Устройство для коммутации силовых электрических цепей Советский патент 1983 года по МПК H01H43/02 

Изобретение относится к дистанционному управлению силовыми электрическими цепями, в частности к конс рукции устройства для коммутации силовых электрических цепей, и может быть использовано в различных отраслпх промышленности для избирательного коммутирования большой группы силовых электрических цепей. Известно устройство для коммутации высоковольтной аппаратуры, содержащее контакты, расположенные по окружности на неподвижной панели, электромагнитный привод, исполнитель ный орган которого вращается вокруг оси, проходящей через центр этой окружности и перпендикулярной плоскости контактов, а также совершает возвратно-поступательное движение вдоль этой оси. Устройство содержит также коммутирующий узел, жестко связанный с исполнительным органом электрического привода и осуществляющий коммутирование контактов при срабатывании электрического привода. В данном устройстве на якоре электромагнита, являющемся исполнительным органом, установлен выполненный в виде муфты копир, на цилиндрической поверхности которого выполнен паз переменной глубины, в котором перемещается штифт, закрепленный на корпусе электромагнита С 11. Однако известное устройство не позволяет уменьшить количество реле и других вспомогательных коммутационных элементов при управлении группой силовых электрических цепей, так как оно не допускает избирательного включения отдельных цепей, исключает возможность одновременного включения всех цепей и не обеспечивает нулевой защиты. Известно также устройство для коммутации электрических цепей, содержащее основные контактные пары, образованные неподвижными контактами, расположенными по окружности на изолкрующеи панели, и подвижными контактами, вспомогательные контактные пары для коммутации цепей управления устройством, механизмы индивидуального включения контактных пар, снабженные фиксаторами состояния последних. Устройство содержит также замыкатель, имеющий по меньшей мере один выступ, воздействующий на механизмы включения контактных пар, вращающий электромеханический привод, вал которого проходит сквозь центральное отверстие в изолирующей панели и который обеспечивает поворот замыкателя на заданный угол. Устройство снабжено электромагнитным приводом, имеющим электромагнит для замыкания контактных пар, на полом якоре которого, охватывающем вал электромеханического привода, закреплен указанный замы- 20 катель и который обеспечивает движение замыкателя вдоль этого вала в процессе замыкания контактных пар. Электромагнитный привод имеет также электромагниты для размыкания контак ных пар, -один из которых конструктив но выполнен аналогично электромагниту для замыкания контактных пар и пр водит в движение размыкатель контакт ных пар, а другой срабатывает при исчезновении напряжения в сети питания потребителя электрической энерги размыкая при этом одновременно все контактные пары и обеспечивая тем са мым нулевую защиту. Это устройство позволяет при использовании общего привода для включения контактов в коммутируемых цепях осуществлять избирательное управ ление группой силовых электрических цепей и приводить коммутируемые цепи в такое состояние, при котором были бы включены вез или несколько цепей этой группы. Этим обеспечивается существенное снижение количества элементов, необходимых для коммутации указанной группы цепей (например, количество электромагнитов, участвующих в коммутировании силовых цепей, умень шается вдвое). Кроме того, наличие в устройстве узла, задающего угол поворота замыкателя и размыкателя и снабженного дополнительными контактами, дает возможностью осуществить с помощью одного реле контроль изоляции всех коммутируемых цепей перед их включением 2 . Однако применение этого устройства в электрических аппаратах, работающих во взрывоопасных зонах, не дает возможность полностью использовать его принципиальные преимущества. Так, наличие отдельных отключающего электромагнита и электромагнита нулевой защиты усложняет конструкцию и промышленное освоение устройства. Затруднено быстрое избирательное отключение коммутируемых цепей, так как

для этого затрачивается определенное время на поиск контактной пары, соответствующей отключаемой цепи. Кроме того, в этом устройстве не осуществлена защита от потери управляемости.

Например при выходе из строя электромагнита для размыкания контактов теряется возможность избирательного отключения коммутируемых цепей.

