ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2016 года по МПК H02G5/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к электрическому коммутационному аппарату в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Из патентного документа DE 2409484 C2 известна часть коммутационной системы с газовой изоляцией. В этом документе на фиг. 4 представлен разъединительный блок 1а, который на своем правом конце герметично закрыт опорным изолятором 9. В опорном изоляторе 9 удерживается и через него проходит электропроводный элемент 7, ориентированный в направлении к другому концу разъединительного блока 1а. Два конца электропроводного элемента 7 находятся в области двух концов разъединительного блока 1а. На противоположном от опорного изолятора 9 конце разъединительного блока 1а герметично прикреплена фланцевым соединением трубчатая часть 2а сборной шины, в которой установлен другой электропроводный элемент 8. Два конца электропроводного элемента 8 находятся в области двух концов части 2а сборной шины. На противоположном конце части 2а сборной шины имеется еще один опорный изолятор 9, в котором удерживается и через который проходит следующий электропроводный элемент 7.

Благодаря описанной конструкции разъединительного блока 1а и части 2а сборной шины эти два конструктивных компонента могут соединяться в ряд модульным образом. При этом два электропроводных элемента 7, 8 электрически соединены друг с другом соединительной частью 10. Соединительная часть 10 может быть выполнена, например, в соответствии с фиг. 3 патентного документа DE 2409484 C2, то есть в виде штырей, входящих во втулку. Благодаря такому выполнению соединительной части 10 может компенсироваться тепловое удлинение электропроводных элементов 7, 8.

Недостаток известной коммутационной системы состоит в том, что для одного разъединительного блока 1а и одной части 2а сборной шины всегда предназначены две соединительные части 10. На этих двух соединительных частях 10 или на их переходных сопротивлениях происходят потери энергии в форме тепла, что вызывает снижение КПД электрической коммутационной системы.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известной коммутационной системы.

Решение поставленной задачи достигается в электрическом коммутационном аппарате по пункту 1 формулы изобретения.

Электрический коммутационный аппарат по изобретению содержит две полости, в которых установлены первый электропроводный элемент и, при необходимости, другие компоненты коммутационного аппарата. Предусмотрен опорный изолятор, который отделяет друг от друга две полости и через который проходит насквозь первый электропроводный элемент. Имеется кольцо, которое предназначено для опорного изолятора и через которое первый электропроводный элемент проходит насквозь таким образом, что обеспечивается возможность перемещения первого электропроводного элемента в кольце.

Изобретение дает то преимущество, что первый электропроводный элемент подвижен относительно кольца, а следовательно, и относительно опорного изолятора. За счет этого могут компенсироваться тепловые удлинения первого электропроводного элемента по отношению к опорному изолятору. Поскольку через кольцо и опорный изолятор не течет никакого тока, там не может происходить нагрева и потери энергии. При этом кольцо может быть выполнено также простым образом, в частности, без необходимости использования сложных электрических соединительных средств.

Если это требуется вообще, в решении по изобретению требуется только компенсировать тепловые удлинения первого электропроводного элемента относительно соединенного с ним второго электропроводного элемента. Для этого могут потребоваться электрические соединительные средства, однако не в двойном исполнении, как это имеет место в решении уровня техники, а только единичные. Это обеспечивает упрощение всей конструкции и имеет следствием снижение стоимости.

В предпочтительном примере выполнения изобретения электрические соединительные средства могут быть реализованы путем того, что второй электропроводный элемент расположен примерно коаксиально и рядом с первым электропроводным элементом, причем один из двух электропроводных элементов на своем обращенном к другому электропроводному элементу свободном конце содержит втулку, в которую вставлен свободный конец другого электропроводного элемента. При этом целесообразно, когда обеспечивается возможность перемещения этого другого электропроводного элемента внутри втулки, соединенной с первым упомянутым электропроводным элементом. Таким путем может простым образом достигаться упомянутая компенсация удлинений.

Особенно предпочтительно, когда опорный изолятор газогерметично отделяет друг от друга две полости, причем кольцо газогерметично соединено с опорным изолятором, при этом между первым электропроводным элементом и кольцом имеется, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо. Благодаря этому коммутационный аппарат с газовой изоляцией может быть выполнен простым образом.

