Электрический коммутационный аппарат
Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным аппаратам: разъединителям, силовым выключателям нагрузки, переключателям высокого и низкого напряжения с рубящим принципом движения подвижного контакта. Электрический коммутационный аппарат, состоящий из одного или нескольких полюсов, тонкостеннопрофильная токоведущая система каждого полюса которых рубящего типа с размыкаемым и осевым неподвижными контактами в виде спаренных между собой уголков, одновременно являющимися контактными выводами аппарата, и их тонкостенными держателями, укреплена на опорных изоляторах, установленных на заземленном основании, содержит подвижный контакт, выполненный из желобообразных контакт-деталей, расположенных со своими контактными пружинами, шпильками, стягивающими контактные пружины, и нажимными гайками, с помощью приводных осей попарно, по крайней мере, в один ярус на приводной ферромагнитной пластине, ось вращения которой закреплена на тонких стенках контактодержателя токоведущих уголков осевого неподвижного контакта. Профилю желобообразных контактодержателей подвижного контакта придана замкнутая плоскоовальная форма сечения с расположением рабочих контактирующих поверхностей на плоских поверхностях профиля со сторон, примыкающих к неподвижным контактам, контактные пружины размещены внутри замкнутого плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта. Шпильки (болты), стягивающие контактные пружины и соответственно контакт-детали подвижного контакта содержат надетые на них нажимные скользящие цилиндрики, расположенные на внешних концах этих шпилек свободно между самими шпильками и внешними стенками плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта и нажимной гайки, причем приводные оси каждой пары контакт-деталей подвижного контакта жестко и перпендикулярно закреплены на приводной ферромагнитной пластине. Технический результат – повышение износостойкости при неоднократном оперировании в эксплуатации. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным аппаратам: к разъединителям, в том числе фигурным, силовым выключателям нагрузки, переключателям высокого и низкого напряжения с рубящим принципом движения подвижного контакта, в том числе снабженным ножами заземления.
Известны коммутационные аппараты, состоящие из одного или нескольких полюсов, контакт-детали токоведущих систем которых выполнены из тонкостенных жестких профилей. К ним относятся, например, отечественная серия разъединителей внутренней установки на номинальные напряжения от 10 до 35 кВ, номинальные токи от 2000 до 8000 А, которые уже десятки лет выпускаются в России, Польше и Китае (авт. свид. СССР №113671).
При всех технических, технологических и экономических достоинствах тонкостеннопрофильных токоведущих систем к их недостаткам можно отнести конструктивные трудности передачи приводных усилий к подвижным контакт-деталям, обусловленные именно их тонкостенностью ( патент РФ №2137239).
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран электрический коммутационный аппарат по патенту РФ №2137239, на базе которого в настоящее время подготавливаются к производству разъединители для внутренней и наружной установки на различные параметры и другие, отмеченные выше, исполнения коммутационных аппаратов.
Неподвижные контакт-детали прототипа выполнены в форме тонкостенных, спаренных между собой уголков, одни из стенок которых расположены параллельно друг другу и параллельно осевой плоскости каждого полюса аппарата, а другие развернуты во внешние стороны; подвижные контакт-детали выполнены желобообразной формы с незамкнутой, раскрытой их внутренней стороной, расположенные с помощью приводных систем попарно на приводной ферромагнитной пластине в один или более ярусов.
Недостатком выбранного прототипа является односторонняя боковая опираемость каждой подвижной контакт-детали желобообразной формы сечения своей закрытой стороной на ее приводную ось, что создает боковые смещения прилагаемых при оперировании приводных усилий относительно центра тяжести каждой подвижной контакт-детали и, соответственно, к перекосам нагрузок и преждевременному ее износу при неоднократном оперировании в эксплуатации.
Технической задачей, на решение которой направлено данное предлагаемое изобретение, является полное устранение возникающих при оперировании перекосов в работе контакт-деталей подвижного контакта полюса, их преждевременному износу и выходу из строя.
Решение этой задачи касается электрического коммутационного аппарата, состоящего из одного или нескольких полюсов, тонкостеннопрофильная токоведущая система каждого полюса которых рубящего типа с размыкаемым и осевым неподвижными контактами в виде спаренных между собой уголков, одновременно являющимися контактными выводами аппарата, и их тонкостенными держателями, укреплена на опорных изоляторах, установленных на основании, содержит подвижный контакт, выполненный из желобообразных контакт-деталей, расположенных со своими контактными пружинами, шпильками или болтами, стягивающими контактные пружины, и нажимными гайками, с помощью приводных осей попарно, по крайней мере, в один ярус на приводной ферромагнитной пластине, ось вращения которой закреплена на тонких стенках контактодержателя токоведущих уголков осевого неподвижного контакта. Для решения поставленной задачи профилю желобообразных контактодержателей подвижного контакта придана замкнутая плоскоовальная форма сечения с расположением рабочих контактирующих поверхностей на плоских поверхностях профиля со сторон, примыкающих к неподвижным контактам, контактные пружины размещены внутри замкнутого плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта. Шпильки или болты, стягивающие контактные пружины и соответственно контакт-детали подвижного контакта, содержат надетые на них нажимные скользящие цилиндрики, расположенные на внешних концах этих шпилек или болтов свободно между самими шпильками и внешними стенками плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта и нажимной гайки, причем приводные оси каждой пары контакт-деталей подвижного контакта жестко и перпендикулярно закреплены на приводной ферромагнитной пластине. Приводная ось каждой пары контакт-деталей подвижного контакта может быть составлена из двух элементов, стягивающих с помощью внутренней резьбы с обеих сторон приводную ферромагнитную пластину, причем приводная ось каждой пары контакт-деталей подвижного контакта может быть конструктивно совмещена со шпильками или болтами, стягивающими контактные пружины.
