вакуумный выключатель

Формула изобретения

1. Вакуумный выключатель, содержащий общий вал и установленные на основании вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых имеет неподвижный контакт и подвижный контакт, соединенный с изоляционным штоком, каждая камера также снабжена приводом и узлом поджатия контактов с пружиной, соосной штоку, при этом выключатель снабжен средством, обеспечивающим фиксацию замкнутого положения контактов, отличающийся тем, что привод каждой вакуумной дугогасительной камеры, обеспечивающий замыкание контактов, имеет электромагнит с толкателем, воздействующим на шток посредством имеющегося на его нижнем конце подвижного упора, установленного с обеспечением возможности перемещения его вдоль штока и шарнирно соединенного с валом, пружина узла поджатия контактов установлена между подвижным упором и неподвижным упором, закрепленным на штоке, при этом выключатель дополнительно снабжен общим для всех дугогасительных камер приводом отключения контактов, содержащим упомянутый общий вал, в полости которого расположена пружина кручения, один конец которой жестко закреплен на основании, другой - конец на валу.

2. Вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что средство, обеспечивающее фиксацию замкнутого положения контактов, представляет собой механический стопор вала в положении замкнутых контактов и содержит систему “ломающихся” рычагов, связывающую основание с рычагом, жестко установленным на валу, и систему качающихся упоров, предназначенных для фиксации общей оси вращения системы “ломающихся” рычагов при замкнутом положении контактов, при этом стопор снабжен устройством его отключения.

3. Вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что подвижный упор представляет собой стакан, коаксиальный штоку и установленный таким образом, что при разомкнутом положении контактов между дном стакана и нижним торцом штока имеется зазор.

4. Вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что пружина кручения выполнена в виде торсиона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтному аппаратостроению и касается конструкции высоковольтных выключателей с вакуумными дугогасительными камерами.

Известен вакуумный выключатель типа ВВЭ-М-10-20 [Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИНЛЯ 674152.009 ТО, с. 8]. Выключатель имеет три вакуумные дугогасительные камеры с подвижными и неподвижными контактами, а также приводное устройство и передаточный механизм в виде поворотного вала с закрепленными на нем поворотными рычагами. К рычагам присоединены изоляционные тяги, связанные через узлы поджатия с подвижными контактами. При включении выключателя приводное устройство воздействует на вал, который поворачивается и поворотными рычагами через изоляционные тяги и узлы поджатия контактов приводит в движение подвижные контакты. Основным недостатком упомянутого выключателя является то, что общий для полюсов вал, нагруженный удвоенной силой сжатия контактов, работает на изгиб и кручение, поэтому должен обладать высокой жесткостью и прочностью, а следовательно, быть достаточно массивным. Это приводит к увеличению времени срабатывания.

Известны более легкие рычажные конструкции выключателей. Так высоковольтный вакуумный выключатель [Патент РФ 2137240, МКИ Н 01 Н 33/36, опубл. 10.09.1999] , имеющий три дугогасительные камеры с неподвижными и подвижными контактами, диэлектрические тяги которых соединены с приводным устройством посредством кинематической цепи. Цепь представляет собой плоский шарнирно-рычажный параллелограммный механизм, состоящий из двухплечих поворотных рычагов, оси вращения которых соединены с корпусом через пружинные механизмы поджатия контактов. Первые плечи поворотных рычагов соединены между собой междуполюсными планками, а вторые - с диэлектрическими тягами. Размыкание контактов осуществляется посредством сжимаемых при включении пружин поджатия контактов и пружины отключения. Основным недостатком конструкции является ее невысокая надежность, как следствие рычажного приводного механизма, поскольку требуется высокая точность настройки и поддержания синхронизации работы камер.