В предпочтительных решениях по развитию изобретения между первым электропроводным элементом и кольцом имеется, по меньшей мере, одно направляющее кольцо и/или между первым электропроводным элементом и кольцом имеется, по меньшей мере, один контактный элемент. За счет этого могут улучшаться характеристики скольжения и направления и/или электрические свойства кольца по отношению к первому электропроводному элементу.

Краткий перечень чертежей

Другие особенности, возможности применения и преимущества изобретения будут ясны из последующего описания примеров осуществления, представленных на чертежах. При этом все описанные или показанные особенности образуют предмет изобретения самостоятельно или в любых комбинациях независимо от их объединения или связи в пунктах формулы изобретения и независимо от их формулировки или представления в описании или на чертежах.

На чертежах:

фиг. 1 схематично изображает в разрезе пример выполнения электрического коммутационного аппарата по изобретению и

фиг. 2 изображает узел Ζ на фиг. 1 в увеличенном виде.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана одна фаза электрического коммутационного аппарата по изобретению 10, который предпочтительно используется в высоковольтных коммутационных системах. Коммутационный аппарат является так называемым «капсулированным коммутационным аппаратом» с газовой изоляцией с газом под давлением.

Коммутационный аппарат 10 содержит первую и вторую металлические части 11,12 корпуса, которые выполнены трубчатыми и закрыты на одном конце. На своих открытых концах части 11,12 корпуса герметично соединены друг с другом с помощью фланцев 13, например соединены винтами. Внутренняя полость двух частей 11, 12 корпуса заполнена изоляционным газом, например, SF6 или N2 или другим газом или газовой смесью. При определенных условиях во внутренней полости обеих частей 11,12 корпуса может быть также создан вакуум.

В области закрытых концов две части 11, 12 корпуса имеют в окружной поверхности отверстия 15, над которыми герметично установлены изоляционные части 16. Через две изоляционные части 16 во внутреннюю полость частей 11, 12 корпуса герметично введены снаружи первый и второй электрические проводники 17, 18. Электрические проводники 17, 18 изготовлены из электропроводного материала, в частности из металла.

Во внутренней полости двух частей 11, 12 корпуса два проводника 17, 18 изогнуты под углом таким образом, что они по существу направлены коаксиально внутри двух трубчатых частей 11, 12 корпуса. Примерно в области фланцев 13 имеется опорный изолятор 20, выполненный по существу кольцевым. Опорный изолятор 20 изготовлен из электроизоляционного материала и имеет наружный край 21 и внутренний край 22. В качестве примера опорный изолятор 20 может быть изготовлен из литьевой смолы, которая содержит, в частности, добавку Al₂O₃. В данном примере выполнения опорный изолятор 20 выполнен по форме горшка с открытым дном. Опорный изолятор находится по существу внутри первой части 11 корпуса или выступает в первую часть 11 корпуса.

Опорный изолятор 20 на своем наружном краю герметично укреплен на обеих частях 11, 12 корпуса или на одной из них. Так, например, наружный край 21 опорного изолятора 20 может быть зажат между фланцами 13 двух частей 11, 12 корпуса.

Для опорного изолятора 20 предназначено кольцо 24. Кольцо 24 вставлено в отверстие, образованное внутренним краем 22 опорного изолятора 20. Кольцо 24 удерживается опорным изолятором 20. Кольцо 24 изготовлено из электропроводного материала. Кольцо 24 имеет примерно овальную поверхность поперечного сечения и герметично прилегает к внутреннему краю 22 опорного изолятора 20. Кольцо 24 образует направляющее сквозное отверстие 25, по существу коаксиальное двум частям 11, 12 корпуса.

Кольцо 24 служит для влияния на электрическое поле внутри двух частей 11, 12 корпуса. Кроме прочего для этой цели поверхности поперечного сечения кольца 24 могут быть выполнены иначе, чем в данном примере выполнения.

В направляющем сквозном отверстии 25 кольца 24 установлен первый электропроводный элемент 26. Первый электропроводный элемент 26 изготовлен из электропроводного материала, например из металла. Первый электропроводный элемент 26, по меньшей мере, частично выполнен в виде стержня или трубки, а его ось расположена внутри двух частей 11, 12 по существу коаксиально им. Первый электропроводный элемент 26 находится в основном внутри первой части 11 корпуса и лишь немного выступает во вторую часть 12 корпуса.

Первый электропроводный элемент 26 установлен в кольце 24 с возможностью, по меньшей мере, ограниченного перемещения в осевом направлении в обе стороны. Для этого между кольцом 24 и первым электропроводным элементом 26 имеется, по меньшей мере, небольшой кольцевой зазор.

