Переключатель нагрузки ступенчатого выключателя

 

Изобретение относится к переключателю нагрузки ступенчатого выключателя, содержащему заводные салазки, установленные с возможностью непрерывного движения от приводного вала, и ведомую часть, приводящую в действие переключающий вал. На переключающем валу согласно изобретению с возможностью осевого перемещения установлена переключающая вставка, несущая кулачковые диски для приведения в действие вакуумных выключателей и механических коммутационных элементов. В зависимости от направления переключения, т.е. от линейного движения заводных салазок аккумулятора энергии, переключающая вставка перемещается на переключающем валу в верхнее или нижнее положение таким образом, что действуют разные кулачковые диски. С помощью этого переключателя нагрузки могут быть реализованы несимметричные схемы, у которых независимо от направления переключения соблюдается одинаковая последовательность перемещаемых или приводимых в действие коммутационных средств. 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к переключателю нагрузки ступенчатого выключателя согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Такие переключатели нагрузки известны из заявки ФРГ N 4231353. При этом на каждую фазу предусмотрено два вакуумных разрядника, называемых ниже VAC; приведение в действие этих VAC и механических коммутационных контактов происходит за счет установленного с возможностью вращения в обоих направлениях переключающего вала, быстро вращающегося после срабатывания аккумулятора энергии. При этом для приведения в действие VAC на переключающем валу прочно установлен кулачковый диск, имеющий на каждом торце для каждого VAC один управляющий кулачок, по которому с геометрическим замыканием обкатывается ролик, воздействующий на исполнительный рычаг соответствующего VAC. Переключение механических контактов происходит за счет также вращаемого приводным валом коммутационного сегмента, перемещающегося между неподвижными контактами, расположенными в начале переключателя нагрузки. У этого переключателя нагрузки кулачковые диски для приведения в действие обоих VAC и коммутационный сегмент для приведения в действие механических контактов движутся из одного конечного положения в другое и обратно, а именно независимо от данного направления движения ступенчатого выключателя; это значит, что контакты, которые при движении вперед, т.е. при вращении переключающего вала в одном направлении, были замкнуты последними, при движении назад, т.е. при вращении переключающего вала в другом направлении, размыкаются первыми и наоборот.

Такой известный переключатель нагрузки непригоден поэтому для реализации несимметричной схемы, у которой независимо от направления переключения всегда один и тот же контакт должен быть первым электрически включен или механически перемещен. Такая несимметричная схема описана, например, в неопубликованной заявке ФРГ N 4407945, а также в видоизмененной форме с двухполюсным переключением специально для переключателя нагрузки в также неопубликованной заявке ФРГ N 4441082.

На фиг. 4 изображена названная последней несимметричная схема с двухполюсным переключением, у которой независимо от направления переключения соблюдена одинаковая последовательность срабатываний, т.е. порядок перемещаемых или приводимых в действие коммутационных средств.

Специально для тиристорных выключателей в заявке WO 89/08924 описан особый пружинный скачковый привод, который независимо от своего направления должен всегда срабатывать только в одном направлении, т.е. имеет только одно направление ведомого звена.

Это является возможностью принципиальной реализации несимметричных схем; описанный пружинный аккумулятор энергии, однако, имеет сложную конструкцию, требует за счет большого числа необходимых фиксирующих и соединительных элементов много места и непригоден, в остальном, для комбинированного приведения в действие в заданной последовательности VAC в качестве электрических коммутационных элементов, с одной стороны, а также механических контактов, с другой стороны.

Задачей изобретения является поэтому создание переключателя нагрузки описанного выше рода, который простым образом с помощью приводимого во вращение в обоих направлениях переключающего вала позволяет реализовать несимметричную схему таким образом, что независимо от направления вращения должна быть достигнута одинаковая последовательность срабатывания VAC и механических коммутационных средств.

Эта задача решается за счет того, что в переключателе нагрузки ступенчатого выключателя, состоящего из аккумулятора энергии, содержащего заводные салазки, установленные с возможностью непрерывного движения от вращаемого в обоих направлениях приводного вала, и ведомую часть, которая после своего расцепления скачкообразно следует за движением заводных салазок, из переключающего вала, установленного с возможностью вращения посредством расцепленной ведомой части, и из коммутационных средств на каждую фазу, приводимых в действие исполнительными элементами, которые, в свою очередь, взаимодействуют с вращаемым переключающим валом, концентричными кулачковыми дисками с торцевым контуром, на переключающем валу с возможностью осевого перемещения установлена переключающая вставка, несущая кулачковые диски для приведения в действие коммутационных средств, каждый кулачковый диск разделен на верхний и нижний частичные кулачковые диски с отличающимися друг от друга контурами, при этом переключающая вставка в зависимости от направления вращения приводного вала имеет возможность перемещаться в верхнее или нижнее рабочее положение таким образом, что в верхнем рабочем положении переключающей вставки все нижние частичные кулачковые диски, а в нижнем положении переключающей вставки все верхние частичные кулачковые диски взаимодействуют с исполнительными элементами, приводя в действие коммутационные средства.