В качестве прототипа выбран Вакуумный выключатель модульный серии "TEL" [Патент РФ 2020631, МКИ Н 01 Н 33/66, опубл. 30.09.94]. Выключатель имеет основание, на котором установлены вакуумные дугогасительные камеры с подвижными и неподвижными контактами. Подвижный контакт имеет тяговый узел, включающий шток, головка которого закреплена в гайке, установленной на тяговом изоляторе. В полости изолятора имеется пружина поджатия. Каждая дугогасительная камера имеет собственный электромагнитный привод контактов. Обмотка привода работает на включение и выключение контактов. Устройство, обеспечивающее фиксацию замкнутого положения контактов, выполнено в виде магнитной защелки с постоянным магнитом. Все приводы соединены общим синхронизирующим валом с закрепленными на нем указателем положения и магнитом управления работой блок-контактов.

Основным недостатком прототипа является его невысокая надежность. Это объясняется следующим. Во-первых, протекание в обмотке привода тока прямой и обратной полярности может привести к размагничиванию постоянного магнита защелки. Во-вторых, в процессе отключения выключателя сердечники (постоянные магниты) под действием пружины отключения перемещаются вниз с большой скоростью, и поскольку обладают большой массой - то при остановке наносят удар по дну корпуса электромагнита. Таким образом, существует опасность повреждения сердечника при отключении выключателя.

В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции и повышение надежности работы выключателя.

Поставленная задача решается тем, что в вакуумном выключателе, содержащем общий вал и установленные на основании вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых имеет неподвижный контакт и подвижный контакт, соединенный с изоляционным штоком, каждая камера также снабжена приводом и узлом поджатия контактов с пружиной соосной штоку, при этом выключатель снабжен средством, обеспечивающим фиксацию замкнутого положения контактов, новым, согласно изобретению является то, что привод каждой вакуумной дугогасительной камеры, обеспечивающий замыкание контактов, имеет электромагнит с толкателем, воздействующим на шток посредством имеющегося на его нижнем конце подвижного упора, установленного с обеспечением возможности перемещения его вдоль штока и шарнирно соединенного с валом, пружина узла поджатия контактов установлена между подвижным упором и неподвижным упором, закрепленным на штоке, при этом выключатель дополнительно снабжен общим для всех дугогасительных камер приводом отключения контактов, содержащим упомянутый общий вал, в полости которого расположена пружина кручения, один конец которой жестко закреплен на основании, другой конец на валу.

Целесообразно средство, обеспечивающее фиксацию замкнутого положения контактов, выполнить в виде механического стопора вала в положении замкнутых контактов. При этом стопор включает систему "ломающихся" рычагов, связывающую основание с рычагом, жестко установленным на валу, и систему качающихся упоров, предназначенных для фиксации общей оси вращения системы "ломающихся" рычагов при замкнутом положении контактов. Стопор также снабжен устройством его отключения.

Также целесообразно подвижный упор выполнить в виде стакана, коаксиального штоку и установленного таким образом, что при разомкнутом положении контактов между дном стакана и нижним торцом штока имеется зазор.

Наилучший вариант достигается, когда пружина кручения выполнена в виде торсиона.

Пример реализации заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, на которых представлено:

фиг.1 - фронтальный разрез выключателя,

фиг. 2 - разрез Б-Б, поясняющий работу стопора вала (положение - выключатель включен),

фиг.3 - то же (положение - выключатель выключен).

Вакуумный выключатель имеет основание 1, на котором установлены вакуумные дугогасительные камеры 2. Внутри камер 2 имеются неподвижные и подвижные контакты. Каждый подвижный контакт соединен с соответствующим изоляционным штоком 3. На штоке 3 жестко закреплен неподвижный упор 4. На нижнем конце штока 3 установлен подвижный упор, выполненный, например, в форме стакана 5, коаксиального штоку 3, при этом между дном стакана 5 и нижним торцом штока 3 имеется зазор (в положении разомкнутых контактов). Пружина 6 узла поджатия установлена соосно штоку 3 между подвижным упором 5 и неподвижным упором 4.

