ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ С ОГРАНИЧИТЕЛЕМ ТОКА Российский патент 2018 года по МПК H01H33/16 

[0001] В данной заявке испрашивается приоритет Китайской патентной заявки № 201410453010.0, озаглавленной как «HIGH-POWER SWITCH WITH CURRENT LIMITER», поданной в Китайское государственное бюро по интеллектуальной собственности 5 сентября 2014 г., которая полностью включена в настоящую работу в виде ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящая заявка относится к области техники электрических переключателей, и в частности, к конструкции и изготовлению переключателя высокой мощности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В переключателе тока высокой мощности (таком как прерыватель цепи генератора), токопроводящая цепь, как правило, параллельно соединена с дугогасящей ветвью, причем номинальный ток нагрузки переносится токопроводящей цепью, которая имеет большое поперечное сечение отклонения тока и большую площадь теплоотвода, а номинальный ток короткого замыкания прерывается дугогасящей камерой в дугогасящей ветви. В случае, когда максимальное (пиковое) значение тока короткого замыкания высоко, мощная токовая дуга, генерируемая в ходе разделения контактов в дугогасящей камере, может сжечь контакты. После достижения током нулевого значения, плазма между контактами будет обладать высокой концентрацией и высокой температурой, что приведет к тепловому пробою между контактами, к повторному возникновению дуги в дугогасящей камере и к неисправности при прерывании тока короткого замыкания. Если отключающая способность дугогасящей камеры повысить лишь за счет увеличения размера дугогасящей камеры или увеличения объема газовой дугогасящей камеры, масса переключателя, стоимость, нагрузка исполнительного механизма, и т.п. могут быть повышены. Также, для этого типа переключателей, это может привнести повышенный технический риск и высокие затраты на опытно-конструкторские работы и может потребовать длительного времени на реконструкцию новой дугогасящей камеры с большей отключающей способностью, а в случае низкого требуемого количества переключателей такого типа, это может привести к воздействию высокой стоимости, и это не может привести к достижению хорошего экономичного технологического эффекта для реконструкции новой дугогасящей камеры с большей отключающей способностью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Задачей настоящей заявки является обеспечение переключателя высокой мощности с ограничителем тока, который может размыкать ток короткого замыкания с более крупным численным значением, за счет встраивания ограничителя тока в дугогасящую ветвь.

[0005] Для достижения вышеуказанной задачи, переключатель высокой мощности согласно настоящей заявке включает в себя: первый основной проводник и второй основной проводник, которые являются трубчатыми, первый внешний соединитель и второй внешний соединитель, первый внутренний соединитель и второй внутренний соединитель, первый неподвижный (фиксированный) основной контакт и второй неподвижный основной контакт, кольцевой подвижный (движущийся) основной контакт, первый изолятор и второй изолятор которые являются кольцевыми, прерывающее устройство, обладающее дугогасящей функцией, ограничитель тока и исполнительный механизм. Основная проводящая цепь переключателя образована путем последовательного соединения первого основного проводника, первого внешнего соединителя, первого неподвижного основного контакта, кольцевого подвижного основного контакта, второго неподвижного основного контакта, второго внешнего соединителя и второго основного проводника. Подвижный основной контакт дополнительно соединяют с исполнительным механизмом, обладающим функцией переключения. Дугогасящая ветвь переключателя образована путем последовательного соединения прерывающего устройства, обладающего дугогасящей функцией, и ограничителя тока. Прерывающее устройство дополнительно соединяют с исполнительным механизмом, обладающим функцией переключения; а дугогасящую ветвь параллельно соединяют с основной проводящей цепью.

[0006] Первый основной проводник и второй основной проводник могут иметь полые структуры и могут быть расположены коаксиально. Прерывающее устройство и ограничитель тока как компоненты дугогасящей ветви переключателя могут быть расположены внутри первого основного проводника. Ограничитель тока может быть, но без ограничения, реактором, резистором и сверхпроводящим ограничителем тока.

[0007] Прерывающее устройство может быть расположено снаружи ограничителя тока, или же прерывающее устройство может частично или полностью выступать в полость ограничителя тока.

