянию, которая может быть соединена, например, с неподвижной конструкцией переключателя или коромысла, или между оболочкой и стержнем вакуумного картриджа.

В основной конструкции, коромысло качается на стержне в одной из указанных областей качания. На другой из указанных областей качания, операционный механизм может, кроме того, содержать неподвижную шпильку, и участок коромысла оборудован вытянутым отверстием, в котором шпилька перемещается, когда коромысло вращается вокруг указанной одной из областей качания. В другой конструкции, стержень жестко прикреплен к коромыслу и является гибким. Области качания, в таком случае, предпочтительно представляют собой точки контакта коромысла с неподвижными частями переключателя, при этом коромысло лишь соединено со стержнем в состоянии, когда оно не смещено под действием основного подвижного контакта. Указанные неподвижные части переключающего устройства могут принадлежать муфте, зафиксированной в вакуумном картридже и окружающей стержень, и расположены по каждую сторону от стержня.

Электрическое соединение через ответвление к вакуумному картриджу может осуществляться при помощи коромысла, или возможно путем подключения переключающего язычка, электрически соединенного с подвижным контактом вакуумного картриджа и простирающегося до свободного конца, примерно расположенного впереди свободного конца коромысла, который перехватывает основной подвижный контакт, при этом основной подвижный контакт трется по свободному концу переключающего язычка.

Когда язычок имеется, коромысло может также тереться по переключающему язычку с большим сопротивлением, чем сила, оказываемая смещающей пружиной. Эта конструкция позволяет установить два стабильных состояния переключателя по желанию в разных положениях коромысла в отсутствие смещения основным подвижным контактом.

Основной подвижный контакт может также быть вращательным или скользящим.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые варианты осуществления изобретения будут описаны ниже в целях иллюстрации лишь со ссылкой на прилагаемые чертежи:

- фигуры 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 изображают первый вариант осуществлений изобретения и различные этапы размыкания и замыкания цепи;

- фигуры 8, 9 и 10 подобным образом иллюстрируют другой вариант осуществления изобретения;

- и фигуры 11, 12, 13, 14, 15 и 16 изображают третий вариант осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как описано на Фигуре 1, переключающее устройство, здесь переключатель, содержит главную цепь, состоящую из неподвижного контакта (1) со стороны линии, неподвижного контакта (2) со стороны нагрузки, и основной подвижный контакт (3), соединенный с неподвижным контактом (2) со стороны нагрузки при помощи шарнирного соединения (4), и имеет свободный конец (5) для соединения со свободным концом неподвижного контакта (1) со стороны линии для осуществления замкнутого состояния цепи, представленного на этой фигуре 1. Вакуумный картридж (6) формирует ответвление от главной цепи. Он содержит оболочку (7), неподвижный контакт (8), электрически соединенный с неподвижным контактом (1) со стороны линии через оболочку (7), подвижный контакт (9), присутствующий в оболочке (7), расположенный на конце стержня (10), противоположный конец которого простирается наружу из оболочки (7), формируя шарнирное соединение, а также с коромыслом (12), и подвижный контакт (9) соприкасается с неподвижным контактом (8) в замкнутом состоянии вакуумного картриджа (6), как представлено здесь. Герметичность внутреннего пространства оболочки (7) обеспечивается сильфонами (13), окружающими стержень (10), один конец которых герметично соединен с ободом оболочки (7), а другой конец которых зажат на стержне (10) вблизи подвижного контакта (9).

Переключающий язычок (14) содержит вал (15), простирающийся параллельно концу неподвижного контакта (1) со стороны линии от конца сильфонов (13), с которыми он соприкасается, до передней части свободного конца (5) основного подвижного контакта (3), и увеличенный конец в форме лопатки (16), простирающийся от вала (15) перпендикулярно ему к этому свободному концу (5) на коротком расстоянии от него. Коромысло (12) также содержит два участка (17 и 18), формирующие между собой угол, первый из которых, простирающийся впереди конца оболочки (7), поддерживает шарнирное соединение (11), соединительную шпильку пружины (22), которая проходит между коромыслом (12) и точкой (23) неподвижной конструкции (19) переключателя, и отверстие (20), в которое скользит шпилька (21), также принадлежащая неподвижной конструкции (19). Второй участок (18) простирается впереди переключающего язычка (14), и их свободные концы более или менее выровнены перпендикулярно плоскости фигуры и главной цепи, в представленном замкнутом состоянии вакуумного картриджа (6). Переключающий язычок (14) и коромысло (12) могут контактировать посредством трения или не контактировать.