На обращенной к направляющему сквозному отверстию 25 внутренней стороне кольца 24 в канавку кольца 24 вставлено уплотнительное кольцо 28. Предпочтительно уплотнительное кольцо 28 изготовлено из эластомера или подобного материала, предпочтительно из резины. Указанный кольцевой зазор между кольцом 24 и первым электропроводным элементом 26 закрыт уплотнительным кольцом 28. С помощью уплотнительного кольца 28 обеспечивается герметичное соединение между кольцом и первым электропроводным элементом 26.

Далее, на внутренней стороне кольца 24 в канавке может быть установлено направляющее кольцо 29. Направляющее кольцо 29 может быть изготовлено, например, из металла или из полимерного материала. При его наличии направляющее кольцо 29 предусмотрено для того, чтобы улучшать условия скольжения между кольцом 24 и первым электропроводным элементом 26. Далее, направляющее кольцо 29 может служить также для центрирования первого электропроводного элемента 26 внутри кольца 24 и/или для улучшения уплотнения между кольцом 24 и первым электропроводным элементом 26.

В определенных случаях кольцо 24 может быть изготовлено из материала с хорошими свойствами скольжения, например, из политетрафторэтилена. В этом случае материал кольца 24 оказывает влияние на характеристику скольжения и направления первого электропроводного элемента 26. В этом случае при определенных обстоятельствах можно обойтись без направляющего кольца 29.

В определенных случаях опорный изолятор 20 и кольцо 24 могут быть выполнены заодно. В этом случае они образуют общую опорную деталь из изоляционного материала, например, из литьевой смолы. Уплотнительное кольцо 28 и/или направляющее кольцо 29 могут быть заделаны и литьевую смолу этой общей опорной детали.

В частности, когда кольцо 24 изготовлено из электропроводного материала, например из металла, на внутренней стороне кольца в канавке может быть установлен контактный элемент 31. Контактный элемент 31 может быть выполнен кольцевым или пластинчатым. При его наличии контактный элемент 31 предназначен для того, чтобы устанавливать электрическую связь между кольцом 24 и первым электропроводным элементом 26. За счет этой электрической связи могут устраняться разности потенциалов между двумя указанными конструктивными частями без прохода существенных токов через контактный элемент 31.

В данном примере выполнения внутри первой части 11 корпуса установлен первый силовой выключатель 33. Один контакт первого силового выключателя 33 соединен с первым проводником 17, а другой контакт соединен с первым электропроводным элементом 26.

В данном примере выполнения внутри второй части 12 корпуса установлен второй силовой выключатель 34. Один контакт второго силового выключателя 34 соединен со вторым проводником 18, а другой контакт соединен со вторым электропроводным элементом 36.

Следует отметить, что вместо первого силового выключателя 33 и/или второго силового выключателя 34 могут находиться другие компоненты коммутационного аппарата 10, например разъединители или разъединители/заземлители или подобные компоненты. Возможен также вариант, в котором нет одного из двух выключателей или обоих выключателей, а вместо этого первый проводник 17 и первый электропроводный элемент 26 и/или второй проводник 18 и второй электропроводный элемент 36 соединены друг с другом непосредственно или выполнены заодно. В последнем альтернативном варианте может устраняться их пространственное удаление.

Второй электропроводный элемент 36 выполнен в виде стержня или трубки и расположен внутри двух частей 11, 12 корпуса по существу коаксиально. Второй электропроводный элемент 36 изготовлен из электропроводного материала и находится внутри второй части 12 корпуса. Первый и второй электропроводные элементы 26, 36 ориентированы коаксиально друг другу, а их свободные концы расположены рядом друг с другом.

На своем обращенном к первому электропроводному элементу 26 свободном конце второй электропроводный элемент 36 содержит втулку 37, предназначенную для приема свободного конца первого электропроводного элемента 26. При этом размер втулки 37 в осевом направлении предусмотрен таким, что первый электропроводный элемент 26 может, по меньшей мере, немного перемещаться в осевом направлении внутри втулки в обе стороны.

Внутри втулки 37 имеются электрические соединительные средства 38, предусмотренные для того, чтобы устанавливать электрическую связь между двумя электропроводными элементами 26, 36 с невысоким переходным сопротивлением. Электрическими соединительными средствами 38 могут быть, например, подпружиненные контакты или подобные средства.