[0008] Один конец ограничителя тока может быть соединен с первым основным проводником, а другой конец ограничителя тока может быть соединен с прерывающим устройством. А ограничитель тока может быть расположен вдоль осевой линии первого основного проводника.

[0009] Между концом ограничителя, соединяющимся с прерывающим устройством, и внутренними соединителями, и между концом ограничителя тока, соединяющимся с прерывающим устройством, и основными проводниками, должна присутствовать достаточная изоляция. Изоляция может быть достигнута за счет зазоров, заполненных газом, или может быть достигнута за счет разделения изоляторами. В этом случае, изоляция может выдержать достаточное напряжение для предотвращения выхода из строя.

[0010] Сопротивление основной проводящей цепи может быть меньшим, чем сопротивление дугогасящей ветви.

[0011] Первый внешний соединитель может быть соединен с первым внутренним соединителем, второй внешний соединитель может быть соединен со вторым внутренним соединителем; первый внешний соединитель может быть соединен со вторым внешним соединителем через первый изолятор, первый внутренний соединитель может быть соединен со вторым внутренним соединителем через второй изолятор. Полость может быть образована между первым внешним соединителем, вторым внешним соединителем, первым внутренним соединителем, вторым внутренним соединителем, первым изолятором и вторым изолятором, а первый неподвижный основной контакт, второй неподвижный основной контакт и подвижный основной контакт могут быть расположены в полости.

[0012] В другой конструкции первый внешний соединитель может быть соединен со вторым внешним соединителем через первый изолятор, первый внешний соединитель может быть соединен с первым внутренним соединителем через второй изолятор, другой конец первого внутреннего соединителя может быть соединен с прерывающим устройством; второй внешний соединитель может быть непосредственно соединен со вторым внутренним соединителем, другой конец второго внутреннего соединителя может быть соединен с прерывающим устройством. Крупная полость может быть образована между первым внешним соединителем, вторым внешним соединителем, первым внутренним соединителем, вторым внутренним соединителем, первым изолятором и вторым изолятором, а первый неподвижный основной контакт, второй неподвижный основной контакт, подвижный основной контакт и прерывающее устройство могут быть расположены в полости.

[0013] Первый неподвижный основной контакт и второй неподвижный основной контакт могут быть установлены, соответственно, на первом внешнем соединителе и на втором внешнем соединителе, и подвижный основной контакт может образовывать перемычку между первым неподвижным основным контактом и вторым неподвижным основным контактом.

[0014] В случае, когда полость, образованная между первым внешним соединителем, вторым внешним соединителем, первым внутренним соединителем, вторым внутренним соединителем, первым изолятором и вторым изолятором, герметизирована, полость может быть заполнена изолирующим газом SF₆.

[0015] Переключатель основной проводящей цепи образован первым неподвижным основным контактом и вторым неподвижным основным контактом, наряду с подвижным основным контактом, который обладает определенным сопротивлением для отсечения от дуги и определенной способностью к гашению дуги.

[0016] Вакуумная дугогасящая камера или дугогасящая камера с газовым дутьем может быть сконфигурирована в прерывающем устройстве. В случае, когда вакуумная дугогасящая камера сконфигурирована в прерывающем устройстве, исполнительный механизм, приводящий в действие прерывающее устройство, может представлять собой пружинный исполнительный механизм или исполнительный механизм с остаточным магнетизмом, обладающий функцией избирательности по фазе.

[0017] По сравнению со стандартными технологиями, настоящая заявка обладает, по меньшей мере, следующими преимуществами.

[0018] Переключатель высокой мощности согласно настоящей заявке образован путем параллельного соединения основной проводящей цепи и дугогасящей ветви и обладает способностью к переносу высокого тока и размыканию тока короткого замыкания с крупным численным значением. Дугогасящая ветвь последовательно соединена с ограничителем тока, с повышением, таким образом, сопротивления цепи короткого замыкания, с ограничением численного значения тока короткого замыкания в дугогасящей ветви, снижением энергии, высвобождаемой в ходе горения дуги, с сильным ослаблением нагрузки прерывающего устройства и повышением доли успешных попыток размыкания цепи.

