Гидравлический привод для силового высоковольтного выключателя

 

Использование: в гидравлических приводах высоковольтных выключателей, преимущественно в приводах элегазовых выключателей. Сущность: привод содержит рабочий цилиндр 2 с поршнем 3 и штоком 4 для связи с подвижным контактом 1 выключателя, накопитель энергии, выполненный в виде герметично закрытого с торцов крышками 11, 12, одна из которых подвижна и заполнена сжатым газом, сильфона 10, гидроаккумулятор, клапан 7 управления, насосный агрегат и сливную емкость. Новым в приводе является выполнение гидроаккумулятора в виде заполненного рабочей жидкостью сильфона 9, расположенного между основанием цилиндра 2 и подвижной крышкой газового сильфона, причем диаметр сильфона 9, заполненного жидкостью, в 2 ... 3 раза меньше диаметра газового сильфона 10. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению, а именно к гидравлическим приводам высоковольтных выключателей, преимущественно к приводам элегазовых выключателей с дугогасительным устройством автокомпрессионного типа.

Известны гидравлические приводы высоковольтных выключателей, в которых в качестве источника давления используются пневмогидроаккумуляторы [1]. Такой привод содержит рабочий силовой цилиндр, поршень которого посредством штока соединен с подвижными контактами дугогасительных устройств; пневмогидроаккуму- лятор, представляющий собой толстостенный цилиндр, разделенный поршнем на пневматическую полость, заполненную азотом до давления 25...35 МПа, и гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью (маслом), которая постоянно гидравлически сообщается с надпоршневой полостью рабочего цилиндра; клапан управления с пусковыми электромагнитами, с помощью которого подпоршневая полость рабочего цилиндра сообщается либо с гидравлической полостью аккумулятора, либо со сливной емкостью; насосный агрегат для перекачки отработанной рабочей жидкости из сливной емкости в гидравлическую полость аккумулятора.

Недостатком такого устройства является относительная сложность и пониженная надежность узлов уплотнения подвижного поршня пневмогидроаккумулятора. Кроме этого, такой привод отличается сложностью и опасностью эксплуатации, обусловленной необходимостью дозаправки аккумуляторов сжатым азотом под указанным высоким давлением.

Известен привод, в котором в качестве энергоносителя используется пакет мощных тарельчатых пружин большого диаметра, непосредственно контактирующий с подвижным поршнем гидроаккумулятора, либо передающий усилие на указанный поршень через тянущие шпильки (Информационное издание фирмы ВВС N СН-А 156322). Обладая определенными преимуществами (температурной независимостью давления, эксплуатационной надежностью, что связано с отсутствием газовой системы), конструкция привода имеет ряд недостатков. Это сложность изготовления мощных тарельчатых пружин большого диаметра, (отсутствие таких технологий в отечественной промышленности), нестабильность динамических характеристик, обусловленная довольно резким падением давления жидкости при перемещении пружин в процессе оперирования, а также наличие снижения жесткости пружин при длительной эксплуатации вследствии явлений релаксации.

Наиболее близким к изобретению является гидромеханический привод элегазового выключателя [2], содержащий рабочий силовой цилиндр с поршнем, соединенным посредством штока с подвижным контактом выключателя, гидроаккумулятор, включающий заполненную жидкостью цилиндрическую полость с поршнем большого диаметра, обеспечивающий подачу жидкости под высоким давлением в полость рабочего цилиндра, клапан управления, гидронасос и носитель запасенной энергии, выполненный в виде герметично закрытого с торцов крышками и заполненного сжатым газом сильфона, который передает давление на поршень гидроаккумулятора посредством штока.

Недостатки данного привода связаны прежде всего с выполнением гидроаккумулятора в виде цилиндра с поршнем большого диаметра и штоком, передающим давление от сильфона к жидкости. Сложность и пониженная надежность узла уплотнения подвижного поршня большого диаметра, постоянно находящегося под высоким односторонним давлением, обуславливают наличие значительных потерь жидкости из полости высокого давления. Утечки приводят к необходимости частых включений насоса для пополнения запаса жидкости в полости гидроаккумулятора. При этом поршень гидроаккумулятора будет постоянно совершать возвратно-поступательное движение даже при отсутствии оперирования с выключателем. Кроме этого, наличие громоздкого гидроаккумулятора, выполненного в виде толстостенного цилиндра с полостью большого диаметра и газового сильфона, соединенных штоком для обеспечения механического контакта, усложняет компоновку привода и увеличивает его габариты.

