Устройство для коммутации силовых электрических цепей

 

Союз Советскик

Социапистичесиик

Республик ((ц1003188

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 11. 79 (2l ) 2843506/24-07 с присоединеннект заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.03.83„Бюллетень Мт 9

Дата опубликования описания, 10. 03.8 (51)M. Кл.

Н 01 Н 43Лг

Государстаоикый комитет вв делам изобретений и открытий (5З)уаК 621, ° 316. 54 (088.8) В.И. Кошман, В.Ф. Петриченко, Б.С, Г4иФикцкий, В. Д. Оборотов и Л.П. Абара : =, =:.,.-::, /

g ., 1 /

/ (72) Авторы изобретения (?I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ СИЛОВЪ|Х

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1 Изобретение относится к дистанционному управлению силовыми электрическими цепями, в частности к конструкции устройства для коммутации силовых электрических цепей, и может быть использовано в различных отрас5 лях промышленности для избирательного коммутирования большой группы силовых электрических цепей.

Известно устройство для коммутации высоковольтной аппаратуры, содерткащее контакты, расположенные по окружности на неподвижной панели, электромагнитный привод, исполнительный 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 го 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 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 воз-, можность одновременного включения всех цепей и не обеспечивает нулевой защиты.

Известно также устройство для коммутации электрических цепей, содержащее основные контактные пары, оГ>разованные неподвижными контактами, расположенными по окружности на изо1003188 лнрующей 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, вращаюций 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 контакт- ных пар, на полом якоре которого, охватывающем вал электромеханического привода, закреплен указанный замы- 2О катель и который обеспечивает движение замыкателя вдоль этого вала s процессе замыкания контактных пар.

Электромагнитный привод имеет также электромагниты для размыкания контакт-н ных пар, один из которых конструктивно выполнен аналогично электромагниту для замыкания контактных пар и приводит в движение размыкатель контактных пар, а другой срабатывает при исчезновении напряжения в сети питания потребителя электрической энергии, размыкая при этом одновременно все контактные пары и обеспечивая тем самым нулевую защиту.

Это устройство позволяет при ис35 пользовании общего привода для включения контактов в коммутируемых цепях осуществлять избирательное управление группой силовых электрических ю цепей и приводить коммутируемые цепи в такое состояние, при котором были бы включены все 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, уменьшается 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 цепей, 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, 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 и который обеспечивает поворот замыкателя на заданный угол, электромагнитный привод, имеющий электромагнит для замыкания контактных пар, на полом якоре которого, охватывающем вал электромеханического привода, закреплен 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.

5 10031

Группа вспомогательных контактных пар может быть связана с электромагнитами для размыкания контактных пар с воэможностью коммутирования последних при срабатывании упомянутых элект-S ромагнитов.

Электромагниты для размыкания контактных 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 20 выбраны с параметрами, обеспечивающими искробезопасную коммутацию.

Предлагаемое выполнение устройства обеспечивает быстрое, надежное и оперативное отключение и аварийное от- 25 ключение любой из коммутируемых силовых цепей при неисправности в цепи управления или в электромагните для размыкания контактов, благодаря чему обеспечиваются защита от потери уп-. 1О равляемости и улучшение эксплуатационных показателей устройства. Умень. шается на 203 габарит устройства по высоте, В случае, когда группа вспомогательных контактных пар связана с электромагнитами для размыкания контактных пар с возможностью коммутирования последних при срабатывании упомянутых электромагнитов, отпадает О необходимость в использовании промежуточных реле, поскольку электромагниты для размыкания контактов, связанные со вспомогательными контактными пара.ми, функционально идентичны этим реле.

На фиг. 1 изображено устройство для коммутации силовых электрических цепей в отключенном состоянии, вертикальный разрез; на фиг. 2 - фиксатор состояния контактной пары; на фиг. 3 сечения А-А, Б-Б и В-В.на фиг. 1; на фиг. 4 - схема управления силовыми электрическими цепями с использованием предлагаемого устройства.

