Пневмопривод для коммутационных аппаратов высокого напряжения Советский патент 1982 года по МПК H01H33/32 H01H33/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приводам высо вольтных коммутационных аппаратов. Наиболее (предпочтительная область применения изобретения - автономные пневмоприводы высоковольтных выключа телей с работой включения выше 500 Дж Известна компрессорная установка для привода высоковольтных распределительных устройств с газовыми выклю чателями, представляюгцая собой шкаф с плоскими стенками и дверцами для осмотров. в шкафу на выкатной тележке расположены аккумулятор сжатого воздуха, компрессор, контрольно-регулирующая аппаратура, вентилятор, конденсатослив. Сквозь шкаф проходит сборный трубопровод, подводящий сжатый воздух для управления выключателем 1. Недостатками установки являются влагонезацищенность, вызывающая необ ходимость: применения дорогих коррозионностойких материалов; необходимость мощных нагревателей для предотвращения замерзания конденсата в компрессоре; необходимость периодической очистки фильтров и добавления смазки в компрессоре; значительные габариты устроЛства и потери давления в длинных трубопроводах, вазванные расположением в разных территориальных местах компрессорной установки и силовой исполнительной части привода; ограниченная область применения, практическая невозможность использования привода в качестве автономного. Известно также, аккумулирующее воздушное устройство для управления ком-мутационными аппаратами высокого на-, пряжения, состоящее из вертикального цилиндрического теплоизолированного изнутри бака с компрессорным ari eгатом, электроклапанным.устройством слива конденсата, фильтром, арматурой и аппаратурой управления, нагревателями, с крышкой в верхней части бака. В крьияке бака имеется вентиляционное отверстие со своей крышкой. Эти к{%шжи поднимаются во время работы компрессора с помощью пневмоцилиндра, также расположённого в баке. При остановке компрессора крьшки зак(шв.аются, герметизируя бак. Компрессор имеет системы смазки и водяного охлаждения. Конденсат выпускается после остановки компрессора. Это устройство имеет больший межреви зионный период и требует нагреватели меньшей мощности. Однако и ему присущи недостатки вышеупомянутого устройства, хотя и в меньшей степени t JНаиболее близким техническим решением к пр едлагаемому является пневмопривод для коммутационных аппаратов высокого напряжения, содержащий кожух, несущую плиту с силовым цилиндром и проходящей сквозь нее тягой, компрессорный агрегат, аккумулятор сжатого Раза и системы управлеНИН з. Однако ввиду больгаого объема, огра ниченного кожухом, а также непрямолинейности движения тяги и всасывания воздуха из окружающей атмосферы при.вод лишь частично защищен от проникно вения в него пыли и не защищен от про никновения влаги. Кроме того, необхоДИМЫ мощные нагреватели для предотвра щения загустёвания смазки,и обмерзания конденсата в клапанах, частые ревизии для очистки фильтров и добавления смазки, а также частичный выброс отработанного воздуха из пневмоцилиндра в атмосферу. Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение габаритов и улуч шение эксплуатационных характеристик. Для достижения поставленной цели ч известном пневмоприводе, для коммутационных аппаратов высокого напряжения,, содержсхщем кожух, несущую плиту с силовым цилиндром и проходящую скво нее тягой, компрессорны.й агрегат, аккумулятор сжатого газа системы управления, согласно изобретению кожух установлен на несущую плиту, образуя с ней замкнутый герметизированный объем, в котором размещены указанные цилиндр, компрессорный агрегат, аккуму;лятор сжатогогаза и системы управления, при этом несущая плита снабжен жидкостно-газоплотным уплотнением, которое выполнено в месте прохода тяг через несущую плиту, а давление газа, находящегося в замкнутом герметизированном объеме, превышает давление окружающего воздуха. Кроме того, в качестве газа, запол няющего указанный замкнутый герметизи рованный объем, выбран нейтральный газ, например азот, а с целью повышения ресурса привода путем уменьшения количества включений и времени работы компрессора,.