Само собой разумеется, что свободные концы двух электропроводных элементов 26, 36 могут быть выполнены по-другому. В этом отношении существенно только то, что, с одной стороны, возможно, по меньшей мере, небольшое осевое относительное перемещение между двумя электропроводными элементами 26, 36, и, с другой стороны, может осуществляться электрическая связь между двумя электропроводными элементами 26, 36 с невысоким переходным сопротивлением.

Первый проводник 17, первый силовой выключатель 33 и первый электропроводный элемент 26 находятся в первом герметично закрытой полости 41, которая по существу ограничена первой частью 11 корпуса. Второй проводник 18, второй силовой выключатель 34 и второй электропроводный элемент 36 находятся во второй герметично закрытой полости 42, которая по существу ограничена второй частью 12 корпуса. Две полости 41, 42 герметично отделены друг от друга опорным изолятором 20.

При замкнутых силовых выключателях 33, 34 ток может течь от первого проводника 17 ко второму проводнику 18 или наоборот. При этом два проводника 17, 18 и два электропроводных элемента 26, 36 электрически изолированы от двух частей 11, 12 корпуса с помощью изоляционных частей 16, опорного изолятора 20 и изоляционного газа. Две части 11, 12 корпуса заземлены обычным образом.

При эксплуатации коммутационного аппарата 10 возможные тепловые удлинения, в частности, одного или обоих электропроводных элементов и/или одного или обоих проводников 17, 18 компенсируются за счет того, что, с одной стороны, как это пояснялось выше, первый электропроводный элемент 26 может, по меньшей мере, немного перемещаться в осевом направлении в обе стороны в соединенной со вторым электропроводным элементом 36 втулке 37 и, с другой стороны, - как тоже пояснялось выше, - первый электропроводный элемент 26 может, по меньшей мере, немного перемещаться в осевом направлении в обе стороны в соединенном с опорным изолятором 20 кольце 24.

Благодаря указанным возможностям того, что первый электропроводный элемент 26 и втулка 37 второго электропроводного элемента 36 с одной стороны и первый электропроводный элемент 26 и кольцо 24 опорного изолятора 20 с другой стороны могут соответственно перемещаться относительно друг друга, могут также компенсироваться допуски на изготовление.

Две части 11, 12 корпуса с установленными в них конструктивными компонентами могут быть изготовлены раздельно. Равным образом могут быть раздельно изготовлены опорный изолятор 20 и кольцо 24. При этом, например, опорный изолятор 20 может быть изготовлен литьем из литьевой смолы, а кольцо 24 может быть заделано в него при изготовлении. С другой стороны, опорный изолятор 20 и/или кольцо 24 могут быть выполнены таким образом, что кольцо 24 может быть насажено на готовый отлитый опорный изолятор 20.

Два смонтированные части 11, 12 корпуса могут быть соединены друг с другом с установкой между ними опорного изолятора 20. При соединении первый электропроводный элемент 26 может быть вставлен во втулку 37второго электропроводного элемента 36. Посредством фланцев 13 две части 11, 12 корпуса могут быть жестко соединены друг с другом и с опорным изолятором 20.

Через не показанные отверстия в двух частях 11, 12 корпуса две полости 41, 42 могут быть заполнены изоляционным газом. Само собой разумеется, что вместо изоляционного газа из частей 11, 12 корпуса может быть удален воздух и создан вакуум в двух полостях 41, 42.

Как было указано во вводном разделе, коммутационный аппарат 10 по фиг. 1 выполнен однофазным. Само собой разумеется, что подобную конструкцию могут иметь также многофазные аппараты. Коммутационный аппарат 10 может быть установлен на монтажной раме на открытом воздухе и образовывать компонент высоковольтной коммутационной системы.

Следует указать, что в аппарате могут содержаться несколько уплотнительных колец 28 и/или несколько направляющих колец 29 и/или несколько контактных элементов 31. Возможен также вариант, в котором одно или несколько уплотнительных колец 28 и/или одно или несколько направляющих колец 29 и/или один или несколько контактных элементов 31 установлены не на внутренней стороне кольца 24, как это было описано со ссылкой на чертежи, а на наружной стороне первого электропроводного элемента 26 в области кольца 24.