Цель изобретения - повышение наДежности и безопасности коммутации СИЛОВЫХ электрических цепеи. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для коммутации силовых электрических цепей, содержащем основные контактные пары, образованные неподвижными контактами, расположенными по окружности на изолирующей панели, и подвижными контактами, вспомогательные контактные пары для коммутации цепей управления устройством, механизмы индивидуального включения контактных пар, снабжен |,ые фиксаторами состояния последних, замыкатель, имеющий по меньшей мере один выступ, воздействующий На механизмы включения контактных пар, вращающий электромеханический привод, вал которого проходит сквозь центральное отверстие в изолирующей панели и который обеспечивает поворот замыкателя на заданный угол, электромагнитный привод, имеющий электромагнит для замыкания контактных пар, на полом якоре которого, охватывающем вал электромеханического привода, за- . креплен указанный замыкатель и который обеспечивает движение замыкателя вдоль указанного вала, а также электромагниты для размыкания контактных пар, количество электромагнитов для размыкания контактных пар равно количеству фиксаторов состояния контактов, причем якорь каждого из электромагнитов для размыкания контактных пар связан с одним из фиксаторов состояния контактов с возможностью размыкания соответствующей контактной пары.

Группа вспомогательных контактных пар может быть связана с электромагнитами для размыкания контактных пар с возможностью коммутирования последних при срабатывании упомянутых элек ромагнитов. Электромагниты для размыкания кон тактных пар-могут быть выполнены в виде расцепителей нулевого напряжения с возможностью воздействия на фиксаторы состояния контактов при снятии напряжения с катушек этих электромагнитов. Часть вспомогательных контактных пар, связанную с электромагнитами для размыкания контактов, может быть включена в цепь управления вращающим электромеханическим приводом. Катушки отключающих электромагнитов фиксаторов состояния контактов выбраны с параметрами, обеспечивающими искробезопасную коммутацию. Предлагаемое выполнение устройств обеспечивает быстрое, надежное и опе ративное отключение и аварийное отключение любой из коммутируемых силовых цепей при неисправности в цепи управления или в электромагните для размыкания контактов, благодаря чему обеспечиваются защита от потери управляемости и улучшение эксплуатационных показателей устройства. Умен шается на 20 габарит устройства по высоте. В случае, когда группа вспомогательнь Х контактных пар связана с электромагнитами для размыкания контактных пар с возможностью коммутирования последних при срабатывании упомянутых электромагнитов, отпадает необходимость в использовании промеж точных реле, поскольку электромагнит для размыкания контактов, связанные со вспомогательными контактными пара ми, функционально идентичны этим ften На фиг. 1 изображено устройство для коммутации силовых электрических цепей в отключенном состоянии, верти кальный разрез; на фиг. 2 - фиксатор состояния контактной пары; на фиг. 3 сечения А-А, Б-Б и В-В.на фиг. 1; на фиг. t - схема управления силовыми электрическими цепями с использованием предлагаемого устройства. Устройство для коммутации силовых электрических цепей содержит четыре панели, выполненные каждая в виде диска. На верхней изолирующей панели 1 (фиг. 1) равномерно по окружности расположены неподвижные контакты. В данном случае в качестве ос.новных контактных пар 2 применены вакуумные дугогасительные камеры. Количество контактных пар 2 определяется количеством коммутируемых цепей. Описываемый вариант устройства рассчитан на управление пятнадцатью однофазными силовыми электрическими цепями. Подвижные контакты 3 контактных пар 2 соединены посредством гибких проводников 4 с шинами 5 и 6, связанными между собой перемычками 7 (фиг. З). Шины соединены с контакт ными гнездами 8 (фиг. 1), предназначенными для подключения устройства к питающей сети. Выводы от неподвижных контактов 9 контактных пар 2 также выполнены в виде контактных гнезд 10. Шины 5 и 6 укреплены на промежуточной изолирующей панели 11. На ее нижней стороне укреплены механизмы 12 для включения контактов, количество которых равно количеству контактных пар 2. Каждый из механизмов 12 содержит корпус 13, в котором размещен поворотный рычаг 14, установленный на оси 15 и снабженный нажимным роликом 16. Рычаг И через втулку 17 ишпильку .18 связан с подвижным контактом 3. . На верхней стороне промежуточной панели 11 закреплены фиксаторы 19 состояния контактных пар. Фиксатор 9 представляет собой цилиндрический корпус 20, содержащий подпружиненный шток 21 с роликом 22 и защелку 23, установленную в вырезе корпуса 20 на оси 2k и снабженную возвратной пружиной 25. Для уменьшения трения в качестве ролика 22 применен шарикоподшипник С этой же целью защелка 23 снабжена шарикоподшипником 26. Шток 21 во внешней своей части снабжен нажимной пластиной 27, предназначенной для . воздействия на микровыключатель 28, применяемый в качестве вспомогательных контактов и установленный на верхней изолирующей панели 1. Пружина 29 фиксатора 19 предназначена для воздействия через шток 21, втулку 17 и шпильку 18 на подвижный контакт 3 контактной пары 2. Каждый фиксатор 19 связан с электромагнитом 30 для размыкания контактных пар (фиг. 2), предназначенным для воздействия на , защелку 23 посредством штока 31 с пружиной 32, связанного с якорем электромагнита 30, Каждый электромагнит 30 снабжен микровыключателем 33t выполняющим роль вспомогательных контактов и взаимодействующим со штоком 3. На фиг. 1 электромагнит показан в отключенном положении. Положение дета лей фиксатора 19 при включенных кон тактных парах (взведенное положение показано на фиг. Z. В предлагаемом устройстве электромагниты выполнены в виде нулевых расцепителей. Возможны и другие исполнения этих электромагнитов, например в виде независимых расцепителей . На изолирующей панели 11 установ лен электромагнит 35 соленоидного типа для замь|кания контактных пар. В связи с наличием фиксаторов 19 ка тушка 36 электромагнита 35 рассчита на на работу в кратковременном режи ма и поэтому имеет небольшие габари ты. Якорь 37 электромагнита 35 выполнен в виде полого цилиндра, на одном торце которого выполнен шлиц 38 и жестко укреплен замыкатель 39. Замыкатель 39 снабжен выступами kG, вз.зимодействующими с рычагами 14 Количество выступов 40 зависит от количества одновременно коммутируемы цепей и от.их типа (многофазные, однофазные, цепи постоянного тока), В предлагаемом устройстве, предназначенном для работы в однофазных цепях, замыкатель 39 содержит один выступ. Якоре 37 снабжен возвратной пружиной 41. Приводной вал 42 размещен в отверстиях, выполненных в замыкателе 39 корпусе и якоре элект-ромагнита 35, и установлен в шарикоподшипниках 43, имеющихся на верхней изолирующей панели 1 и нижней панели 44. Приводной вал 42 связан с якорем 37 при помощи штифта 45, проходящего через шлиц 38 и якорь 37. Благодаря такой конструкции обеспечивается вращение замыкателя 39 вместе с валом 42 и поступательное перемещение замыкателя 39 с якорем 37 при срабатывании электромагнита 35.

