Высоковольтный трехполюсный быстродействующий вакуумный выключатель нагрузки Российский патент 2024 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным выключателям нагрузки с вакуумными дугогасительными камерами.

Известны вакуумные выключатели нагрузки [Выключатели нагрузки вакуумные типов ВНР, ВНВР-10/630-20 У2 «Бриз», ВНВР-10-630-20У2 «Волна», ВВНР-10/630-20У2, выключатели высоковольтные вакуумные трехполюсные патенты: RU 2247439 C1; RU 70409 U1; RU 106033 U1; RU 2529501 C1], в которых общий вал привода через размыкающий контакт воздействует на подвижные контакты вакуумных камер через шарнирно-рычажные механизмы и три тяговых изолятора - на подвижные контакты и вакуумные камеры тягового типа.

Серийно выпускаемые выключатели нагрузки имеют металлическую корпус-раму с опорными изоляторами и поворотными ножами рубящего типа, которые приводятся в движение общим металлическим валом через изоляционные тяги при помощи пружинного привода. По принципу гашения дуги различают выключатели нагрузки: а) автогазовые; б) вакуумные; в) автокомпрессионные.

Недостатки существующих конструкций выключателей нагрузки проявляются в следующем:

- Использование шарнирно-рычажных механизмов в приводах приводит к значительным энергетическим потерям при низкой надежности конструкции, уменьшению долговечности трехполюсных выключателей нагрузки;

- Обгорание, износ контактов рубящего типа, необходимость их замены после коммутации аварийных токов короткого замыкания;

- Необходимость частых регулировок шарнирно-рычажных механизмов в процессе эксплуатации;

- Наличие пружины у одного из полюсов провоцирует неодновременность включения и выключения всех полюсов;

- Невозможность отключения аварийных токов короткого замыкания;

- Недостаточный коммутационный ресурс;

- Недостаточный механический ресурс;

- Большое время быстродействия;

- Большой вес и габариты.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является высоковольтный тройной вакуумный выключатель из патентного документа UA 69395, содержащий три вакуумных дугогасительных камеры с размещенными в них неподвижными и подвижными контактами, опорную изоляцию, механизм управления подвижными контактами, причем механизм управления подвижными контактами содержит последовательно и функционально связанный регулировочный элемент, выполненный с возможностью поворота и присоединения к нему силового элемента, диск, выполненный по меньшей мере с одной выемкой, две спиральные пружины, каждая из которых прижата к диску, жестко подсоединен к диску изолятор с закрепленными на нем на одинаковом расстоянии тремя одинаковыми толкателями, каждый из которых имеет паз с установленным в нем подшипником, посаженным на ось, жестко соединенную через узел прижатия к подвижному контакту соответствующей вакуумной дугогасительной камеры, подшипниковую защелку, имеющую два фиксирующих подшипника, отличающийся тем, что регулировочный элемент выполнен в виде оси-регулятора, обе пружины выполнены одинаково оборотными, и дополнительно содержащий второй диск, выполненный с выемкой и с опорной полочкой, корпус, выполненный из двух соединенных, параллельно установленных на расстоянии на опорную плоскость, пластин, а в корпусе размещены оба диска, жестко установленные на ось-регулятор, и подшипниковая защелка.

Однако указанная конструкция механизма управления подвижными контактами имеет следующие недостатки:

а) недостаточная жесткость и, соответственно, пониженный механический ресурс;

б) отсутствие возможности регулировки предварительного усилия спиральных пружин;

в) отсутствие указателя состояния спиральных пружин;

г) консольное крепление фиксирующих подшипников подшипниковых защелок и, как следствие, повышенные механические нагрузки на указанные узлы со стороны первого и второго дисков.

Технической проблемой заявляемого изобретения является создание малогабаритного вакуумного выключателя нагрузки с увеличенным коммутационным и механическим ресурсом, высокой надежностью, возможностью регулировки предварительного усилия спиральных пружин и функцией отключения аварийных токов короткого замыкания.