Как показано на Фигуре 2, размыкание электрической цепи осуществляется путем поворота основного подвижного контакта (3) при помощи рукоятки, не показанной, и перекрытие с неподвижным контактом (1) со стороны линии постепенно прекращается. Основной подвижный контакт (3), тем не менее, достигает конца коромысла (12) заранее, так что электрический ток постепенно направляется через ответвление, занятое вакуумным картриджем (6), что предотвращает создание электрической дуги между контактами (1, 3). Электропроводность осуществляется контактами (8 и 9), стержнем (10) и коромыслом (12), если все части являются проводниками. Она также может быть осуществлена при помощи контактов (8, 9), сильфонов (13), которые в этом случае тоже должны быть проводниками, и переключающим язычком (14), если последний трется об коромысло (12) или основной подвижный контакт (3).

Этап с фигуры 3 представляет открытие переключателя, основной подвижный контакт (3) полностью отделен от неподвижного контакта (1) со стороны линии, и начал отталкивать коромысло (12), которое, тем не менее, удерживается на своем противоположном конце при помощи пружины (22), так что оно качается вокруг шпильки (21). Стержень (10) вытягивается и отделяет подвижный контакт (9) от неподвижного контакта (8). Электрический ток в вакуумном картридже (6), таким образом, прерывается. Когда вращение основного подвижного контакта (3) продолжается, конец коромысла (12) уходит от основного подвижного контакта (3) (фигура 4) и может вернуться на место, вновь замыкая вакуумный картридж (1) (фигура 5), цепь при этом остается открытой. Тем не менее, возможно, в соответствии с альтернативным воплощением, представленным на фигуре 6, чтобы трение между коромыслом (12) и переключающим язычком (14) поддерживало последний в положении, до которого его сместил основной подвижный контакт (3), поддерживая вакуумный картридж (6) разомкнутым, что может улучшить разъединение.

На фигуре 7 изображено повторное замыкание цепи. Основной подвижный контакт (3) перемещается в обратном направлении, проходит вперед переключающего язычка (14), трется об последний или нет, и зацепляется с концом коромысла (12), заставляя последнее вращаться в противоположном направлении. Когда контакты (8, 9) соприкасаются, стержень (10), тем не менее, остается неподвижным, и вращение коромысла (12) продолжается вокруг шарнирного соединения (11), которое остается неподвижным. Пружина (22) затем туго натягивается, и коромысло (12) перемещается вперед шпильки (21), которая скользит в продольное отверстие (20). Это продолжается до тех пор, пока коромысло (12) не выйдет из зацепления со свободным концом (5). Переключатель затем возвращается обратно в состояние с фигуры 1.

В другом варианте осуществления (фигура 8) переключающий язычок (14) отсутствует, также как шпилька (21), отверстие (20) и шарнирное соединение (11). Коромысло (12), тем не менее, остается присоединенным к стержню - теперь (24) - вакуумного картриджа (6), который состоит из проводящего стержня, обладающего определенной гибкостью и встроенного в коромысло (12). Пружина (25) расположена вокруг стержня (24) внутри сильфонов (13) и смещает контакты (8, 9) к замкнутому положению. Муфта (26) в конечном счете оборудуется снаружи оболочки (7) вакуумного картриджа (6), вокруг стержня (24) и заканчивается на коротком расстоянии от коромысла (12).