Один или оба опорных изолятора могут быть выполнены полыми проходными с размещенными внутри них трубчатыми дополнительными выводами неподвижных контактов, причем сплющенные со стороны неподвижных контактов токоведущей системы аппарата концы этих трубчатых контактных выводов выполняют одновременно роль держателей неподвижных контактов, образуя вариант электрического коммутационного аппарата, традиционно называемого фигурным разъединителем.
Осевой неподвижный контакт выполнен в виде двухстороннего осевого контакта с контактным выводом в его центре, дополнительно введены и зеркально установлены подвижный и неподвижный контакты, сформирован вариант электрического коммутационного аппарата, называемого переключателем.
Опорные изоляторы и основание выполнены в виде общей опорной изоляционной плиты, образуя варианты коммутационных аппаратов, называемых низковольтными разъединителями, выключателями или выключателями нагрузки.
По крайней мере один опорный изолятор может быть выполнен в виде ограничителя перенапряжений.
Каждый полюс аппарата может содержать две одинаковые параллельно работающие токоведущие системы, неподвижные контакты которых установлены на общих соединительных токоведущих опорных пластинах с размещенными между ними неподвижными контактами ножей заземления.
На шпильках или болтах, стягивающих контактные пружины подвижного контакта с их внешних сторон может быть укреплен щиток, защищающий токоведущую систему полюса аппарата от воздействия внешней среды, образуя вариант электрического коммутационного аппарата для наружной установки.
Контакт-детали цепи заземления могут быть соединены с основанием через скользящие контактные соединения.
В центральных зонах плоских контактирующих поверхностей подвижных или неподвижных контакт-деталей выполнены местные выпуклости сферической формы.
Мне неизвестны электрические коммутационные аппараты с изложенными отличительными признаками.
Выполнение подвижных контактов ножей разъединителя, равно как и подвижных контактов ножей заземления, из тонкостеннопрофильных с замкнутой плоскоовальной формой сечения полых контакт-деталей обеспечивает их механическую прочность, малый коэффициент добавочных потерь, унификацию и экономное использование меди, стабильность и простоту технологического процесса изготовления. В сочетании с введенными в эти контакт-детали выпуклостями сферической формы в центре рабочих поверхностей контактирования и эффективным взаимодействием с ферромагнитными элементами при сквозных токах короткого замыкания достигается высокая электродинамическая и термическая стойкость создаваемых на этой основе различного назначения коммутационных аппаратов: высоковольтных опорных и фигурных разъединителей переменного и постоянного токов, высоковольтных и низковольтных коммутационных аппаратов, переключателей и выключателей нагрузки. Прямые испытания лабораторных и опытных образцов аппаратов этих конструктивных исполнений на электродинамическую и термическую стойкость подтвердили их высокие параметры и явные преимущества по сравнению с выпускаемыми в настоящее время аппаратами по техническим и экономическим показателям.
Расположение пластинчатых контактных пружин рессорного типа внутри контакт-деталей с замкнутым желобообразным профилем, передача контактных нажатий через нажимные скользящие цилиндрики создает необходимую защищенность этих механизмов от внешних, в том числе природных воздействий.
Введение защитных щитков, отказ от применения гибких связей и переход на скользящие контактные соединения в цепях заземления позволяет создавать с использованием изложенных особенностей аппараты и для наружной установки.
Жесткое стягивание приводной ферромагнитной пластины приводной осью, составленной из двух элементов, создает стабильность и одновременность движения подвижных контакт-деталей, отсутствие в них перекосов и долговечность их работы в конечном итоге.
Замещение опорных изоляторов ограничителями перенапряжений повышает их общую экономичность.
Применение параллельно работающих токоведущих систем позволяет увеличивать параметры аппаратов при их относительно небольших габаритах.
В формуле изобретения предложенного электрического коммутационного аппарата пп.1, 2, 7, 8 являются новыми, пп.3, 4, 5 и 6 являются новыми лишь частично, применительно к новизне п.1, а п.10 повторяет аналогичный пункт в прототипе изобретения.