Устройство для коммутации силовых электрических цепей снабжено вращающим электромеханическим приводом 46, обеспечивающим поворот приводного вала 42 на заданный угол. Величина этого угла определяется положением коммутируемой контактной пары (вакуум- , 1

30 для размыкания контактных пар, трансформатор 74, кнопки Стоп, диоды 81.-86, резисторы 87-92, вспомогательные контакты электромагнитов для размыкания контактных пар, вспомогательные контакты микровыключателей 28 механизмов включения, размыкающие контакть 105-110 8 ной камеры на панели 1). В описываем мом варианте исполнения устройства привод б содержит электродвигатель 47 с редуктором, вал которого посредством полумуфты связан с задающим устройством t9 оббспечИвающим угол поворота приводного вала k2, необходимый для нахождения контактной пары, подлежащей коммутированию. Задающее устройство 9 выполнено в виде кронштейна 50, взаимодействующего посредством установленных на нем роликов 51 с путевыми выключателями 52, размещенными по окружности в корпусе 53. Количество роликов 51 определяется необходимым для построения схемы управления количеством одновременно коммутируемых контактов. Кронштейн 50 задающего устройства укреплен на полумуфте 5, установленной в шарикоподшипнике 55 и жестко связанной с приводным валом Ц2, Задающее устройство укреплено на верхней металлической панели 5б и связано с приводным валом 42 посредством шпонки 57. Соединение панелей 1, 11, kk и 5б между собой осуществлено посредством трех шпилек 58, размещенных по окружности симметрично относительно ее центра. Устройство для коммутации электрических цепей снабжено цилиндром 59 с резьбой, предназначенным для (фиксации устройства в оболочке электрического аппарата и механического воздействия на него с целью обеспечения соединения контактных гнезд 8 и 10 с контактными пальцами ответной панели (не показана). Совпадение штепсельных гнезд с контактными пальцами обеспечивается посредством ловителей 60. Устройство снабжено также штепсельным разъемом 61 для присоединения к нему цепей управления. На фиг. 4 приведена схема управления силовыми электрическими цепями. С целью упрощения приведена схема управления только шестью цепями. На фиг. 4 обозначены кнопки 62-67 Пуск, катушки 68-73 электромагнитов

путевых выключателей, замыкающие контакты 111-116 путевых выключателей элементы силовой части схемы Не показаны.