[0019] Поскольку ограничитель тока добавляют последовательно, ток короткого замыкания ограничивается, расчетные параметры и объем или размер прерывающего устройства можно контролировать таким образом, чтобы они находились в рамках более разумного диапазона, со снижением, таким образом, затрат на конструкторские работы и затрат на изготовление и повышением экономической выгоды продукта. Последовательный ограничитель тока встроен в дугогасящую ветвь, т.е., объединен с переключателем, что повышает уровень согласования всего переключателя.

[0020] В дополнение, в случае, когда вакуумная дугогасящая камера сконфигурирована в прерывающем устройстве дугогасящей ветви, количество газа SF₆ может быть снижено, с облегчением, таким образом, защиты окружающей среды. В этом случае, если установлен исполнительный механизм с остаточным магнетизмом, может быть реализовано переключение выбора фаз дугогасящей камеры, с сокращением, таким образом, времени на горение дуги, с облегчением размыкания и с ослаблением горения на контактах под действием дуги, и с продлением срока службы прерывающего устройства.

[0021] В техническом решении на основе испытанных прерывающих устройств, способность к размыканию цепи короткого замыкания может быть повышена быстрее, с меньшими затратами на последовательное подключение ограничителя тока в дугогасящей ветви. Испытанная дугогасящая камера и испытанный исполнительный механизм, принятый в техническом решении, обладает преимуществами в надежности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0022] Фигура 1 представляет собой схематическую структурную диаграмму первого варианта воплощения настоящей заявки, на которой левый конец (a) ограничителя тока соединен с первым основным проводником, а правый конец (b) ограничителя тока соединен с прерывающим устройством;

[0023] Фигура 2 представляет собой схематическую структурную диаграмму второго варианта воплощения настоящей заявки, на которой левый конец (a) ограничителя тока соединен с прерывающим устройством, а правый конец (b) ограничителя тока соединен с первым основным проводником; и

[0024] Фигура 3 представляет собой схематическую структурную диаграмму третьего варианта воплощения настоящей заявки, на которой подвижный основной контакт, неподвижные основные контакты и прерывающее устройство находятся в одной плоскости.

[0025] В частности, 1 и 2 соответственно отображают первый основной проводник и второй основной проводник, 3 и 3', соответственно отображают первый неподвижный основной контакт и второй неподвижный основной контакт, 4 отображает кольцевой подвижный основной контакт, 5 отображает прерывающее устройство, обладающее дугогасящей функцией, 6 отображает ограничитель тока, 7 и 7' соответственно отображают первый изолятор и второй изолятор, 8 отображает исполнительный механизм, 9 и 10 соответственно отображают первый внешний соединитель и второй внешний соединитель, и 9' и 10' соответственно отображают первый внутренний соединитель и второй внутренний соединитель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0026] В дальнейшем, настоящая заявка будет подробно описана в сочетании с чертежами.

[0027] Обратимся к Фигуре 1, Фигуре 2 и Фигуре 3, где переключатель высокой мощности с ограничителем тока согласно настоящей заявке включает в себя: первый основной проводник 1 и второй основной проводник 2, расположенные, соответственно, в первой части и в последней части переключателя, для переноса тока нагрузки, первый неподвижный основной контакт 3 и второй неподвижный основной контакт 3’, подвижный основной контакт4, первый внешний соединитель 9 и второй внешний соединитель 10, первый внутренний соединитель 9’ и второй внутренний соединитель 10’, прерывающее устройство 5, обладающее дугогасящей функцией, ограничитель 6 тока, первый изолятор 7 и второй изолятор 7’ и исполнительный механизм 8.

[0028] Первый основной проводник 1 и второй основной проводник 2 установлены коаксиально. Первый основной проводник 1, первый внешний соединитель 9, первый неподвижный основной контакт 3, подвижный основной контакт 4, второй неподвижный основной контакт 3’, второй внешний соединитель 10 и второй основной проводник 2 соединены последовательно, с образованием основной проводящей цепи для пропускания тока нагрузки в нормальном режиме работы. А подвижный основной контакт 4 дополнительно соединен с исполнительным механизмом 8, обладающим функцией переключения.