Устройство для коммутации силовых электрических цепеи содержит четыре

SS панели, выполненные каждая в виде диска. На верхней изолирующей панели 1 (фиг, 1) равномерно по окруж88 d ности расположены неподвижные контакты. В данном случае в качестве основных 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. 3). Нины соединены с контакт ными гнездами 8 (фиг. 1), предназначенными для подключения устройства к питающей сети. Выводы от неподвижных контактов 9 контактных пар 2 так" же выполнены в виде контактных гнезд

10. Вины .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 14 через втулку 17 и шпильку,18 связан с подвижным контактом 3, На верхней стороне промежуточной панели 11 закреплены фиксаторы 19 состояния контактных пар. фиксатор

19 представляет собой цилиндрический корпус 20, содержащий подпружиненный шток 21 с роликом 22 и защелку 23, установленную в вырезе корпуса 20 на оси 24 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

7 100 пружиной 32, связанного с якорем электромагнита 30.

Каждый электромагнит 30 снабжен микровыключателем 33, выполняющим роль вспомогательных контактов и взаимодействующим со штоком 34. На фиг. 1 электромагнит показан в отключенном положении. Положение деталей фиксатора 19 при включенных контактных парах (взведенное положение) показано на фиг. 2.

В предлагаемом устройстве электромагниты выполнены в виде нулевых расцепителей. Возможны и другие исполнения этих электромагнитов, например в виде независимых расцепителей.

На изолирующей панели 11 установлен электромагнит 35 соленоидного типа для замыкания контактных пар, В связи с наличием фиксаторов 19 катушка 36 электромагнита 35 рассчитана на работу в кратковременном режиме и поэтому имеет небольшие габариты, 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

40, вз.ьимодействующими с рычагами 14, Количество выступов 40 зависит от количества одновременно коммутируемых цепей и от.их типа (многофазные, однофазные, цепи постоянного тока), В предлагаемом устройстве, предназначенном для работы в однофазных цепях, замыкатель 39 содержит один выступ. Якорв 37 снабжен возвратной пружиной 41. Приводной вал 42 размещен в отверстиях, выполненных в замыкателе 39, корпусе и якоре электромагнита 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 вращаю-. щим электромеханическим приводом 46, обеспечивающим поворот приводного вала 42 на заданный угол, Величина этого угла определяется положением коммутируемой контактной пары (вакуум3188 8 ной камеры на панели 1). В описываемом варианте исполнения устройства привод 46 содержит электродвигатель

47 с редуктором, вал которого посредством полумуфты 48 связан с задающим устройством 49, обеспечивающим угол поворота приводного вала 42, необходимый для нахождения контактной пары, подлежащей коммутированию, ie Задающее устройство 49 выполнено в виде кронштейна 50, взаимодействующего посредством установленных на нем роликов 51 с путевыми выключателями 52, размещенными по окружности в

is корпусе 53. Количество роликов 51 определяется необходимым для построения схемы управления количеством одновременно коммутируемых контактов.

Кронштейн 50 задающего устройства щ укреплен на полумуфте 54, установленной в шарикоподшипнике 55 и жестко связанной с приводным валом 42. 3адающее устройство укреплено на верхней металлической панели 56 и свяжу зано с приводным валом 42 посредством шпонки 57. Соединение панелей

1, 11, 44 и 56 между собой осуществлено посредством трех шпилек 58, размещенных по окружности симметрично

30 относйтельно 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 ловите лей 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

30 для размыкания контактных пар, трансформатор 74, кнопки 75-80 "Стоп", диоды 81.-86, резисторы 87-92, вспомогательные контакты 93-98 электромаг нитов для раэмыкания контактных пар, вспомогательные контакты 99- 104 микровыключателей 28 механизмов включения, размыкающие контакты 105- 110