Техническим результатом изобретения является решение поставленной технической проблемы.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в высоковольтном трехполюсном быстродействующем вакуумном выключателе нагрузки для частых коммутаций, имеющем опорную изоляцию, выполненную в виде опорной плоскости, и содержащем по меньшей мере три вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), вертикально закрепленные на опорной изоляции; каждая ВДК содержит: подвижные и неподвижные контакты, подшипниковую защелку для фиксирования подвижных контактов ВДК, механизм управления подвижными контактами, размещенный в корпусе, который выполнен из двух соединенных параллельно и установленных на расстоянии друг от друга пластин; вторая пластина является внешней относительно всего выключателя; последовательно и функционально соединенный регулировочный элемент, выполненный в виде оси-регулятора с возможностью поворота и присоединенного к нему силового элемента, лежащей на плоскости, образованной осями контактов ВДК, которая с одной стороны крепится на внутренней пластине, а с другой стороны опирается на втулку в отверстии в корпусе; на которой дополнительно установлен второй диск, имеющий выемку и оборудованный опорной полкой; причем второй диск является ведущим относительно первого диска, который является ведомым; спиральные пружины, размещенные на общей оси-регуляторе, закрепленные внешними концами к опорной полке и выполненные одинаково повёрнутыми и одинаково ориентированными; спиральная пружина присоединена к соответствующему диску: спиральная пружина, присоединенная к первому диску, является пружиной включения, пружина, присоединенная ко второму диску, является пружиной выключения; при этом внутренний конец спиральной пружины, которая прижата к первому ведомому диску, прикреплен к этому диску, а внутренний конец спиральной пружины, прижатой ко второму диску, - к фиксатору, закрепленному на второй внешней пластине корпуса; первая пластина корпуса имеет установленный на ее поверхности упор, направленный внутрь корпуса; упор и опорная полка установлены с возможностью ограничения перемещения спиральных пружин; подшипниковая защёлка имеет ось защёлки и установленные на оси защелки два держателя, в каждом из которых закреплен фиксирующий подшипник; подшипниковая защёлка имеет витую пружину, установленную на оси защёлки между держателями; с внешней стороны второй пластины корпуса установлен механический переключатель, флажком соединенный с ближайшим держателем; механизм управления подвижными контактами содержит дополнительный коробчатый кронштейн, жестко соединенный с обеими пластинами; фиксатор имеет возможность дискретной регулировки усилия предварительного сжатия спиральной пружины путем его поворота по часовой стрелке на угол 30° с шагом 15° относительно второй внешней пластины; фиксатор на второй внешней пластине корпуса имеет отверстие, соосное оси-регулятору и больше оси-регулятора по диаметру.

В частном случае опорная полка первого и второго дисков оснащена профильными накладками, взаимодействующими с рычагами микропереключателей, закрепленными на неподвижных деталях опорной конструкции механизма управления подвижными контактами.

Изобретение относится к электротехническим коммутационным аппаратам среднего класса напряжения 10 кВ с гашением дуги в вакуумной камере, в частности к высоковольтному трехполюсному быстродействующему вакуумному выключателю нагрузки для частых коммутаций с функцией отключения токов короткого замыкания, и предназначено для коммутации номинальных токов нагрузки и аварийных токов короткого замыкания.

Выключатель нагрузки ВНВ/НОВА-10 имеет опорную изоляцию, выполненную в виде опорной плоскости, к которой вертикально крепятся три вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) с подвижными и неподвижными контактами. Подвижные контакты ВДК приводятся в движение электромеханическим пружинным приводом, накапливающим энергию, через общий поворотный изолятор. Малый ход, в несколько миллиметров, подвижных контактов вакуумной камеры позволяет применить пружинный привод с малой энергоемкостью, небольшими габаритами и весом.

Фиксирование подвижных контактов ВДК осуществляется при помощи подшипниковой защелки. Гашение дуги в вакуумной среде обеспечивает функцию отключения номинальных и аварийных токов короткого замыкания с высоким коммутационным ресурсом.