[0029] Первый основной проводник и второй основной проводник имеют полые структуры, а ограничитель 6 тока и прерывающее устройство 5 установлены внутри первого основного проводника 1.

[0030] Переключатель основной проводящей цепи образован первым неподвижным основным контактом 3 и вторым неподвижным основным контактом 3’, наряду с подвижным основным контактом 4, который обладает определенным сопротивлением для отсечения от дуги и определенной способности гашения дуги. Дугогасящая ветвь переключателя образована путем последовательного соединения прерывающего устройства 5, обладающего дугогасящей функцией, и ограничителя 6 тока, а прерывающее устройство 5 дополнительно соединено с исполнительным механизмом, обладающим функцией переключения. Дугогасящая ветвь параллельно соединена с основной проводящей цепью, и сопротивление основной проводящей цепи меньше, чем сопротивление дугогасящей ветви.

[0031] Первый неподвижный основной контакт 3 и второй неподвижный основной контакт 3’ установлены, соответственно, на первом внешнем соединителе 9 и на втором внешнем соединителе 10, а подвижный основной контакт 4 образует перемычку между первым неподвижным основным контактом 3 и вторым неподвижным основным контактом 3’.

[0032] В первом варианте воплощения и во втором варианте воплощения раскрытия первый внешний соединитель 9 соединен с первым внутренним соединителем 9’, второй внешний соединитель 10 соединен со вторым внутренним соединителем 10’. Первый внешний соединитель 9 соединен со вторым внешним соединителем 10 через первый изолятор 7, первый внутренний соединитель 9’ соединен со вторым внутренним соединителем 10’ через второй изолятор 7’. Полость образована между первым внешним соединителем 9, вторым внешним соединителем 10, первым внутренним соединителем 9’, вторым внутренним соединителем 10’, первым изолятором 7 и вторым изолятором 7’, а первый неподвижный основной контакт 3, второй неподвижный основной контакт 3’ и подвижный основной контакт 4 установлены в полости.

[0033] В случае, когда полость, образованная между первым внешним соединителем 9, вторым внешним соединителем 9', первыми внутренними соединителями 10, вторым внутренним соединителем 10’, первым изолятором 7 и вторым изолятором 7’, герметизирована, полость заполняют изолирующим газом, таким как SF₆.

[0034] Прерывающее устройство 5 может быть расположено снаружи ограничителя тока, как показано на Фигуре 1. В качестве альтернативы, прерывающее устройство 5 может частично или полностью выступать в полость ограничителя 6 тока, как показано на Фигуре 2, что приводит к более компактной структуре переключателя.

[0035] В третьем варианте воплощения, как показано на Фигуре 3, первый внешний соединитель 9 соединен со вторым внешним соединителем 10 через первый изолятор 7, первый внешний соединитель 9 соединен с первым внутренним соединителем 9’ через второй изолятор 7’, другой конец первого внутреннего соединителя 9’ соединен с фиксированной стороной прерывающего устройства 5. Второй внешний соединитель 10 непосредственно соединен со вторым внутренним соединителем 10’, а другой конец второго внутреннего соединителя 10’ соединен с движущейся стороной прерывающего устройства 5. Крупная полость образована между первым внешним соединителем 9, вторым внешним соединителем 10, первым внутренним соединителем 9’, вторым внутренним соединителем 10’, первым изолятором 7 и вторым изолятором 7’. Первый неподвижный основной контакт, второй неподвижный основной контакт, подвижный основной контакт и прерывающее устройство все расположены в полости. Полость герметизирована и заполнена изолирующим газом, таким как SF₆.

[0036] Прерывающее устройство 5 и ограничитель 6 тока расположены внутри основного проводника. Один конец ограничителя 6 тока соединен с первым основным проводником 1, а другой конец ограничителя 6 соединен с прерывающим устройством 5, а ограничитель 6 тока размещен вдоль осевой линии первого основного проводника 1. Прерывающее устройство 5 последовательно соединено с ограничителем 6 тока, с образованием дугогасящей ветви для прерывания или пропускания тока нагрузки, и цепи короткого замыкания.