При этом является целесообразным, чтобы переключающая вставка была связана с геометрическим замыканием посредством соединительного звена с прорезью в заводных салазках аккумулятора энергии таким образом, что при движении заводных салазок переключающая вставка в зависимости от направления этого движения перемещалась аксиально вверх или вниз и занимала верхнее или нижнее положение.

Кроме того, коммутационные средства могут состоять на каждую фазу, по меньшей мере, из двух вакуумных разрядников и, по меньшей мере, двух механических контактов; каждый исполнительный элемент для приведения в действие вакуумных выключателей может состоять из взаимодействующего с силовым замыканием с соответствующим частичным кулачковым диском исполнительного ролика и соединенного с ним коленчатого рычага; каждый исполнительный элемент для приведения в действие механических контактов может состоять из первого и второго роликов, взаимодействующих с силовым замыканием с соответствующим частичным кулачковым диском, и подпружиненного коленчатого рычага таким образом, что в зависимости от нажима на первый или второй ролик соответствующий механический контакт переключается возвратно-поступательно между двумя установившимися состояниями.

Является также предпочтительным, чтобы первые ролики и все вторые ролики взаимодействовали каждый с одним и тем же частичным кулачковым диском, механические контакты выполнялись в виде двухполюсных коммутационных контактов и были предусмотрены дополнительные главные контакты длительного включения, пропускающие в установившемся состоянии длительный ток и приводимые в действие переключающим валом.

Кроме того, является предпочтительным, чтобы кулачковые диски для приведения в действие механических контактов непосредственно примыкали друг к другу с образованием единого кулачкового диска, разделенного на верхний и нижний частичные кулачковые диски с отличающимися друг от друга контурами.

Главное преимущество изобретения состоит в том, что может быть использован обычный аккумулятор энергии, содержащий заводные салазки и ведомую часть, описанный, например, в патенте ФРГ 2806282. При этом заводные салазки во время непрерывного процесса завода согласно изобретению создают перпендикулярное направление завода, действующее в осевом направлении переключающего вала дополнительное движение соединительного звена, более подробно описанного ниже. Согласно изобретению для каждого приводимого в действие коммутационного средства, как VAC, так и механических контактов, для каждого направления движения приводного вала предусмотрены отличающиеся друг от друга частичные кулачковые диски, закрепленные на переключающей вставке, установленной на переключающем валу с возможностью осевого перемещения; за счет описанного выше осевого движения соединительного звена частичные кулачковые диски, предусмотренные для соответствующего направления движения приводного вала, также могут аксиально перемещаться и тем самым в зависимости от направления вращения входить в зацепление с соответствующими коммутационными средствами для приведения в действие VAC и механических контактов или выходить из него.

Изобретение более подробно поясняется на примере его выполнения с помощью чертежей, на которых изображают: фиг. 1: переключатель нагрузки согласно изобретению на виде сбоку в разрезе; - фиг. 2: поперечное сечение по плоскости А-А переключателя нагрузки; - фиг. 3: аккумулятор энергии с соединительным элементом согласно изобретению в перспективе; - фиг. 4: известную саму по себе несимметричную схему, реализуемую с помощью изобретения; - фиг. 5: схему с коммутационными контактами, которые, как показано на фиг. 1, установлены каждый вокруг точки вращения и выполнены в виде переключающих контактов; - фиг. 6: процесс переключений схемы из фиг. 5; - фиг. 7: соответствующую диаграмму переключений.

Переключатель нагрузки согласно изобретению состоит из корпуса, здесь диэлектрического цилиндра 1, в котором по центру расположен переключающий вал 4, приводимый в действие известным образом посредством аккумулятора 2 энергии. Последний содержит заводные салазки 2.2, непрерывно заводимые вращающимся приводным кулачком 2.1 приводного вала (не показан). По достижении конечного положения заводных салазок 2.2 за ним скачкообразно следует ведомая часть 2.3, приводящая переключающий вал 4 известным образом (подробно не показано). Дополнительно, согласно изобретению сбоку на заводных салазках 2.2, здесь с обеих сторон, выполнены прорези 2.4, в которые входят ролики 3.3 соединительного звена 3. Оно состоит из двух рычагов 3.1, установленных приблизительно на высоте аккумулятора 2 энергии сбоку от него, и двух шарнирно соединенных с ним соединительных тяг 3.2, которые проходят в корпусе переключателя нагрузки вертикально вниз параллельно переключающему валу 4 и соединены на своих свободных концах с переключающей вставкой 5, установленной на переключающем валу 4 с возможностью осевого перемещения. Можно также выполнить сбоку на заводных салазках 2.2 прорезь 2.4 только с одной стороны и расположить соответственно только одно соединительное звено, однако описанное парное расположение дает преимущества жесткости.