Размыкание цепи начинается, как описано выше, путем вращения основного подвижного контакта (3) (фигура 9), который зацепляется со свободным концом коромысла (12). Перемещение коромысла (12) осуществляется путем натягивания стержня (24) против действия пружины (25), его небольшого изгиба за счет вращения, оказываемого на него основным подвижным контактом (3), и точка поворота (27) в конечном счете появляется путем контакта одного конца коромысла (12) с участком муфты (26). Однако коромысло (12) возвращается на свое место благодаря гибкости стержня (24) пружины (25), когда основной подвижный контакт (3) переходит за последнюю.

Повторное замыкание цепи показано на фигуре 10. Основной подвижный контакт (3) обеспечивает качание коромысла (12) в противоположном направлении, вновь производя изгиб стержня (24), в противоположном направлении, и другая точка поворота (28) образуется между коромыслом (12) и муфтой (26), противоположно предшествующей точке (27) на муфте (26). Контакты (8, 9) могут быть немного удалены.

В другом варианте осуществления (фигура 11), основной подвижный контакт - теперь (30) - может перемещаться поступательно и наталкивается на неподвижный контакт (29) со стороны нагрузки в ходе перемещения. Вакуумный картридж (6) и устройство операционное примерно идентичны первому воплощению, за исключением того, что концы коромысла - теперь (31) - и переключающего язычка - теперь (32) - имеют измененные пропорции для того, чтобы учитывать зацепление с основным подвижным контактом (30). Последний удлиняется в направлении, параллельном стержню (10), перемещается в этом направлении, и зацепляется с коромыслом (31) и переключающим язычком (32) при помощи выступа (32), оборудованного на нем.

На Фигуре 12 изображено начало размыкания цепи. Один конец (34) основного подвижного контакта (30) постепенно покидает пояс (35), электрически соединенный с неподвижным контактом (1) со стороны нагрузки, при этом выступ (33) скользит по концу переключающего язычка (32) и постепенно переводит ток в ответвление вакуумного картриджа (6). На Фигуре 13 показано размыкание основной цепи и размыкание вакуумного картриджа, которое осуществляется вскоре после этого, при этом выступ (33) давит на конец коромысла (31). Когда размыкание цепи завершается, коромысло (31), таким образом, поворачивается для ухода от выступа (33), и возвращается на свое место (фигура 14), или (фигура 15), напротив, не полностью возвращается на место, а поддерживает контакты (8 и 9) разомкнутыми, благодаря трению, возникающему между последним и переключающим язычком (32). Когда цепь повторно замыкается, основной подвижный контакт (30) заставляет коромысло (31) вращаться в другом направлении, и, поэтому, как и в первом воплощении, вызывает перемещение шпильки (21) в отверстии (20) после поворота коромысла (31) вокруг шпильки (30), при этом контакты (8 и 9) поддерживаются замкнутыми, натягивая пружину (22). После того как выступ (33) был перемещен за коромысло (31) в направлении замыкания, переключатель возвращается в состояние с фигуры 11.

Изобретение касается устройства прерывания тока, способного замыкаться и размыкаться посредством основного подвижного контакта (3). Устройство содержит в качестве операционного механизма вакуумный картридж(6), соединенный с основной электрической цепью (1,2,3) и имеющий стержень, поддерживающий подвижный контакт (9) картриджа. Устройство содержит коромысло (12), являющееся целым и жестким. Коромысло может вращаться вокруг двух шарнирных точек (11, 21) и зацепляться с основным подвижным контактом (3) в ходе размыкания или замыкания вакуумного картриджа во время установления электрического соединения. Колебание коромысла между двумя фиксированными точками (11, 21) позволяет ему полностью зацепляться с основным подвижным контактом в одном направлении перемещения и перемещаться при помощи последнего без его отведения вперед в другом направлении перемещения. Технический результат - повышение надежности работы и упрощение устройства. 23 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Устройство прерывания тока, в частности подходящее для средних напряжений, имеющее вакуумный картридж (6), ответвленно соединенный с основной электрической цепью (1, 2, 3; 1, 30, 29), способное размыкаться или замыкаться посредством основного подвижного контакта (3), при этом вакуумный картридж (6) имеет стержень (10, 24), проходящий через оболочку (7) и поддерживающий подвижный контакт (9) упомянутого вакуумного картриджа, причем устройство дополнительно содержит операционный механизм вакуумного картриджа, приводимый в действие основным контактом и приводящий в действие стержень, и содержащий качающееся коромысло (12, 31), соединяющее стержень (10, 24) и основной подвижный контакт (3, 30), отличающееся тем, что коромысло является жестким и содержит две шарнирные области (12, 21; 27, 28), вокруг которых оно по существу вращается в ходе операций по размыканию и замыканию основной электрической цепи.