В основе изобретения лежит задача создания привода с простой и более надежной конструкцией гидроаккумулятора, которая, с одной стороны, исключала бы потери жидкости из полости высокого давления, а, с другой стороны, - обеспечила бы возможность сокращения габаритов и более рациональной компоновки привода.

Это достигается тем, что в гидравлическом приводе, содержащем рабочий цилиндр с поршнем и штоком для связи с подвижным контактом выключателя, накопитель энергии, выполненный в виде герметично закрытого с торцов крышками, одна из которых подвижна, и заполненного сжатым газом сильфона, гидроаккумулятор, клапан управления, насосный агрегат, сливную емкость, гидроаккумулятор выполнен в виде заполненного рабочей жидкостью сильфона, расположенного между основанием рабочего цилиндра и подвижной крышкой газового сильфона, причем диаметр сильфона, заполненного жидкостью, в 2...3 раза меньше диаметра газового сильфона.

Верхняя подвижная крышка газового сильфона выполнена с вогнутой поверхностью, образующей полость, в которой размещен гидравлический сильфон.

Выполнение гидроаккумулятора без подвижной пары поршень-цилиндр, а именно в виде сильфона, приводит к отсутствию сложного и имеющего невысокую надежность узла уплотнения. Тем самым исключается основная причина утечки масла из полости высокого давления, что повышает надежность привода. Кроме этого, выполнение гидроаккумулятора наряду с носителем энергии в виде двух последовательно расположенных сильфонов привело к упрощению конструкции данных узлов, позволило удобно их скомпановать.

Данные узлы вследствие отсутствия подвижных уплотнений не требуют осмотра и замены каких-либо деталей в процессе длительной эксплуатации, что упростило их компановку. Целесообразно разместить их в нижней части привода.

Для исключения деформации сильфонов выше требуемой величины, что могло бы произойти при отказе системы автоматики включить либо отключить насосный агрегат, выходе из строя насоса, в приводе имеются упоры, ограничивающие ход сильфонов на растяжение и сжатие. Это необходимо для сохранения длительной прочности и надежности сильфонов.

То, что диаметр гидравлического сильфона в 2...3 раза меньше диаметра газового сильфона, позволяет не только достичь высокого уровня давления рабочей жидкости при относительно низком давлении газа, но и обеспечить приемлемое соотношение продольных размеров сильфонов при условии равной их деформационной способности.

На чертеже изображен гидравлический привод, общий вид в продольном разрезе.

Высоковольтный силовой выключатель 1 изображен на чертеже схематически. Привод содержит рабочий цилиндр 2 с поршнем 3, который через шток 4 соединен с подвижным элементом выключателя 1, насосный агрегат, включающий насос 5 и электродвигатель 6, клапан 7 управления, бак 8 для сбора отработанного масла, сильфон 9, заполненный маслом, и сильфон 10, герметично с помощью сварки закрытый с торцов крышками 11 и 12 и заполненный сжатым азотом.

Гидравлический сильфон 9 одним торцом герметично крепится к нижней части рабочего цилиндра 2 через фланец 13, другой торец приварен к подвижной крышке 11 газового сильфона. Данная крышка 11 выполнена с вогнутой поверхностью, образующей цилиндрическую полость, в которой размещен гидравлический сильфон 9. Образованная внутри сильфона 9 и заполненная маслом полость 14 высокого давления постоянно через канал 15 соединена с надпоршневой полостью 16 рабочего цилиндра. Подпоршневая полость 17 соединяется либо с полостью 14 высокого давления, либо со сливным баком 8, через клапан 7 управления. Канал, соединяющий поршневую полость 17 с клапаном 7, образован сверлениями в цилиндре и патрубком 18. Неподвижная крышка 12 газового сильфона 10 соединена через силовую оболочку 19, охватывающую сильфон, и кольцо 20 с корпусом цилиндра 2.