[0037] Подвижный основной контакт 4 и прерывающее устройство 5, параллельно соединенное с подвижным основным контактом 4, может быть приведено в действие одним и тем же исполнительным механизмом, таким как исполнительный механизм 8 или другими исполнительными механизмами. В нормальном проводящем состоянии переключателя основная проводящая цепь и дугогасящая ветвь включена, и ток первоначально течет через основную проводящую цепь, из-за меньшего сопротивления основной проводящей цепи, по сравнению с сопротивлением дугогасящей ветви. В процессе отключения переключателя, сначала основная проводящая цепь отключается подвижным основным контактом 4, затем ток поступает на дугогасящую ветвь, и прерывающее устройство 5 может плавно размыкаться, поскольку численное значение тока короткого замыкания ограничено приемлемым диапазоном, благодаря последовательному соединению ограничителя тока и дугогасящей ветви. Течение тока в процессе включения переключателя обратно течению тока в процессе отключения переключателя: контакт в прерывающем устройстве 5 сначала включается, затем дугогасящая ветвь пропускает ток, а затем основная проводящая цепь включается подвижным основным контактом 4, и, таким образом, ток поступает на основную проводящую цепь с меньшим сопротивлением.

[0038] Вакуумная дугогасящая камера или газовая дугогасящая камера сконфигурирована в прерывающем устройстве 5. В случае, когда вакуумная дугогасящая камера сконфигурирована в прерывающем устройстве 5, исполнительный механизм, приводящий в действие прерывающее устройство 5, представляет собой пружинный исполнительный механизм или исполнительный механизм с остаточным магнетизмом, обладающий функцией избирательности по фазе.

[0039] Фиксированное количество вариантов воплощения настоящей заявки приведено лишь для описания, и они не отображают степень качества вариантов воплощения.

[0040] Выше приведены лишь лучшие варианты воплощения настоящей заявки, и они не предназначены для ограничения настоящей заявки. Любые изменения, эквивалентные замены, усовершенствования, и т.п., сделанные в рамках сущности и принципов настоящей заявки, все содержатся в объеме защиты настоящей заявки.

Изобретение относится к переключателю высокой мощности с ограничителем тока, который содержит основной проводящий контур, состоящий из полого трубчатого основного проводника, внутреннего и внешнего соединительного тела, неподвижного основного контакта и кольцевого подвижного основного контакта и дугогасящей параллельной цепи, состоящей из прерывающего устройства (5), обладающего дугогасящей функцией, и ограничителя (6) тока; цепь дугогасящей ветви параллельно соединяют с основным проводящим контуром; ограничитель (6) тока служит в качестве составного элемента переключателя и расположен в основном проводнике; и когда переключатель размыкает ток короткого замыкания, основной проводящий контур размыкается первый, а ток поступает в цепь дугогасящей ветви и ограничитель (6) тока ограничивает ток короткого замыкания таким образом, чтобы он находился в пределах размыкающей способности прерывающего устройства (5). Техническим результатом является обеспечение возможности размыкания тока короткого замыкания с более крупным численным значением. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Переключатель высокой мощности с ограничителем тока, содержащий: первый основной проводник (1) и второй основной проводник (2), которые являются трубчатыми, первый внешний соединитель (9) и второй внешний соединитель (10), первый внутренний соединитель (9’) и второй внутренний соединитель (10’), первый неподвижный основной контакт (3) и второй неподвижный основной контакт (3’), подвижный основной контакт (4), первый изолятор (7) и второй изолятор (7'), которые являются кольцевыми, прерывающее устройство (5), обладающее дугогасящей функцией, ограничитель (6) тока и исполнительный механизм (8); в котором основная проводящая цепь переключателя образована путем последовательного соединения первого основного проводника (1), первого внешнего соединителя (9), первого неподвижного основного контакта (3), подвижного основного контакта (4), второго неподвижного основного контакта (3’), второго внешнего соединителя (10) и второго основного проводника (2), а подвижный основной контакт (4) дополнительно соединен с исполнительным механизмом (8), обладающим функцией переключения; дугогасящая ветвь переключателя образована путем последовательного соединения прерывающего устройства (5), обладающего дугогасящей функцией, и ограничителя (6) тока, а прерывающее устройство (5) дополнительно соединено с исполнительным механизмом, обладающим функцией переключения; и дугогасящая ветвь параллельно соединена с основной проводящей цепью.