2. Устройство прерывания тока по п.1, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному положению.

3. Устройство прерывания тока по п.2, в котором пружина соединена с неподвижной конструкцией (19) устройства и коромыслом.

4. Устройство прерывания тока по п.2, в котором пружина расположена между оболочкой и стержнем вакуумного картриджа.

5. Устройство прерывания тока по п.1, в котором коромысло шарнирно соединено со стержнем в одной из шарнирных областей.

6. Устройство прерывания тока по п.5, в котором в другой из указанных шарнирных областей операционный механизм содержит неподвижную шпильку (21) и участок коромысла, оборудованный продолговатым отверстием (20), в котором шпилька перемещается, когда коромысло вращается вокруг указанной одной из шарнирных областей.

7. Устройство прерывания тока по п.6, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию.

8. Устройство прерывания тока по п.1, в котором стержень (10) жестко соединен с коромыслом и является гибким.

9. Устройство прерывания тока по п.8, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию.

10. Устройство прерывания тока по п.9, в котором пружина соединена с неподвижной конструкцией (19) устройства и коромыслом.

11. Устройство прерывания тока по п.1, в котором шарнирные области являются точками контакта коромысла с неподвижными частями (27, 28) устройства, при этом коромысло соединено лишь со стержнем в состоянии, когда оно не смещено основным подвижным контактом.

12. Устройство прерывания тока по п.11, в котором упомянутые неподвижные части устройства для прерывания тока принадлежат муфте (26), присоединенной к вакуумному картриджу и окружающей стержень, а следовательно, расположены с каждой стороны стержня.

13. Устройство прерывания тока по п.11, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию.

14. Устройство прерывания тока по п.13, в котором пружина соединена с неподвижной конструкцией (19) устройства и коромыслом или расположена между оболочкой и стержнем вакуумного картриджа.

15. Устройство прерывания тока по п.11, в котором стержень (10) жестко прикреплен к коромыслу и является гибким.

16. Устройство прерывания тока по п.15, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию, упомянутая пружина соединена с неподвижной конструкцией (19) устройства и коромыслом.

17. Устройство прерывания тока по п.12, в котором стержень (10) жестко соединен с коромыслом и является гибким.

18. Устройство прерывания тока по п.12, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию, упомянутая пружина соединена с неподвижной конструкцией (19) устройства и коромыслом или расположена между оболочкой и стержнем вакуумного картриджа.

19. Устройство прерывания тока по п.18, в котором стержень (10) жестко соединен с коромыслом и является гибким.

20. Устройство прерывания тока по любому из пп.1-19, в котором контакт между коромыслом и основным подвижным контактом достигается либо при помощи трения, либо при помощи системы шарнирных захватов.

21. Устройство прерывания тока по пп.1-19, дополнительно содержащее проводящий переключающий язычок (14), электрически соединенный с подвижным контактом вакуумного картриджа, и простирающийся до свободного конца, примерно расположенного перед свободным концом коромысла, который зацепляется с основным подвижным контактом, при этом основной подвижный контакт трется о свободный конец переключающего язычка.

22. Устройство прерывания тока по п.20, в котором операционный механизм содержит пружину (22, 25), смещающую стержень к неизменному состоянию, и коромысло также трется о переключающий язычок с большим сопротивлением, чем сила, оказываемая смещающей пружиной.

23. Устройство прерывания тока по п.1, в котором основной подвижный контакт является вращательным.

24. Устройство прерывания тока по п.1, в котором основной подвижный контакт является скользящим.