9 1003188

10 путевых выключателеи, замыкающие кон- При этом электродвигатель останавтакты 111- 116 путевых выключателей ливается, электромагнит 35 срабатыэлементы силовой части схемы не по- вает, а связанный с ним замыкатель казань . 39, воздействуя на рычаг 14, включаВ схеме использовано параллельное S ет выбранную контактную пару..При этом подключение катушек электромагнитов . в самом конце хода размыкается вспомо30 к обмотке трансформатора, при кото- гательный контакт 99 (или микровы" ром параметры катушки, подбирают таким ключатель 28), благодаря чему обестообразом, что протекание переменного чивается катушка 36 электромагнита 35. тока по катушке не приводит к сраба- 1о С этого момента устройство подготыванию электромагнита, для его сраба- товлено для поиска и включения друтывания катушка должна быть эашунти- гих контактных пар описанным выше рована диодом, вынесенным в пульт. способом. Включенное состояние каждой

Устройство работает следующим об- контактной пары фиксируется фиксато1S ром 19 следующим образом. При воздейПри.нажатии одной из кнопок 62-67 ствии выступа 40 замыкателя на конец

"Пуск", например 62, получает питание рычага 14 связанный с рычагом шток катушка 68 электромагнита 30 по цепи: 21 .поднимается вверх, сжимая пруживторичная обмотка .трансформатора 74 - ну 29 и освобождая защелку 23, котокатушка 68 - кнопка 62 - кнопка 75 щ рая поворачивается вокруг своей оси

"Стоп" - катушка 68 - вторичная об- под действием пружины 25 и запирает мотка трансформатора 74. шток 21 в этом положении (фиг. 2., 1

Электромагнит 30 при этом сраба- Процесс отключения заданных контывает, притягивает свой якорь и тактных пар происходит следующим обтем самым подготавливает фиксатор к 23 разом. Нажимают одну из кнопок 75-80 взводу. Благодаря резистору 87, шун-. "Стоп". В этом случае прерывается тируюцему кнопку 62, электромагнит цепь питания одной.из катушек 68-73

30 остается включенным и после от- электромагнитов 30, последний отклюпускания кнопки 62, т.е. этот электро- чается и благодаря возвратной пружимагнит переводится в режим самопод- Зв не 32 своим якорем через шток 31 воз-. хвата. Вместо резисторов 87-92 можно действует на защелку 23 фиксатора 19, включить блок-контакты силовой цепи размыкая заданную контактную пару. и также осуществить режим самопод- Одновременно размыкается один из хвата. При срабатывании отключаюцего вспомогательных контактов 93-98, подэлектромагнита 30 он воздействует на готавливая тем самым заданную цепь к

3S микровыключатель 33 и тем самым замы- возможности ее последующего включекает свои вспомогательные контакты ния. В это же время замыкается один

93 которые подают питание на элект- из вспомогательных контактов 99-104

t родвигатель 47 по цепи: вторичная (микровыключатели 28), также подгообмотка трансформатора 74 - контак- тавливая заданную. цепь к последующеты 93 — размыкающий вспомогательный му включению. После отпуска кнопки контакт 99 (или микровыключатель 28) "Стоп" электромагнит 30 повторно не

Р азмыкающий контакт 105 путевого вы- включается благодаря наличию в цепи ключателя 52 - электродвигатель 47 - одного из резисторов 87-92, т.е.. схевторичная обмотка трансформатора 74, ма управления рассыпается.