2. Переключатель высокой мощности по п. 1, в котором первый основной проводник (1) и второй основной проводник (2) обладают полыми структурами и установлены коаксиально, а ограничитель (6) тока и прерывающее устройство (5) установлены внутри первого основного проводника (1).

3. Переключатель высокой мощности по п. 1, в котором прерывающее устройство (5) установлено снаружи ограничителя (6) тока, или прерывающее устройство (5) частично или полностью выступает в полость ограничителя (6) тока.

4. Переключатель высокой мощности по п. 3, в котором один конец ограничителя (6) тока соединен с первым основным проводником (1), а другой конец ограничителя (6) тока соединен с прерывающим устройством (5), и ограничитель (6) тока размещен вдоль осевой линии первого основного проводника (1).

5. Переключатель высокой мощности по любому из пп. 1-4, в котором сопротивление основной проводящей цепи меньше, чем сопротивление дугогасящей ветви.

6. Переключатель высокой мощности по любому из пп. 1-4, в котором первый внешний соединитель (9) соединен с первым внутренним соединителем (9’), второй внешний соединитель (10) соединен со вторым внутренним соединителем (10’); первый внешний соединитель (9) соединен со вторым внешним соединителем (10) через первый изолятор (7), первый внутренний соединитель (9’) соединен со вторым внутренним соединителем (10’) через второй изолятор (7'); полость образована между первым внешним соединителем (9), вторым внешним соединителем (10), первым внутренним соединителем (9’), вторым внутренним соединителем (10’), первым изолятором (7) и вторым изолятором (7'); и первый неподвижный основной контакт (3), второй неподвижный основной контакт (3’) и подвижный основной контакт (4) установлены в полости.

7. Переключатель высокой мощности по любому из пп. 1-4, в котором первый внешний соединитель (9) соединен со вторым внешним соединителем (10) через первый изолятор (7), другой конец первого внешнего соединителя (9) соединен с первым внутренним соединителем (9’) через второй изолятор (7'), другой конец первого внутреннего соединителя (9’) соединен с одной стороной прерывающего устройства (5); второй внешний соединитель (10) непосредственно соединен со вторым внутренним соединителем (10’), а другой конец второго внутреннего соединителя (10’) соединен с другой стороной прерывающего устройства (5); полость образована между первым внешним соединителем (9), вторым внешним соединителем (10), первым внутренним соединителем (9’), вторым внутренним соединителем (10’), первым изолятором (7) и вторым изолятором (7'); и первый неподвижный основной контакт (3), второй неподвижный основной контакт (3’), подвижный основной контакт (4) и прерывающее устройство (5) установлены в полости.

8. Переключатель высокой мощности по п. 6 или 7, в котором первый неподвижный основной контакт (3) и второй неподвижный основной контакт (3’) установлены соответственно на первом внешнем соединителе (9) и втором внешнем соединителе (10), а подвижный основной контакт (4) образует перемычку между первым неподвижным основным контактом (3) и вторым неподвижным основным контактом (3’).

9. Переключатель высокой мощности по п. 6 или 7, в котором, в случае когда полость, образованная между первым внешним соединителем (9), вторым внешним соединителем (9'), первым внутренним соединителем (10), вторым внутренним соединителем (10’), первым изолятором (7) и вторым изолятором (7'), герметизирована, полость заполняют изолирующим газом.

10. Переключатель высокой мощности по пп. 1-4, в котором вакуумная дугогасящая камера или дугогасящая камера с газовым дутьем сконфигурирована в прерывающем устройстве (5), в случае когда вакуумная дугогасящая камера сконфигурирована в прерывающем устройстве (5), исполнительный механизм, приводящий в действие прерывающее устройство (5), представляет собой пружинный исполнительный механизм или исполнительный механизм с остаточным магнетизмом, обладающий функцией избирательности по фазе.