Далее, следует указать, что втулка 37 не обязательно должна быть укреплена на втором электропроводном элементе 36, как это было описано со ссылкой на чертежи, а может быть укреплена на свободном конце первого электропроводного элемента 26. В этом случае свободный конец второго электропроводного элемента 36 входит во втулку 37 первого электропроводного элемента 26.

Следует также указать, что коммутационный аппарат 10 по фиг. 1 и 2 может содержать также другие части корпуса и/или полости, в которых расположены другие или дополнительные компоненты коммутационного аппарата 10 или в которых выполняются другие и/или дополнительные функции коммутационного аппарата 10.

Изобретение относится к электрическому коммутационному аппарату (10), в частности для электрической коммутационной системы с газовой изоляцией. Коммутационный аппарат (10) содержит две полости (41, 42), в которых установлены первый электропроводный элемент (26) и, при необходимости, другие компоненты коммутационного аппарата (10). Далее, предусмотрен опорный изолятор (20), который отделяет друг от друга две полости (41, 42) и через который проходит насквозь первый электропроводный элемент (26) таким образом, что обеспечивается возможность перемещения первого электропроводного элемента (26) в кольце (24), причем кольцо (24) газогерметично соединено с опорным изолятором (20), при этом между первым электропроводным элементом (26) и кольцом (24) имеется, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо (28). Изобретение обеспечивает возможность работы коммутационного аппарата с газовой изоляцией с газом под давлением. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрический коммутационный аппарат (10), в частности, для электрической коммутационной системы с газовой изоляцией, содержащий две полости (41, 42), в которых установлены первый электропроводный элемент (26) и, при необходимости, другие компоненты коммутационного аппарата (10), опорный изолятор (20), который отделяет друг от друга две полости (41, 42) и через который проходит насквозь первый электропроводный элемент (26), и кольцо (24), которое предназначено для опорного изолятора (20) и через которое первый электропроводный элемент (26) проходит насквозь с обеспечением возможности перемещения первого электропроводного элемента (26) в кольце (24), отличающийся тем, что опорный изолятор (20) газогерметично отделяет друг от друга две полости (41, 42), причем кольцо (24) газогерметично соединено с опорным изолятором (20), при этом между первым электропроводным элементом (26) и кольцом (24) имеется, по меньшей мере, одно уплотнительное кольцо (28).

2. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 1, отличающийся тем, что первый электропроводный элемент (26) выполнен, по меньшей мере, частично в виде стержня или трубки с возможностью перемещения в направлении оси, заданной выполнением первого электропроводного элемента (26) в виде стержня или трубки.

3. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 1, отличающийся тем, что между первым электропроводным элементом (26) и кольцом (24) имеется, по меньшей мере, одно направляющее кольцо (29).

4. Электрический коммутационный аппарат (10) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кольцо (24) изготовлено из электропроводного материала, в частности из металла, при этом кольцо (24) удерживается опорным изолятором (20).

5. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 4, отличающийся тем, что между первым электропроводным элементом (26) и кольцом (24) имеется, по меньшей мере, один контактный элемент (31).

6. Электрический коммутационный аппарат (10) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кольцо (24) и опорный изолятор (20) выполнены как одно целое.

7. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 1, отличающийся тем, что опорный изолятор выполнен кольцевым по форме, причем кольцо (24) расположено в отверстии, образованном опорным изолятором (20).

8. Электрический коммутационный аппарат (10) по любому из пп. 1-3, 5, 7, отличающийся тем, что содержит второй электропроводный элемент (36), который расположен примерно коаксиально и рядом с первым электропроводным элементом (26), причем один (36) из двух электропроводных элементов на своем обращенном к другому электропроводному элементу (26) свободном конце содержит втулку (37), в которую вставлен свободный конец другого электропроводного элемента (26).

9. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 8, отличающийся тем, что возможно перемещение этого другого электропроводного элемента (26) внутри втулки (37), соединенной с первым упомянутым электропроводным элементом (36).

10. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 9, отличающийся тем, что втулка (37) выполнена так, что обеспечивается возможность перемещения в осевом направлении.

11. Электрический коммутационный аппарат (10) по п. 8, отличающийся тем, что во втулке (37) предусмотрены электрические соединительные средства (38), в частности подпружиненные металлические контакты.

12. Электрическая коммутационная система, отличающаяся тем, что содержит электрический коммутационный аппарат (10), заявленный по любому из предыдущих пунктов.