Описанная прорезь 2.4 выполнена при этом так, что в зависимости от направления движения заводных салазок 2.2 аккумулятора 2 энергии переключающая вставка 5 аксиально движется на переключающем валу 4 на определенный отрезок, а вверх или вниз посредством соединительного звена 3 при заводе аккумулятора 2 энергии, т.е. перед собственно переключением нагрузки. Аксиально перемещающаяся на переключающем валу 4 переключающая вставка 5 установлена с возможностью вращения вместе с ним посредством расцепленного аккумулятора 2 энергии, что возможно, например, за счет зубчатого выполнения переключающего вала 4, который благодаря этому обеспечивает захват переключающей вставки 5 с геометрическим замыканием, не влияя на ее осевое перемещение. Для обеспечения этого принципа работы между нижней частью соединительного звена 3 и переключающей вставкой 5 предусмотрен подшипник, например шарикоподшипник (не показан).

На переключающей вставке 5 друг над другом установлены два кулачковых диска 6, 7 с торцовыми переключающими кулачками для приведения в действие обоих VAC 11, 12, каждый из которых состоит из установленных непосредственно друг над другом верхних 6.1, 7.1 и нижних 6.2, 7.2 частичных кулачковых дисков. На переключающей вставке 5 друг над другом установлены также два кулачковых диска 8, 9 для приведения в действие двух подвижных механических контактов 13, 14, описанных ниже. Сбоку от кулачковых дисков 6, 7 установлены соответственно исполнительные ролики 11.1, 12.1 таким образом, что в зависимости от положения переключающей вставки 5 оба верхних 6.1, 7.1 или оба нижних 6.2, 7.2 частичных кулачковых диска взаимодействуют с соответствующими исполнительными роликами 11.1, 12.1. Эти исполнительные ролики 11.1, 12.1 воздействуют через коленчатые рычаги 11.2, 12.2 на соответствующий VAC 11, 12 и приводят его в действие. В установившемся состоянии переключателя нагрузки между исполнительными роликами 11.1, 12.1 и соответствующими частичными кулачковыми дисками 6.1, 7.1 или 6.2, 7.2 имеется промежуток, поскольку VAC 11, 12 в установившемся состоянии без усилия замкнуты снаружи; лишь во время переключения нагрузки они приводятся в действие с силовым замыканием посредством соответствующего частичного кулачкового диска через соответствующий ролик и соответствующий исполнительный рычаг и на короткое время размыкаются. Описанный промежуток позволяет в установившемся состоянии переместить переключающую вставку 5 и тем самым кулачковые диски 6,7 без опасности столкновения между ними и исполнительными роликами 11.1, 12.1.

Подобным же образом на переключающей вставке 5 установлены два дополнительных кулачковых диска 8, 9 для приведения в действие двух подвижных механических контактов 13, 14. Кулачковые диски 8, 9 также разделены на расположенные друг над другом частичные кулачковые диски 8.1, 8.2; 9.1, 9.2. В зависимости от направления поворота переключающего вала 4 либо оба верхних частичных кулачковых диска 8.1, 9.1, либо оба нижних частичных кулачковых диска 8.2, 9.2 взаимодействуют с установленными сбоку соответственно первыми 13.1, 14.1 или вторыми 13.2, 14.2 роликами. На фиг. 1 оба нижних частичных кулачковых диска 8.2, 9.2 изображены в зацеплении.

Ролики 13.1, 14.1; 13.2, 14.2 связаны с соответствующими коленчатыми рычагами 13.3, 14.3, воздействующими на установленные с возможностью поворота механические контакты таким образом, что они могут занимать два коммутационных положения за пределами мертвой точки. Первый механический контакт 13 действует как коммутационный контакт SKM и в зависимости от занимаемого им положения соединяет между собой либо оба неподвижных контакта SKM_A, либо оба неподвижных контакта SKM_B. Второй подвижный контакт 14 действует как механический вспомогательный контакт HKM и в зависимости от занимаемого им положения соединяет между собой либо оба неподвижных вспомогательных контакта HKM_A, либо оба неподвижных вспомогательных контакта HKM_B. Оба подвижных механических контакта 13, 14 установлены в одной горизонтальной плоскости.