в герметизированном объеме установлены дополнительно введенные, нагреватели, расположенные в непосредственной близости от аккумуля тора сжатого газа. Кожух и несущая плита согласно одному из вариантов изобретения покрыта теплоизоляцией. На фиг. 1 показан привод с поступательно движущейся тягой, общий вид; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - поперечный чдстичный разрез привода с поворотной тягой; на фиг. 4 - вариант гёрметиза-. ции поступательно движущейся тяги привода с помощью сильфона. На несущей плите 1 (фиг. 1) с помощью сквозных шпилек 2 закреплен силовой цилиндр 3. Шпильки герметизированы в отверстиях несущей плиты запрессовкой или упругими уплотнениями, образуя разъемные соединения, либо сваркой при неразъемном соединении. Цилиндр 3 имеет поршень 4 с уплотнениями 5 и шток 6, являющийся силовой тягой привода, проходящей сквозь несущую плиту 1 if герметизированную уплотнениями 7, между которыми имеется некоторый объем 8, заполненный смазкой. Прямолинейное движение тяги б задается поршнями 4 и направляющей 9. На цилиндре 3 имеется также запирающее устройство 10, фиксирующее тягу б во включенном состоянии привода, соответствующем включенному состоянию выключателя. Пoдвo i- сжатого газа под поршень 4 и сброс из-под поршня осуществляется от аккумуляторов 11 сжатого газа по трубопроводам 12 через узел клапанов 13. С5(}дтый газ закачивается в аккумуляторы 11 компрессорным агре- гатом 14, состоящим обычно из электродвигателя 15, муфты 16, редуктора 17,кривошипно-шатунного механизма 18,и собственно компрессора 19 (с одной или несколькими ступенями сжатия) с уплотнениями 20, 21, направляющими 22., клапанами 23, трубопроводами 24 и 25 между ступенями и к аккумуляторам. Аккумуляторы 11 сжатого газа и компрессорный агрегат 14 установлены на раме 26, разъемно закрепленной на несущей плите 1. На той же раме закреплены панель 27 электропитания Электродвигателя, систем управления и блокировок компрессора и цилиндра. Узел клапанов 13 крепится либо к раме 26, либо к крышке 28 цилиндра-3. Все упомянутые элементы закрыты кожухом 29, разъемно закрепленном на несущей плите 1 и уплотненном .уплотнением 30. Таким образом, кожух 29. образует с несущей плитой 1 герметичный объем 31. Подвод э.лектропитания к панели 27 осуществляется через герметизированный изоляционный фланец 32 сквозными герметизированными токопроводяшими клеммами 33. Поскольку производительность компрессора 19 невелика (околоО,5м/ч по условиям всасывания), а давление сжатого газа в аккумуляторах 11 не превышает 10 МПа, охлаждение компрессора либо естественное газовое, либо нудит ель мое с помощью вентилятора (не показан), установленного на электродвигателе 15. Выполнение компрессора сухим, т.е. без систе МЫ жидкой смазки, позволяет упростит конструкцию всего привода и уменьшит его габаритЕ 1, что облегчает герметизацию внутреннего объема 31 привода. В этом случае уплотнения 20, 21 и направляющие 22 компрессора 19 выпол няются из материалов с малым коэффициентом сухого трения, например из композиций на основе графита и политетрафторэтилена (фторопласта 4). ге метичная конструкция привода и созда ние избыточного давления газа порядка десятков тысяч Па в объеме 31 поз воляют полностью исключить такие вли ния окружающей среды, как запыление и увлажнение. Поэтому все детали внутри объема 31 могут быть изготовлены из дешевых некоррозионностойких материалов. Становится ненужным всасывающий фильтр компрессора и сроки его ревизий будут определяться сроками смены уплотнений. Компрессор с износостойкостью уплотнений в не:сколько тысяч часов работы может обеспечить несколько десятков тысяч операций включения привода без ревизий, то есть весь срок службы выключателя. Отсутствие влаги в приводе и подбор смазки в объеме 8 и редукторе 17 рассчитанной на отрицательные темпер туры, позволяют в отличие от традици онных приводов отказаться от обогрева привода. Применение же таких простых стати ческих элементов как нагреватели 34 в непосредственной близости от аккумуляторов 11 сжатого газа позволяют удлинить срок службы такого сложного узла, как компрессор за счет уменьшения количества его включений из-за утечек в газовом тракте, а дополнительная теплоизоляция 35 кожуха 29 и несущей плиты 1, поддерживая температуру в объеме 31 в узких .