В схеме использовано параллельное подключение катушек электромагнитов 30 к обмотке трансформатора, при котором параметры катушки подбирают таким образом, что протекание переменного тока по катушке не приводит к срабатыванию электромагнита, для его срабатывания катушка должна быть эашунтирована диодом, вынесенным в пульт.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии одной из кнопок 62-6 Пуск, например 62, получает питание катушка 68 электромагнита 30 по цепи: вторичная обмотка трансформатора 7 катушка 68 - кнопка 62 - кнопка 75 Стоп - катушка 68 - вторичная обмотка трансформатора 7.

Электромагнит 30 при этом срабатывает, притягивает свой якорь и тем самым подготавливает фиксатор к взводу. Благодаря резистору 87, шунтирующему кнопку 62, электромагнит 30 остается включенным и после отпускания кнопки 62, т.е. этот электромагнит переводится в режим самоподхвата. Вместо резисторов 87-92 можно включить блок-контакты силовой цепи и также осуществить режим самоподхвата. При срабатывании отключающего электромагнита 30 он воздействует на микроаыключатель 33 и тем самым замыкает свои вспомогательные контакты 93, которые подают питание на электродвигатель по цепи: вторичная обмотка трансформатора 7А - контакты 93 размыкающий вспомогательный контакт 99 (или микровыключатель 28) размыкающий контакт 105 путевого выключателя 52 - электродвигатель +7 вторичная обмотка трансформатора 7.

i

Двигатель начинает вращаться и приводит во вращение приводной вал 2. Когда ролик 51 достигает путевого выключателя 52, соответствующего нажатой кнопке и заданным контактным парам путевой выключатель переключается,, его контакты 105 размыкаются и отключают электродвигатель kj, а .замыкающие контакты 111 этого же путевого выключателя одновременно включают на вторичную обмотку трансформатора 7 катушку Зб электромагнита 35 через выпрямительный мост 117При этом электродвигатель останавливается, электромагнит 35 срабаты.вает, а связанный с ним замыкатель 39, воздействуя на рычаг 14, включает выбранную контактную пару ..При этом в самом конце хода размыкается вспомогательный контакт 99 (или микровыключатель 28), благодаря чему обесточивается катушка 36 электромагнита 35.

С этого момента устройство подготовлено для поиска и включения других контактных пар описанным выше способом. Включенное состояние каждой контактной пары фиксируется фиксатором 19 следующим образом. При воздействии выступа 40 замыкателя на конец рычага 1 связанный с рычагом шток 21 поднимается вверх, сжимая пружину 29 и освобождая защелку 23, которая поворачивается вокруг своей оси под действием пружины 25 и запирает шток 21 в этом положении (фиг. 2).

Процесс отключения заданных контактных пар происходит следующим образом. Нажимают одну из кнопок Стоп. В этом случае прерывается цепь питания одной.из катушек 68-73 электромагнитов 30, последний отключается и благодаря возвратной пружине 32 своим якорем через шток 31 возт действует на защелку 23 фиксатора 19, размыкая заданную контактную пару. Одновременно размыкается один из вспомогательных контактов подготавливая тем самым заданную цепь к возможности ее последующего включения . В это же время замыкается один из вспомогательных контактов 99-10 (микровыключатели 28), также подготавливая заданную цель к последующему включению. После отпуска кнопки Стоп электрюмагнит 30 повторно не включается благодаря наличию в цепи одного из резисторов 87-92, т.е.. схема управления рассыпается.

Для аварийного или экстренного отключения всех потребителей нужно нажать кнопку 118 Общий стоп, которая разрывает цепь питания всех.катушек отключающих электромагнитов, в результате чего размыкаются все основные контактные пары, а также обесточиваются цепи электродвигателя 7 и катушки Зб электромагнита 35.