Соответствующие частичные кулачковые диски 8.1, 9.1; 8.2, 9.2 приводят в действие соответствующие ролики 13.1, 14.1; 13.2, 14,2 и тем самым оба коленчатых рычага 13.3, 14,3 с силовым замыканием, т.е. в установившемся состоянии кулачковые диски 8, 9 и ролики 13,1, 14.1; 13.2, 14.2 не находятся в зацеплении между собой, так что до начала переключения нагрузки, как уже было описано выше для приведения в действие VAC, возможно свободное осевое перемещение переключающей вставки, в частности? без опасности столкновения с какими-либо исполнительными элементами, здесь роликами.

Между приведением в действие VAC 11,12 и механических контактов 13, 14 имеется, однако, существенное различие.

VAC 11, 12, будучи обусловлены конструкцией, в установившемся состоянии всегда замкнуты, т.е. находятся в стабильном состоянии, самоустанавливающемся без воздействия дополнительного усилия, что обусловлено внутренним вакуумом и дополнительной пружиной. Из этого следует, что для приведения в действие, т.е. для временного переключения в другое состояние коммутации, достаточно одного кулачкового диска. Как только действие этого кулачкового диска прекращается, VAC автоматически возвращается в установившееся замкнутое состояние коммутации. Иначе дело обстоит с описанными механическими контактами 13, 14. Здесь каждый подвижный контакт 13, 14, установленный с возможностью поворота вокруг центра вращения, может двигаться за пределы мертвой точки, что обусловлено соответствующим подпружиненным коленчатым рычагом, и иметь два установившихся состояния. Каждому подвижному механическому контакту 13, 14 соответствуют поэтому верхние первые 13.1, 14.1 или нижние вторые 13.2, 14.2 ролики, обеспечивающие альтернативное переключение между обоими установившимися состояниями коммутации.

Для упрощения конструкции переключателя нагрузки можно также объединить изображенные отдельными в примере выполнения кулачковые диски 8, 9 в один кулачковый диск только с одним верхним или нижним частичным кулачковым диском таким образом, что в любом направлении переключения только один частичный кулачковый диск приводит в действие SKM и HKM.

Прежние рассуждения относились только к одной фазе переключателя нагрузки согласно изобретению. У трехфазного переключателя нагрузки описанные механические и электрические исполнительные, а также коммутационные элементы всех трех фаз расположены особенно предпочтительным образом в одной горизонтальной плоскости. На фиг. 2 такое расположение изображено схематично сверху.

Видно, что внутри диэлектрического корпуса 1 установлен переключающий вал 4 с аксиально перемещающейся на нем и поворачивающейся вместе с ним переключающей вставкой 5, несущей расположенные друг над другом кулачковые диски 6, 7, 8, 9 с соответствующими частичными кулачковыми дисками. Видно также, что по центру вокруг этих кулачковых дисков для каждой фазы расположены оба VAC, причем один действует как электрический коммутационный контакт SKV, а другой - как электрический вспомогательный контакт HKV в схеме на фиг. 4, а также механические контакты для двухполюсного прерывания, причем один действует как механический коммутационный контакт SKM, а другой - как механический вспомогательный контакт HKM. Зоны, в которых находятся соответствующие коммутационные и исполнительные средства каждой фазы, обозначены ограниченными стрелками участками на фиг. 2.

Конечно, возможно и дополнительное расположение известных самих по себе главных контактов длительного включения, т.е. для разгрузки коммутационных контактов в установившемся режиме. Такие схемы, дополненные главными контактами длительного включения, известны. Поскольку главные контакты длительного включения независимо от направления коммутации при переключении нагрузки размыкаются первыми, а замыкаются последними, они могут быть приведены в действие известным образом посредством прочно соединенного с переключающим валом 4 контура или кулачкового диска. Зависимого от направления переключения осевого перемещения не требуется. В описанном выше примере выполнения такие главные контакты длительного включения, однако, сознательно опущены.

Изобретение позволяет, в целом, простым образом реализовать несимметричные схемы, т.е. осуществить простую аппаратурную перестановку одинаковых последовательностей срабатывания электрических и механических коммутационных элементов в переключателе нагрузки независимо от направления его переключения, которое меняется, будучи обусловлено аккумулятором энергии, заводимым и расцепляемым в обоих направлениях.