пределах, позволяют повысить коэффициент полезного действия (КПД) компрессора за счет выбора меньшей расчетной величины зазора в его уплотнениях. Энергия, затрачиваемая в нагревателях. 34, частично компенсируется меньшим временем работы электродвигателя 15. Кроме того, может быть уменьшена толщина кожуха 29, так как его можно рассчитывать на меньший перепад давле ний в объеме 31, вследствие температурных изменений окружающей среды -по сезонам и частям суток. Повышается общий КПД привода, так как отработанный в цилиндре газ с повышенным давлением нагнетается снова в аккумуляторы сжатого газа. Визуальный контрол за работой компрессора и давлением в аккумуляторах сжатого газа осуществляется с помощью манометра 36, выведенного наружу с помощью герйчетизнрюванного штуцерного прохода 37 в не.сущей плите 1. Заполнение объема 31 и аккумуляторов 11 сжатого газа нейтральным газом, например азотом, не взаимодействующим с материалами в утри привода, удешевляет конструкцию, в частности исключает применение драгоценных материалов в контактах реле, повышает их срок службы. В принципе в варианте с поступа-тельно движущейся тягой по фиг. 1 по мере работы привода происходит некоторый унос смазки из объема 8, поскольку уплотнения 7 не смогут полностью задерживать смазку ввиду . наличия пограничного слоя смазки на тяге б. Необходимый sanac смазки на требуемый срок службы может быть обеспечен присоединением дополнительной емкости 38 к объему 8, причем эта емкость может быть выполнена из упругого материала, первоначально растянутого. Устранить вынос сМазки можно применением поворотной тяги 39 (фиг.2 и 3) с рьлчагом 40. С тягой 39 жестко связаны лопасти 41 с уплотнениями 42. С цилиндром 43 жестко связаны сегменты 44 с уплотнениями 45. Полной герметизации от внешней среды можно достигнуть, применением металлического сильфона 45 (фиг. 4) приваренного с одной стороны к тяге б, ас другой стороны к фланцу 47, закрепленному к несущей плите 1 и герметизированному уплотнением 48, Но в этом варианте привода ограничен ход тяги б практически величиной 0,Cf3-0,04 м,вследствие либо значительного продольного увеличения привода, либо резкого снижения срока, службы сильфона. Это приводит к повышенным нагрузкам на элементы привода, в особенности на запирающее устройство 10. Поэтому уплотнение сильфоном целесообразно для приводов с большой работой включения - большей, например 1000 Дж. Во всех приведенных вариантах привод крепиться к раме выключателя с помощью наружных частей шпилек2. Привод работает следующим образом. После сборки всех элементов производится неполная герметизация в уплотнения 30, продувки внутреннего объема 31 сухим сжатым газом от баллона; затем полная герметизация уплотнения, пуск электродвигателя 15 с компрессором 19 при подпитке объема 31 газом от .баллона, соответствующей производительности компрессора. После достижения да,вления сжатого газа в аккумуляторах 11 несколько выше рабочего баллон отсоединяется. Заполнение аккумуляторов может производиться и воздухом окружающей, среды через наружный пылевлагопоглощающий фильтр, который затем удаляется. Постоянное избыточное давлениев объеме 31 образуется после первого же включения привода. После подачи команды на включение открывается пусковой клапан (не показан) в клапанном узле 13 и сжатый газ из аккумуляторов 11 по трубам 12 через пусковой клапан подается под поршень 4 и быстро (перемещая поршень со штоком б чё|рез систему передач (не показана) включает выключатель. Привод и выключатель фиксируются во включенном .