Оперативные коммутации включения осуществляются вручную, оперативные коммутации отключения осуществляются вручную или дистанционно (по сигналам телеуправления) подачей напряжения на соленоид отключения. Взведение силовых пружин привода производится вручную при помощи заводного ключа.

Положение оси фиксирующего подшипника держателя, взаимодействующего с ведущим диском, исключает появление консольных нагрузок на ось со стороны ведущего диска.

Опорная полка первого и второго дисков оснащена профильными накладками, взаимодействующими с рычагами микропереключателей, закрепленными на неподвижных деталях опорной конструкции механизма управления подвижными контактами, для формирования и выдачи в цепи управления электрических сигналов в процессе оперативных коммутаций, таким образом, что отсутствует дребезг электрических контактов микропереключателей.

Заявляемое изобретение поясняется фигурами 1-6, на которых изображено:

Фиг. 1 - Общий вид высоковольтного трехполюсного вакуумного выключателя.

Фиг. 2 - Вид полюса в отключенном состоянии.

Фиг. 3 - Механизм управления подвижными контактами в разряженном состоянии.

Фиг. 4 - Механизм управления подвижными контактами в заряженном состоянии в режиме ожидания.

Фиг. 5 - Механизм управления подвижными контактами в заряженном состоянии, выключатель включен.

Фиг. 6 - Механизм управления подвижными контактами в запрещенном состоянии, выключатель выключен.

На фигурах 1-6 позициями 1-37 показаны:

1 - опорная изоляция;

2 - полюс;

3 - вакуумная дугогасительная камера (ВДК);

4 - неподвижный контакт;

5 - подвижный контакт;

6 - механизм управления подвижными контактами;

7 - первая (внутренняя) пластина корпуса;

8 - вторая (внешняя) пластина корпуса;

9 - ось-регулятор;

10 - первый диск;

11 - второй (ведущий) диск;

12 - выемка;

13 - спиральная пружина включения;

14 - спиральная пружина отключения;

15 - изолятор;

16 - толкатель;

17 - паз;

18 - подшипник;

19 - подшипниковая защелка;

20, 21 - фиксирующий подшипник;

22 - ось защелки;

23 - первый держатель;

24 - второй держатель;

25 - витая пружина;

26 - флажок;

27 - механический переключатель;

28 - соленоид отключения;

29 - упор;

30 - коробчатый кронштейн;

31 - опорная полка;

32 - гибкий токосъемник;

33 - микропереключатель;

34 - заводной ключ;

35 - фиксатор с регулировкой усилия поджатия пружины;

36 - профильные накладки;

37 - серьга.

Высоковольтный трехполюсный вакуумный выключатель содержит (Фиг. 1) опорную изоляцию 1, выполненную в виде плоскости, к которой прикреплены три полюса 2. Три вакуумные дугогасительные камеры 3 с неподвижными 4 и подвижными 5 контактами расположены с образованием их осями в пространстве вертикальной плоскости.

Механизм управления подвижными контактами 6 размещен в корпусе, выполненном из двух параллельных пластин, первой (внутренней) пластины 7 и второй (внешней) пластины 8, установленных на расстоянии друг от друга. Поверх второй пластины 8 крепится коробчатый кронштейн 30, жестко соединенный с пластиной 7 и обеспечивающий дополнительную опору для оси-регулятора 9, которая опирается на втулку в корпусе, и увеличивающий жесткость конструкции

Механизм управления подвижными контактами 6 состоит из размещенных в корпусе последовательно и функционально связанных деталей: ось-регулятор 9; первый диск 10 и второй диск 11 с одной выемкой 12; две спиральные пружины 13, 14, выполненные одинаково повёрнутыми и одинаково ориентированными, каждая из которых прижата к соответствующему диску 10 и 11. Второй диск 11 является ведущим по отношению к первому диску 10, который является ведомым. Спиральная пружина 13 является пружиной включения, а спиральная пружина 14 - пружиной отключения. Внутренний конец спиральной пружины 13, которая прижата к первому ведомому диску 10, прикреплен к этому диску, а внутренний конец спиральной пружины 14, прижатой ко второму диску 11, - к фиксатору 35, закрепленному на второй внешней пластине 8 корпуса.