Каждая дугогасительная камера 2 имеет собственный привод, обеспечивающий замыкание контактов. Упомянутый привод содержит электромагнит 7 постоянного тока, снабженный толкателем 8.

При этом все камеры имеют общий привод отключения контактов, содержащий вал 9 в форме трубы, в полости которой установлена пружина 10 кручения (упругий вал, работающий на кручение - торсион), один конец которой жестко закреплен на концевой части вала 9, второй жестко закреплен на основании, например при помощи специального узла 11. Вал 9 снабжен специальными элементами, например жестко с ним связанными рычагами (не показаны), которые шарнирно соединены с подвижными упорами 5.

Фиксация замкнутого положения контактов осуществляется при помощи механического стопора вала. Стопор установлен в основании 1 и представляет собой систему так называемых "ломающихся" рычагов. Первый рычаг 12 стопора шарнирно закреплен на основании. Второй рычаг 13 системы шарнирно соединен с третьим рычагом 14, противоположный конец которого неподвижно закреплен на валу 9. Упомянутые первый и второй рычаги 12, 13 шарнирно соединены между собой посредством оси 15. Конструкция обеспечивает фиксацию положения оси 15, а следовательно, через рычаг 14, фиксацию положения вала, при замкнутом состоянии контактов. При этом оба рычага 12, 13 находятся в положении, близком к вертикальному. Фиксация оси 15 осуществляется при помощи качающихся упоров 16, 17, один из которых имеет выемку, взаимодействующую с осью 15, а на второй - воздействует электромагнит отключения 18.

Выключатель работает следующим образом. При подаче напряжения на электромагниты 7 они срабатывают и посредством толкателей 8 воздействуют на подвижные упоры 5. Движение передается через пружины 6 поджатия, установленные между подвижными упорами 5 и неподвижными упорами 4 штокам 3, и приводит к замыканию контактов. При дальнейшем движении толкателей происходит дальнейшее перемещение подвижных упоров 5 вдоль соответствующих штоков 3 (выбирается зазор между нижним торцом штока и дном стакана), и осуществляется сжатие пружин 6. Тем самым создается необходимое усилие сжатия контактов во включенном состоянии выключателя. Одновременно подвижные упоры 5 посредством шарнирно с ними связанных рычагов, закрепленных на валу, воздействуют на вал, поворачивая его вокруг оси. Это приводит к закручиванию пружины 10.

При замыкании контактов дугогасительных камер система "ломающихся" рычагов 12, 13 и качающихся упоров 16, 17 механического стопора фиксируют положение вала (за счет фиксации положения оси 15), а следовательно, фиксируется замкнутое положение контактов.

Размыкание контактов осуществляется следующим образом. При подаче напряжения на электромагнит отключения 18 его толкатель воздействует на рычаг качающегося упора 17, при этом второй упор 16 выходит из зацепления с осью 15. Система рычагов 12, 13 складывается (опускается вниз ось 15), снимается стопорящее воздействие на вал 9, что позволяет пружине 10 привести его в движение. При повороте вала в обратную сторону, а следовательно, при опускании вниз рычагов, шарнирно соединенных с подвижными упорами 5, снимается воздействие на последние и освобождаются штоки 3. При движении штоков вниз происходит размыкание контактов и устройство приходит в исходное состояние.

Таким образом, заявляемая конструкция предусматривает замыкание контактов посредством трех независимых приводов - трех электромагнитов, размыкание - при помощи общего вала, под действием мощной пружины кручения, установленной в его полости. Фиксация замкнутого положения контактов осуществляется при помощи механической защелки, высокая надежность работы которой не зависит от внешних механических воздействий.

Такое сочетание приводных устройств позволяет упростить конструкцию и сделать ее более надежной при сравнительно небольших габаритах устройства.

Заявленный вакуумный выключатель может найти применение на электрических станциях и подстанциях энергосистем напряжением 6-10 кВ.