положении запирающим устройством 10. В конце включения включается клапан сброса (не показан в клапанном узле 13, перекрывающий поток сжатого газа от аккумуляторов 11 и сбрасывающий газ под давлением из-под поршня 4 в объем 31. Отключение привода и выключателя осуществляет от пружин привода и выключателя при расфиксацци запирающего уст ройства 10 после команды отключения. При падении давления в аккумуляторах 11 сжатого газа ниже допустимого, что бывает при одном или-нескольких последовательных включениях (при АПВ)иЛи же в результате утечек, реле двигателя (РД) или же в результате утечек,реле двигателя (Pfl) или электро контактный манометр (ЭКМ) в системе управления включает электродвйга тель 15 с компрессором 19. При дости ании предельно допустимого давления в аккумуляторах 11 это же РД или ЭКМ отключают двигатель и компрессор. Для защиты двигателя, компрессора и аккумуляторов от перегрузок в узле 13 имеется предохранительный клапан. Работа привода других исполнений (фиг. 2, 3,4) аналогична. При разгерметизации привода он остается работоспособным еще в течениё длительного времени. Осмотр привода можно производить простым снятием кожуха 29 из отключения выключателя. Небольшое количество влаги, которое может попасть в привод при непре дусмотренной ревизии, может быть, поглощено размещённым в объеме 31 вл гопоглотителем, например силикагелем Предлагаемое изобретение позволяет создать мощный компактный автономный привод на сжатом газе для мощных коммутационных аппаратов, в част ности высоковольтных выключателей, с большим сроком службы, практически н требующий, обслуживания, с высокими технико-эксплуатационными характерис тиками. Так, предлагаемый привод на работу включения в несколько тысяч Дж имеет габариты: диаметр около 0,32 м, длину около 1,1 м при рабочем давлении газа в 6-8 МПа, что значительно меньше известного. Экономический эффект от внедрения предлагаемого привода взамен выпускаемых в настоящее время электромагнитных приводов типа ШПЭ-31, ШПЭ-Зб состоит в снижении металлоемкости в 3-5 раз. Предлагаемый привод изготавливается в ВЭИ имени В. И. Ленина ив НИИ ПО УЭТМ. Фррмула изобретения 1.Пневмопривод для коммутационных аппаратов высокого напряжения, содержащий кожух, несущую плиту с силовым цилиндром и проходящей сквозь нее тягой, компрессорный агрегат, аккумулятор сжатого газа и системы управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов и улучшения эксплуатационных характеристик, кожух установлен на несущую плиту, образуя с ней замкнутый герметизированный объем, в котором размещены указанные цилиндр, компрессорный агрегат, аккумулятор сжатого газа и системы управления, при этом несущая плита снабжена жидкостно-газоплотным уплотнением, выполнено в месте прохода тяги через несущую плиту, а давление газа, -находящегося в замкнутом герметизированном объеме, превышает давление окружающего воздуха. 2.Пневмопривод поп.1, отлич а ю щ и и с я тем, что направляющие и уплотнения в компрессорном агрегате выполнены из самосмазываиощихся материалов, например, из композиций графита и политетрафторэтилена. 3.Пневмопривод по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве газа, заполняющего указанный замкнутый герметизированный объем, выбран Нейтральный газ, например, азот. 4.Пневмопривод поп.1, отлич а ю щ и и с Я тем, что, с целью повышения ресурса привода путем уменьшения количества включений и времени работы компрессора, в герметизированном объеме установлены дополнительно введенные нагреватели, расположенные в непосредственной близости от аккумулятора сжатого газа. 5.Пневмопривод по n.lf о т л ичающийся тем, что кожух и несущая плита покрыты теплоизоляцией. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ 1640796, кл. 21 с 40/51, 1968. 2.Патент Польши № 49115, кл. 21 с 40/51, 1967. 3.IEEE Transaction, 1954, т.73, 4 1II-B fдокл.54-130) Power Apparatus ап4 system.

г

43