Аналогично осуществляется нулевая защита всех групп силовых контактов: при исчезновении или снижении напряжения в сети все они отключаются под воздействием катушек 68-73 электромагнитов 30. Цепи управления с катуш ками 68-73 выполнены искробезопасными благодаря применению индивидуальных высокоомных вторичных обмоток трансформатора 7, параллельному вкл чению катушек 68-73, соответствующем подбору их параметров: сопротивлений и индуктивностей. Эти же цепи обладают свойством са моконтроля цепей управления благодар диодам 81-86, вынесенным в пост дистанционного управления. При замыкании в цепи управления или ее обрыве, или увеличении сопротивления цепи электромагниты 30 отключаются, если они были включены, и их нельзя включить нажатием кнопок б2-б7 если они были отключены. Возможно и неискробезопасное выполнение и подключение этих цепей, а также выполнение без контроля их целостности. Применение устройства в народном хозяйстве позволит получить значительный экономический эффект. Так, Использование устройства только во ззрывобезопасных станциях управления позволит значительно уменьшить металлоемкость, трудоемкость, вес, габариты и стоимость станций управлени типа СУВ-350, СУВ-1Л-100, СУВ-2Л-120 СУВС-700., СУВ-600, СУВ-11 40 и других аналогичных устройств. . Уменьшение габаритов и стоимости станций управления достигаются в ре зультате того, что предлагаемое устройство занимает по объему примерно -В 3 раза меньше места по сравнению с необходимой группой контакторов, вследствие чего уменьшаются также материалоемкость и трудоемкость изго товления оболочки аппарата, и, кроме того, исключается применение блоков управления (с промежуточным реле), так как для каждого контактора требуется один блок. Использование устройства связано с экономией электроэнергии, так как для удержания контактов во включенном положении не требуется, чтобы включающие, катушки находились непрерывно под напряжением, как в контакторах. К тому же в устройстве применяется только одна включающая катушка для группы коммутируемых цепей, которая в течение очень короткого 1 88 12 периода времени находится под напряжением. Формула изобретения. 1, Устройство для коммутации силовых электрических цепей, содержащее основные контактные пары, образованные неподвижными контактами, расположенными по окружности на изолирующей панели, и подвижными контактами, вспомогательные контактные пары для коммутации цепей управления устройством, механизмы индивидуального включения контактных пар, снабженные фиксаторами состояния последних, замыкатель, имеющий по меньшей мере один выступ, воздействующий на механизмы включения контактных пар, вращающий электромеханический привод, вал которого проходит сквозь центральное отверстие в изолирующей панели, обеспечивающий поворот замыкателя на заданный угол, электромагнитный привод, имеющий электромагнит для замыкания контактных пар, на полом якоре которого, охватывающем вал электромеханического привода, закреплен указанный замыкатель, обеспечивающий движение замыкателя вдоль указанного, вала,, а также электромагниты для размыкания контактных пар, отличающееся тем, ч.то, с целью повышения надёжное ти и безопасности коммутации силовых электрических цепей, количество электромагнитов для размыкания контактных пар равно количеству фиксаторов состояния контактов, причем якорь каждого из электромагнитов для размыкания контактных пар связан с одним из фиксаторов состояния контактов с возможностью размыкания соответствующей контактной пары. 2. Устройство по п, 1, о т л и чающееся тем, что группа вспомогательных контактных пар связана с электромагнитами для размыкания контактных пар с возможностью коммутирования этих контактных пар при срабатывании упомянутых электромагнитов., 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что электромагниты для размыкания контактных пар выполнены в виде расцепителей нулевого напряжения с возможностью воздейстия на фиксаторы состояния контактов При снятии напряжения с катушек этих электромагнитов. 1310 k. Устройство по nn. 1-3, о т тем, что часть личающееся вспомогательных контактных пар, связанная с электромагнитами для размыкания контактных пар, включена в цеп управления вращающим электромеханическим приводом. 5. Устройство по пп 1-+, отличающееся тем, что катушки отключающих электромагнитов фик/7 Z4 /4 /5 26 I саторов состояния контактов выбраны с параметрами, обеспечивающими искробезопасную коммутацию. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W , кл. Н 01 Н 43/02, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке. f 2195531 , кл. Н 01 Н 43/02, 1975. 47 45 59 I I I 6/7 п п п п Фиг2

Фаг.З