Требуемое движение для зависимого от направления переключения перемещения согласно изобретению создается простым образом во время непрерывного движения заводных салазок самого по себе известного аккумулятора энергии, т. е. до начала собственно процесса переключения. Для этого требуется лишь описанная дополнительная прорезь сбоку на заводных салазках; за исключением этого легко реализуемого изменения могут использоваться известные аккумуляторы энергии прежней формы, что дает дополнительные преимущества.

Понятно, что число и форма кулачковых дисков, а также исполнительных и коммутационных элементов, а именно как электрических, так и механических коммутационных элементов, могут быть приведены в соответствие с реализуемой в каждом случае схемой, и изобретение не ограничено описанным примером выполнения с двумя VAC на фазу и двумя двухполюсными механическими коммутационными контактами на фазу.

Формула изобретения

1. Переключатель нагрузки ступенчатого выключателя, состоящий из аккумулятора энергии, содержащего заводные салазки, установленные с возможностью непрерывного движения от вращаемого в обоих направлениях приводного вала, и ведомую часть, которая после своего расцепления скачкообразно следует за движением заводных салазок, из переключающего вала, установленного с возможностью вращения посредством расцепленной ведомой части, и из коммутационных средств на каждую фазу, приводимых в действие исполнительными элементами, которые, в свою очередь, взаимодействуют с вращаемыми переключающим валом, концентричными кулачковыми дисками с торцовым контуром, отличающийся тем, что на переключающем валу (4) с возможностью осевого перемещения установлена переключающая вставка (5), несущая кулачковые диски (6, 7, 8, 9) для приведения в действие коммутационных средств, каждый кулачковый диск (6, 7, 8, 9) разделен на верхний и нижний частичные кулачковые диски (6.1, 7.1, 8.1. 9.1; 6.2, 7.2, 8.2. 9.2) с отличающимися друг от друга контурами, при этом переключающая вставка (5) в зависимости от направления вращения приводного вала имеет возможность перемещаться в верхнее или нижнее рабочее положение таким образом, что в верхнем рабочем положении переключающей вставки (5) все нижние частичные кулачковые диски (6.2, 7.2, 8.2. 9.2), а в нижнем рабочем положении переключающей вставки (5) все верхние частичные кулачковые диски (6.1, 7.1, 8.1. 9.1) взаимодействуют с исполнительными элементами (11.1, 11.2; 12.1, 12.2; 13.1, 13.2, 13.3; 14.1, 14.2, 14.3), приводя в действие коммутационные средства.

2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что переключающая вставка (5) связана с геометрическим замыканием посредством соединительного звена (3) с прорезью (2.4) в заводных салазках (2.2) аккумулятора (2) энергии таким образом, что при движении заводных салазок (2.2) переключающая вставка (5) в зависимости от направления этого движения перемещается аксиально вверх или вниз и занимает верхнее или нижнее рабочее положение.

3. Переключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что коммутационные средства состоят на каждую фазу, по меньшей мере, из двух вакуумных разрядников (11, 12) и, по меньшей мере, двух механических контактов (13, 14).

4. Переключатель по п. 3, отличающийся тем, что каждый исполнительный элемент для приведения в действие вакуумных выключателей (11, 12) состоит из взаимодействующего с силовым замыканием с соответствующим частичным кулачковым диском (6.1, 6,2; 7.1, 7.2) исполнительного ролика (11.1, 12.1) и соединенного с ним коленчатого рычага (11.2, 12.2).

5. Переключатель по п.3 или 4, отличающийся тем, что каждый исполнительный элемент для приведения в действие механических контактов (13, 14) состоит из первого и второго роликов (13.1, 13.2; 14.1, 14.2), взаимодействующих с силовым замыканием с соответствующим частичным кулачковым диском, и подпружиненного коленчатого рычага (13.3, 14.3) таким образом, что в зависимости от нажима на первый (13.1, 14.1) или второй (13.2, 14.2) ролик соответствующий механический контакт (13, 14) переключается возвратно-поступательно между двумя установившимися состояниями.

6. Переключатель по п.5, отличающийся тем, что все первые ролики (13.1, 14.1) и все вторые ролики (13.2, 14.2) взаимодействуют каждый с одним и тем же частичным кулачковым диском.

7. Переключатель по пп.3 - 6, отличающийся тем, что механические контакты (13, 14) выполнены в виде двухполюсных коммутационных контактов.

8. Переключатель по одному из пп.3 - 7, отличающийся тем, что предусмотрены дополнительные главные контакты длительного включения, пропускающие в установившемся состоянии длительный ток и приводимые в действие переключающим валом (4).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7