Взведение спиральных (силовых) пружин 13, 14 привода производится вручную при помощи заводного ключа 34.

К первому диску 10 жестко подсоединен изолятор 15 с закрепленными на нем на одинаковом расстоянии тремя одинаковыми толкателями 16, каждый из которых имеет паз 17 с установленным в нем подшипником 18, посаженным на ось, жестко соединенную через узел поджатия к подвижному контакту 5 соответствующей вакуумной дугогасительной камеры 3.

Подшипниковая защелка 19 состоит из двух держателей 23, 24, которые установлены на ось защелки 22, с фиксирующими подшипниками 20 и 21, витую пружину 25, установленную на ось защелки 22 между держателями 23, 24. Положение оси фиксирующего подшипника держателя, взаимодействующего с ведущим диском, исключает появление консольных нагрузок на ось со стороны ведущего диска. Ось защёлки 22 закреплена на пластинах корпуса 7, 8, флажок 26 подсоединен к механическому переключателю 27, установленному наружу коробчатого кронштейна 30.

Подшипниковая защелка 19 также содержит соленоид отключения 28, который установлен возле второго держателя 24. Катушка соленоида получает питание от внешних цепей управления.

Первая пластина 7 корпуса, расположенная около изолятора 15, выполнена с размещенным на ее поверхности упором 29, направленным внутрь корпуса, а вторая (внешняя) пластина 8 имеет фиксатор 35 для дискретной регулировки усилия предварительного сжатия спиральной пружины отключения 14 путем его поворота по часовой стрелке на угол 30° с шагом 15° относительно второй (внешней) пластины 8. Фиксатор 35 на второй внешней пластине 8 корпуса имеет отверстие, соосное оси-регулятору 9 и больше оси-регулятора 9 по диаметру.

Второй (ведущий) диск 11 выполнен с опорной полкой 31. Опорная полка 31 первого 10 и второго 11 дисков оснащена профильными накладками 36, взаимодействующими с рычагами микропереключателей 33, закрепленных на неподвижных деталях опорной конструкции механизма управления подвижными контактами 6.

Упор 29 и опорная полка 31 установлены с возможностью ограничения перемещения спиральных пружин 13, 14.

Выключатель работает следующим образом.

Сначала механизм управления 6 подвижными контактами находится в разряженном состоянии (фиг. 3). Наружный силовой элемент в виде заводного ключа 34 с двумя выступающими штифтами, один из которых устанавливается в центральное отверстие А оси-регулятора 9, а второй - в отверстие Б серьги 37, жестко связанной с направляющей втулкой второго (ведущего) диска 11, подсоединяют через отверстие и радиальный паз коробчатого кронштейна 30 ко второму диску 11 и вращают его на 90°. Вместе с серьгой 37 Б на оси-регулятора 9 вращается второй диск 11, передающий вращение и энергию спиральным пружинам 13 и 14, первому диску 10. При этом фиксирующий подшипник 20 размещен в выемке 12 второго диска 11. Спиральные пружины 13 и 14 опираются на опорную полку 31. Выключатель готов к работе и находится в режиме ожидания включения (фиг. 4).

Для механического включения выключателя механический переключатель 27 поворачивают против часовой стрелки. Вместе с ним поворачивается флажок 26 со вторым держателем 24 в том же направлении. Вышедший из зацепления фиксирующий подшипник 21 освобождает, зафиксированный им ведомый диск 10, который, под действием спиральной пружины 13, вращается, вращая спиральную пружину отключения 14 и диск 11. Поворотный изолятор 15 (фиг. 5) вращается против часовой стрелки. При вращении второго диска 11 профильные накладки 36 взаимодействуют с рычагами микропереключателей 33, замыкая их контакты и формируя сигнал о состоянии аппарата для вторичных цепей - включен.