Для аварийного или экстренного отДвигатель начинает вращаться " ключения всех потребителей нужно напРиводит во вРащение пРиводной вал жать кнопку 118 |Общий стоп, которая

42. Когда ролик 51 достигает путево- разрывает цепь питания всех,кат ек го выключателя 52, соответствующего отключающих электромагнитов, в резульнажатой кнопке и заданным контактным тате чего размыкаются все основные паРам, пУтевой выключатель переключа- контактные пары, а также обесточиваютется,.его контакты 105 размыкаются и ся цепи электродвигателя 47 и катушотключают электродвигатель 47, а .за- ки 36 электромагнита 35. мыкающие контакты -111 этого же путевого выключатеЛя одновременно вклю- 33 Аналогично осуществляется нулевая чают на вторичную обмотку трансфор- защита всех групп силовых контактов: матора 74 катушку 36 электромагнита при исчезновении или снижении напря35 через выпрямительный мост 117. жения в сети все они отключаются под

11 10031 воздействием катушек 68-73 электромагнитов 30. Цепи управления с катушками 68-73 выполнены искробеэопасными благодаря применению индивидуальЬ ных высокоомных вторичных обмоток 5 трансформатора 74 параллельному вклю" чению катушек 68-73, соответствующему подбору их параметров: сопротивлений и индуктивностей.

Эти же цепи обладают свойством са- 10 моконтроля цепей управления благодаря диодам 81-86, вынесенным в пост дистанционного управления. При замыка" нии в цепи управления или ее обрыве, или увеличении сопротивления цепи электромагниты 30 отключаются, если они были включены, и их нельзя включить нажатием кнопок 62-67, если они были отключены.

Воэможно и неискробезопасное вы- 20 полнение и подключение этих цепей, а также выполнение без контроля их целостности.

Применение устройства в народном хозяйстве позволит получить значительный экономический эффект, Так, 4) использование устройства только во

a=-рывобезопасных станциях управления позволит значительно уменьшить металлоемкость, трудоемкость, вес, га- 30 бариты и стоимость станций управления типа СУВ-350, СУВ- 1Л- 100, СУВ-2Л- 120, СУВС-700., СУВ-600, СУВ-1140 и других аналогичных устройств.

Уменьшение габаритов и стоимости станций управления достигаются в результате того, что предлагаемое устройство занимает по объему примерно .s 3 раза меньше места по сравнению с необходимой группой контакторов, вследствие чего уменьшаются также материалоемкость и трудоемкость изготовления 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

12 периода времени находится под напря-! жением. формула изобретения.

1. Устройство для коммутации силовых электрических цепей, содержащее основные контактные пары, образован" ные 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, имеюций по меньшей мере один выступ, воздействующий на механизмы включения контактных пар, вращающий электромеханический привод, вал которого проходит сквозь центральное отверстие s изолирующей панели, обеспечивающий поворот эамыкателя на заданный угол, электромагнитный привод, имеющий электромагнит для замыкания .контактных пар, на полом якоре которого, ох-ватывающем вал электромеханического привода, закреплен указанный замыкатель, обеспечивающий движение замыкателя вдоль указанного. вала,. " также электромагниты для размыкания контактных пар, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения надежнос 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 ч а ю щ е е с я 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 ?, о т л и ч а ю щ е е с я 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.

13 1003188 14

4. Устройство по пп. 1-3, о т — сатаров состояния контактов выбраны л и ч а ю щ е е с я тем, что часть с параметрами, обеспечивающими искровспомогательных контактных пар, свя- безопасную коммутацию. занная с электромагнитами для размы- Источники информации, кания контактных пар, включена в цепь g принятые во внимание при экспертизе управления вращающим электромехани- 1. Авторское свидетельство СССР

1Г 320846, кл. Н 01 Н 43/02, 1971 °

5. Устройство по пп 1-4, о т— 2. Авторское свидетельство СССР л и .ч а ю щ е е с я тем, что катущ- по заявке 11 2195531, ки отключающих электромагнитов фик- 1о кл. Н 01 Н 43/02, 1975.

50 46 47 48 53

1003188

1003188

8Z

f05

Составитель Н. Глеклер

Редактор А. Огар Техред М. Костик Корректор С. Шекмар

Заказ 1577/38!

7/

1 !

1 !

1

1

Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4