вакуумный выключатель модульный серии "tel"

Формула изобретения

ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ МОДУЛЬНЫЙ СЕРИИ "TEL" с электромагнитным приводом, содержащий вакуумные камеры, отключающие пружины и пружины поджатия, вал, блок-контакты, отличающийся тем, что каждая вакуумная камера снабжена отдельным приводом с обмоткой и магнитной защелкой, расположенным соосно с вакуумной камерой, все приводы соединены общим валом с закрепленным на нем указателем положения и постоянным магнитом, вблизи которого расположены магнитоуправляемые блок-контакты, а катушки приводов, соединенные параллельно, последовательно подключены к минусу источника напряжения через стабилитрон, а к плюсу - через нормально разомкнутые контакты реле, зашунтированные цепочкой из емкости и параллельно соединенных диода и резистора, причем нормально замкнутый контакт указанного реле через кнопку отключения соединен с минусом источника, куда одним концом подключена обмотка указанного реле, а другой конец обмотки соединен с полюсом источника через кнопку включения и резисторы, причем обмотка реле и кнопка включения зашунтированы емкостью, а к точке соединения обмотки реле и кнопки включения подсоединен катод диода, анод которого соединен с общей точкой катода упомянутого стабилитрона и обмоток приводов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям вакуумных выключателей, приводам и схемам управления для них.

Известен вакуумный выключатель с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК), электромагнитным приводом, отключающими пружинами и пружинами поджатия [1].

Кинематическая схема его включает большое количество нагруженных узлов трения, что является причиной низкой надежности и ресурса аппарата.

Наиболее близким по кинематической схеме привода является вакуумный выключатель [2] , в котором отсутствует превращения линейного перемещения якоря электромагнита в угловые перемещения передающих звеньев.

Недостатком данной конструкции является расположение осей ВДК не в ряд, а треугольником, что вызывает проблемы подключения аппарата в КРУ. Кроме того, при более сильной сварке контактов одной из ВДК по сравнению с другими (что на практике обычно и происходит) отрыв контактов в ней при отключении будет проблематичен из-за перекосов в передающих звеньях.

Изобретение решает задачу создания выключателя без нагруженных узлов трения в его кинематической схеме.

Техническим результатом применения заявленного изобретения являются упрощение конструкции; повышение ресурса и надежности.

Предлагаемый выключатель отличается тем, что в нем каждая вакуумная камера снабжена отдельным приводом с обмоткой и магнитной защелкой, расположенным соосно с вакуумной камерой, все приводы соединены общим валом с закрепленным на нем указателем положения и постоянным магнитом, вблизи которого расположены магнитоуправляемые блок-контакты, а катушки приводов, соединенные параллельно, либо последовательно, подключены к минусу источника напряжения через стабилитрон, а к плюсу - через нормально-разомкнутые контакты реле, зашунтированные резистором и нормально-замкнутые блок-контакты, зашунтированные цепочкой из емкости и параллельно соединенных диода и резистора, причем нормально-замкнутый контакт указанного реле через кнопку отключения соединен с минусом источника, куда одним концом подключена обмотка указанного реле, а другой конец обмотки соединен с плюсом источника через кнопку включения и резистор, причем обмотка реле и кнопка включения зашунтированы емкостью, а к точке соединения обмотки реле и кнопки включения подсоединен катод диода, анод которого соединен с общей точкой катода упомянутого стабилитрона и обмоток приводов.

Сущность изобретения заключается в том, что работа выключателя предполагает только осевое перемещение деталей привода, что обеспечивает высокий ресурс при отсутствии периодического обслуживания привода. Ударное осевое воздействие при отключении позволяет надежно разрывать cварившиеся контакты ВДК. Трение, возникающее при воздействии приводов на общий вал, незначительно, так как преодолевается лишь момент инерции самого вала с закрепленным на нем постоянным магнитом и стрелкой-указателем положения выключателя. Работа блок-контактов происходит лишь вследствие воздействия магнитного поля при полном отсутствии механических передающих элементов. Одна катушка привода используется как для включения, так и для отключения. Интенсивное подавление включающего тока в конце процесса включения реализуется зарядом емкости, энергия которой затем используется для отключения.

На фиг.1 изображен разрез модуля одной из фаз; на фиг.2 - связь модуля с общим валом и механизм блок-контактов в отключенном положении выключателя; на фиг.3 - во включенном; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема выключателя; на фиг.5 - фотография его общего вида.

Модуль выключателя состоит из ВДК 1 с неподвижным контактом 2, верхним токосъемом 3, подвижным контактом 4, токосъемом подвижного контакта 5, гибким токосъемом 6 и нижним токосъемом 7. Упомянутые детали установлены на опорном изоляторе 8, внутри которого расположен тяговый изолятор 9 с пружиной поджатия 10 и ударной группой, состоящей из болта 11 и гайки 12. Привод модуля состоит из магнитомягких деталей, магнитопровода 13, направляющей 14, якоря 15 с удерживающим пояском 16, магнитотвердого кольца 17, отключающей пружины 18 и обмотки привода 19. В опорах 20 расположен общий вал 21, в осевые прорези которого входят шляпки болтов 22. Модули установлены на основании 23. Между модулями на валу 21 закреплена оправка 24 с постоянным магнитом 25 внутри нее. Длина магнита 25 по оси вала 21 определяется необходимым количеством магнитоуправляемых герметизированных блок-контактов 26, расположенных на плате перпендикулярно валу 21 в зоне действия постоянного магнита 25.