В каждом из полюсов 2 вращение одного из толкателей 16 вызывает перемещение вниз качением по пазу 17 подшипника 18, синхронное вертикальное перемещение вниз узла поджатия и связанного с ним подвижного контакта 5 вакуумных дугогасительных камер 3 (Фиг. 2). Подвижный контакт 5 соединяется с неподвижным 4, и по гибкому токосъемнику 32 проходит ток. Так происходит одновременное (синхронное) включение всех полюсов 2 выключателя.

Для отключения выключателя механический переключатель 27 поворачивают по часовой стрелке. Флажок 26 поворачивает в том же направлении держатель 24, перемещая фиксирующий подшипник 20 из выемки второго диска 11 и высвобождая ведомый диск 11. Под действием спиральной пружины 14 возвращаются оба диска 10, 11 и изолятор 15. При вращении ведущего диска 11 профильные накладки 36 взаимодействуют с рычагами микропереключателей 33, замыкая их контакты и формируя сигнал о состоянии аппарата для вторичных цепей - отключен. Далее действие передается толкателям 16. В каждом из полюсов 2 при вращении одного из толкателей 16 возникает перемещение вверх качением по пазу 17 подшипника 18, синхронное вертикальное перемещение вверх узла поджатия, связанного с ним, подвижного контакта 5 вакуумных дугогасительных камер 3 (Фиг. 2). Подвижный контакт 5 отходит от неподвижного контакта 4. Гибкий токосъемник 32 обесточивается. Таким образом, происходит одновременное (синхронное) выключение всех полюсов 2 выключателя (фиг. 6).

При использовании электрического отключения (автоматический выключатель) по электрическому сигналу, поступившему в соленоид отключения 28, срабатывает второй держатель 24. В дальнейшем подшипниковая защелка 19 срабатывает аналогично ее работе при механическом включении.

Таким образом, усовершенствования конструкции трехполюсного вакуумного выключателя обеспечивают создание энергоэффективного аппарата с увеличенным сроком службы, высоким быстродействием и функциями автоматического и полуавтоматического выключателя, что значительно расширяет диапазоны использования заявляемых выключателей.

Изобретение относится к высоковольтным выключателям нагрузки с вакуумными дугогасительными камерами. Технический результат заключается в создании малогабаритного вакуумного выключателя нагрузки с увеличенным коммутационным и механическим ресурсом. Высоковольтный трехполюсный быстродействующий вакуумный выключатель имеет опорную изоляцию, по меньшей мере три вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), вертикально закрепленные на опорной изоляции. Каждая ВДК содержит: подвижные и неподвижные контакты, подшипниковую защелку для фиксирования подвижных контактов ВДК, механизм управления подвижными контактами, размещенный в корпусе, который выполнен из двух соединенных параллельно и установленных на расстоянии друг от друга пластин. Вторая пластина является внешней относительно всего выключателя. Регулировочный элемент выполнен в виде оси-регулятора с возможностью поворота и присоединения к нему силового элемента, которая с одной стороны крепится на первой-внутренней пластине, а с другой стороны опирается на втулку в отверстии в корпусе; на которой дополнительно установлен второй диск, имеющий выемку и оборудованный опорной полкой; причем второй диск является ведущим относительно первого диска, который является ведомым. Спиральные пружины размещены на оси-регуляторе, закреплены внешними концами к опорной полке и выполнены одинаково повёрнутыми и одинаково ориентированными. Спиральная пружины присоединены к соответствующим дискам, спиральная пружина, присоединенная к первому диску, является пружиной включения, спиральная пружина, присоединенная ко второму диску, является пружиной выключения; при этом внутренний конец спиральной пружины, которая прижата к первому ведомому диску, прикреплен к этому диску, а внутренний конец спиральной пружины, прижатой ко второму диску, - к фиксатору, закрепленному на второй внешней пластине корпуса. Первая пластина корпуса имеет установленный на ее поверхности упор, направленный внутрь корпуса. Упор и опорная полка установлены с возможностью ограничения перемещения спиральных пружин. Подшипниковая защёлка имеет ось защёлки и установленные на оси защелки два держателя, в каждом из которых закреплен фиксирующий подшипник. Подшипниковая защёлка имеет витую пружину, установленную на оси защёлки между держателями. С внешней стороны второй пластины корпуса установлен механический переключатель, флажком соединенный с ближайшим держателем. Механизм управления подвижными контактами содержит дополнительный коробчатый кронштейн, жестко соединенный с обеими пластинами. Фиксатор имеет возможность дискретной регулировки усилия предварительного сжатия спиральной пружины путем его поворота по часовой стрелке на угол 30° с шагом 15° относительно второй внешней пластины. Фиксатор на второй внешней пластине корпуса имеет отверстие, соосное оси-регулятору и больше оси-регулятора по диаметру. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Высоковольтный трехполюсный быстродействующий вакуумный выключатель нагрузки для частых коммутаций имеет опорную изоляцию, выполненную в виде опорной плоскости, и содержит:

- по меньшей мере три вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), вертикально закрепленные на опорной изоляции; каждая ВДК содержит: подвижные и неподвижные контакты, подшипниковую защелку для фиксирования подвижных контактов ВДК, механизм управления подвижными контактами, размещенный в корпусе, который выполнен из двух соединенных параллельно и установленных на расстоянии друг от друга пластин; вторая пластина является внешней относительно всего выключателя;

- последовательно и функционально соединенный регулировочный элемент, выполненный в виде оси-регулятора с возможностью поворота и присоединения к нему силового элемента, лежащей на плоскости, образованной осями контактов ВДК, которая с одной стороны крепится на первой - внутренней пластине, а с другой стороны опирается на втулку в отверстии в корпусе; и на которой дополнительно установлен второй диск, имеющий выемку и оборудованный опорной полкой; причем второй диск является ведущим относительно первого диска, который является ведомым;

- спиральные пружины, размещенные на оси-регуляторе, закрепленные внешними концами к опорной полке и выполненные одинаково повёрнутыми и одинаково ориентированными; спиральная пружина присоединена к соответствующему диску: спиральная пружина, присоединенная к первому диску, является пружиной включения, пружина, присоединенная ко второму диску, является пружиной выключения; при этом внутренний конец спиральной пружины, которая прижата к первому ведомому диску, прикреплен к этому диску, а внутренний конец спиральной пружины, прижатой ко второму диску, - к фиксатору, закрепленному на второй внешней пластине корпуса;

- первая пластина корпуса имеет установленный на ее поверхности упор, направленный внутрь корпуса;

- упор и опорная полка установлены с возможностью ограничения перемещения спиральных пружин;

- подшипниковая защёлка имеет ось защёлки и установленные на оси защелки два держателя, в каждом из которых закреплен фиксирующий подшипник;

- подшипниковая защёлка имеет витую пружину, установленную на оси защёлки между держателями;

- с внешней стороны второй пластины корпуса установлен механический переключатель, флажком соединенный с ближайшим держателем;

отличающийся тем, что

- механизм управления подвижными контактами содержит дополнительный коробчатый кронштейн, жестко соединенный с обеими пластинами;

- фиксатор имеет возможность дискретной регулировки усилия предварительного сжатия спиральной пружины путем его поворота по часовой стрелке на угол 30° с шагом 15° относительно второй внешней пластины;

- фиксатор на второй внешней пластине корпуса имеет отверстие, соосное оси-регулятору и больше оси-регулятора по диаметру.

2. Вакуумный выключатель по п. 1, отличающийся тем, что опорная полка первого и второго дисков оснащена профильными накладками, взаимодействующими с рычагами микропереключателей, закрепленных на неподвижных деталях опорной конструкции механизма управления подвижными контактами.