Таким образом верхняя подвижная крышка 11 газового сильфона сжимает масло в полости гидравлического сильфона 9, а реакция от нижней крышки 12 передается через оболочку 19 и кольцо 20 на корпус цилиндра 2, своей нижней частью частично утопленного в полость 14. Это также наряду с размещением гидравлического сильфона 9 в полости, которую образует верхняя крышка 11 газового сильфона, позволило сократить габариты привода. Для исключения нерасчетной деформации сильфонов имеются упоры 21 и 22, ограничивающие ход сильфонов при растяжении и сжатии.

В данном примере конкретного исполнения средний диаметр D₁ гидравлического сильфона 9 в 2, 6 раза меньше среднего диаметра D₂ газового сильфона 10, что обеспечило приемлемое соотношение сильфонов по высоте и требуемый низкий уровень давления азота при достаточно высоком уровне давления масла. Расчеты показали, что, например, для обеспечения хода сильфонов 50 мм при диаметре гидравлического сильфона D₁ = 236 мм, его высота в свободном состоянии составит 320 мм, при диаметре газового сильфона D₂ = 620 мм, его высота составит 264 мм. При этом гидравлический сильфон рассчитан на рабочее давление 20 МПа, газовый - на 3 МПа. Такое соотношение размеров обеспечило удобную компановку данных узлов и достаточный объем газа в полости сильфона 10, обеспечивающий незначительное падение давления при перемещении сильфонов в процессе оперирования выключателем (около 15% при полном перемещении сильфонов на 50 мм).

Выполненные расчетные и проектировочные работы показали, что соотношение диаметров гидравлического и газового сильфонов как 1/(2...3) обеспечивает приемлемые соотношения высот сильфонов и удовлетворительное соотношение давлений газа и жидкости.

Операция размыкания происходит следующим образом. При поступлении сигнала на соответствующий электромагнит (на чертеже не показан) клапана 7 последний за счет перемещения золотника открывает проход маслу из подпоршневой полости 17 в сливной бак. Поршень 3 под действием разницы давлений в полостях 16 и 17 движется вниз, размыкая контакт выключателя. Увеличение объема подпоршневой полости 16 компенсируется расходом масла из полости 14 гидравлического сильфона 9. При этом последний уменьшится, а газовый увеличится по высоте на одинаковую величину.

В отключенном состоянии поршень 3 удерживается внизу за счет разницы давлений на верхнюю и нижнюю его стороны.

Для осуществления операций включения сигнал поступает на соответствующий электромагнит, который перебра- сывает золотник клапана 7 в положение, обеспечивающее подвод масла под высоким давлением из полости 14 в подпоршневую полость 17. При этом на поршень 3 с двух сторон действует высокое давление, однако за счет разницы площадей поршень 3 будет перемещаться вверх, обеспечивая замыкание контактов выключателя 1.

Ход δ сильфонов, определяющий запас масла под высоким давлением на выполнение операций включения-отключения, выбран из условия возможности осущест- вления полного цикла аварийной защиты выключателя по ГОСТ 687 (0-t₁-BO-t₂-BO, где О - операция отключения, В - операция включения, t₁ = 0,3 c и t₂ = 20 с - бестоковые паузы) без пополнения запаса масла в гидравлическом сильфоне 9 за счет насоса. Такой выбор компенсирующей способности сильфонов гарантирует срабатывание привода в аварийных ситуациях (замыкание на линии электропередачи, удар молнии) даже при отказе подкачивающей системы, что повышает надежность и качество привода.

Формула изобретения

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ СИЛОВОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, содержащий рабочий цилиндр с поршнем и штоком для связи с подвижным контактом выключателя, накопитель энергии, выполненный в виде герметично закрытого с торцев крышками, одна из которых подвижна, и заполненного сжатым газом сильфона, гидроаккумулятор, клапан управления, насосный агрегат и сливную емкость, отличающийся тем, что гидроаккумулятор выполнен в виде заполненного рабочей жидкостью сильфона, расположенного между основанием рабочего цилиндра и подвижной крышкой газового сильфона, причем диаметр сильфона, заполненного жидкостью в 2 - 3 раза меньше диаметра газового сильфона.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что верхняя подвижная крышка газового сильфона выполнена с вогнутой поверхностью, образующей полость, в которой размещен гидравлический сильфон.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что он содержит упоры, ограничивающие ход сильфонов на растяжение и сжатие.

РИСУНКИ

Рисунок 1