Схема управления выключателем состоит из резисторов 27, 28, 38, диодов 29, 30, конденсаторов 31, 32, стабилитрона 33, реле (преимущественно герконового) 34 с переключающей контактной группой 35, нормально-замкнутой (в отключенном положении выключателя) пары одного из блок-контактов 26, обмоток модулей 39 фаз, соединенных последовательно, либо параллельно и кнопок "Включение" 36 и "Отключение" 37.

Выключатель работает следующим образом. При нажатии кнопки "Включение" 36 предварительно заряженный конденсатор 31 разряжается на обмотку реле 34, инициируя его срабатывание, т.е. переключение контактной группы 35, замыкающей цепь включения (+) - 35 - 26 - 39 - 33 - (-). Падение напряжения на стабилитроне 33, существующее до конца процесса включения, удерживает реле 34 и его контакты 35 во включенном положении. При достижении включающим током величины тока трогания якорь 15 начинает движение вверх, сжимая отключающую пружину 18, Вместе с якорем 15 движутся тяговый изолятор 9 и детали 4, 5, 6, 10, 11, 12.

При ходе якоря 15, равном межконтактному зазоре в ВДК, детали 4, 5, 6, 11 останавливаются и дальнейшее движение деталей 9, 15, 12 осуществляет процесс поджатия контактов ВДК 1 сжатием пружины 10. При касании деталей 15 и 13 происходит постановка привода на магнитную защелку вследствие намагничивания кольца 16 током включения. Удержание якоря в верхнем (включенном) положении происходит за счет высокого значения индукции магнитного поля в удерживающем пояске 16, превышающем за счет меньшей площади значение остаточной индукции в кольце 17.

Привод (массы подвижных частей и усилия пружин) рассчитан таким образом, что при пропадании питания на схеме управления в момент касания контактов (зависимое питание) он производит довключение и постановку на магнитную защелку.

В схеме управления при включении происходят следующие процессы. На участке хода якоря 15, соответствующем поджатию контактов, размыкаются магнитоуправ- ляемые блок-контакты 26. Это происходит вследствие поворота вала 21 и удаления постоянного магнита 25 от блок-контактов 26. Размыкание блок-контактов 26 означает начало подавления включающего тока зарядом емкости 32 через диод 29. Размыкание блок-контактов безискровое, так как восстанавливающееся напряжение на них начинается с нулевого значения. Включающий ток уменьшается до нуля, исчезает напряжение на стабилитроне 33, реле 34 размыкает свои контакты 35 также без дуги, так как коммутируемый ток практически равен нулю. Емкость 32 заряжена до величины напряжения источника и поддерживается в таком состоянии, подзаряжаясь через резистор 38.

Отключение, реализуется нажатием кнопки "Отключение" 37 и разрядом емкости 32 через 28, 37, 33 на обмотки приводов 39. Разрядный ток по направлению противоположен току включения. Индукция в магнитной системе привода уменьшается, вызывая сброс с магнитной "защелки". Якорь 15 вместе с деталями 9 и 11 под действием пружин 10 и 18 ускоренно движется вниз. Пройдя путь, равный ходу поджатия, упомянутые подвижные части наносят удар по подвижному контакту для разрыва сварки, образовавшейся при замыкании контактов. Ударное воздействие наносится гайкой ударной группы 12 по болту ударной группы 11, жестко связанному с подвижным контактом 4.

Дальнейшее движение подвижных частей вместе с контактом 4 продолжается и завершается за счет количества движения, которое система имеет после удара и под действием отключающей пружины 18. Поворот вала 21 вызывает срабатывание магнитоуправляемых блок-контактов 26 и окончательный разряд емкости 32 через резистор 28. Схема готова к операции "Включение", если после предыдущего включения была отпущена кнопка 36 и зарядилась емкость 31. В противном случае, что бывает при аварийном отключении, нового включения не произойдет (блокировка от повторных включений). Отключение может быть произведено вручную поворотом вала 21, который, воздействуя на головки болтов 22, преодолевает усилие магнитных защелок и производит отключение. При включении на зависимое питание конденсатор 32 заряжается до напряжения меньшего, чем напряжение сети, но вполне достаточного, чтобы произвести отключение.

Для выключателя с номинальным током 10 кА время включения (затекания тока в катушки приводов и движение контактов) составляет 70 мс при напряжении 220 В. Время отключения 8-15 мс в зависимости от фазы отключаемого тока. В режиме включения и аварийного отключения (включение на к.з.) контакты выключателя находятся в замкнутом состоянии 30 мс.

Заявленный аппарат является быстродействующим защитным выключателем, хотя в нем отсутствует механизм свободного расцепления. Указанное быстродействие достигается за счет интенсивного подавления включающего тока в обмотках привода, которое завершается через 15 мс после размыкания блок-контактов 26. Ток включения аппарата 2,5 А, амплитуда тока отключения 1 А, т. е. мощность, потребляемая приводом в 6-10 раз меньше, чем у аппаратов аналогичного класса. Отсутствие нагруженных узлов трения обеспечивает выключателю высокий ресурс. Следов износа на деталях привода не отмечено. Как показала опытная эксплуатация заявленных аппаратов в установках с частыми коммутациями (дуговые сталеплавильные печи), их обслуживание сводится лишь к периодической протирке наружных поверхностей опорных изоляторов.