На фиг.1 и 2 изображены две проекции электрического коммутационного аппарата применительно к высоковольтному разъединителю внутренней установки с рубящим движением подвижного контакта разъединителя. На фиг.3 в увеличенном масштабе показано сечение по Б-Б (см. фиг.1) подвижного контакта разъединителя и одновременно сечение неподвижного осевого контакта по его оси. На фиг.4 также в увеличенном масштабе показано сечение по В-В ножа разъединителя (см. фиг.1) по его приводной оси относительно неподвижного осевого контакта. На фиг.5 показан электрический коммутационный аппарат для наружной установки. На фиг.6 показан разрез по Г-Г (см. фиг.2).
Тонкостеннопрофильная токоведущая система одного полюса разъединителя монтируется на двух опорных изоляторах 1, установленных на основании 2. Размыкаемый неподвижный контакт 3 и осевой неподвижный контакт 4 токоведущей системы выполнены в форме тонкостенных спаренных уголков, параллельные стороны которых 5 и 6 расположены параллельно осевой плоскости полюса разъединителя, и являются одновременно контактными выводами аппарата, а другие стороны этих уголков развернуты во внешние стороны и имеют отбортовки 7 и соответственно 8, которые являются одновременно неподвижными размыкаемыми контактами ножей заземления аппарата.
В приведенном исполнении коммутационного аппарата параллельные стороны 5 и 6 уголков на краях своей верхней части соединены между собой, т.е. являются продолжением друг друга.
Между параллельными сторонами уголков 5 и 6 расположены тонкие стенки 9 и 10 стальных контактодержателей. На этих стенках 9 и 10 в осевом неподвижном контакте 4 закреплена ось вращения 11 всего подвижного контакта. Непосредственно на оси 11 шарнирно установлена приводная ферромагнитная пластина 12. Контакт-детали подвижного контакта 13 и 14 имеют замкнутую желобообразную плоскоовальную форму сечения. Плоские опорные основания этой формы являются контактирующими поверхностями подвижных контакт-деталей. В центральных зонах этих поверхностей имеются местные выпуклости 15 сферической формы, которые непосредственно контактируют с плоскими поверхностями параллельных сторон 5 и 6 размыкаемого и осевого неподвижных контакт-деталей. Контактное нажатие от пружины 16 передается на основание выпуклостей 15 и через них непосредственно на неподвижные контакты 3 и 4 токоведущей системы, образуя контактные соединения типа сфера-плоскость с упругой деформацией выпуклостей и соответственно с увеличенными поверхностями эффективных площадок контактирования. В приведенном исполнении электрического коммутационного аппарата-разъединителя контактное нажатие создается двумя пружинами 16 в каждой контакт-детали 13 и 14 подвижного контакта, установленными с помощью шпилек или болтов 17 и 18, цилиндриков 19 и гаек 20.
Ферромагнитная приводная пластина 12 подвижного контакта, пружины 16 и стальные контактодержатели 9 и 10 образуют своеобразный эффективный магнитный замок, который во взаимодействии с электродинамическими усилиями, возникающими между самими контакт-деталями 13 и 14 подвижного контакта и приводной ферромагнитной пластины 12, резко повышают контактные нажатия в режиме прохождения сквозного тока короткого замыкания.
Приводная ось состоит из двух элементов 21 и 22 (см. фиг 4), жестко стягивающих между собой с помощью внутренней резьбы ферромагнитную приводную пластину 12. В случае достаточности одной пружины ее крепящая ось совмещается с элементами приводной осью 21 и 22 посредством дополнительного вскрытия отверстия 23 в элементе 22 на всю длину приводной оси и введением в это отверстие крепящей оси, аналогичной осям 17 и 18.
На фиг.5 показан вариант разъединителя для наружной установки, содержащий укрепленный на шпильках или болтах 17 и 18 щиток 24, защищающий токоведущую систему полюса аппарата от воздействия внешней среды.
На фиг.6 показан разрез по Г-Г (см. фиг.2), отражающий скользящее контактное соединение цепи заземления между токоведущей скобой 25, соединяющей промежуточные контакты 26 с валом заземления 27, и скользящее соединение 28, соединяющее с другой стороны промежуточные контакты 26 с токоведущей скобой 29, выполняющей одновременно функцию контактного вывода цепи заземления.
При отключении разъединителя усилие от привода передается через приводной рычаг 30, вал разъединителя 31, изоляционную тягу 32, приводную ось, приводную ферромагнитную пластину 12 к контакт-деталям подвижного контакта разъединителя.
В отключенном положении обеспечиваются необходимые, указанные на фиг.1, воздушные изоляционные промежутки.
После отключения подвижного контакта разъединителя продольно перемещающиеся ползуны 33 и 34 передвигаются в сторону вала 31 разъединителя, относительно блокирующих обойм 35 и 36, открывая возможность их повороту и соответственно включению ножей заземления 37 и 38 через валы заземления 27 и 39 от их приводов через приводные рычаги валов заземления.
1. Электрический коммутационный аппарат, в том числе с ножами заземления, состоящий из одного или нескольких полюсов, тонкостенно-профильная токоведущая система каждого полюса которых рубящего типа с размыкаемым и осевым неподвижными контактами в виде спаренных между собой уголков, одновременно являющимися контактными выводами аппарата и их тонкостенными держателями, укреплена на опорных изоляторах, установленных на основании, содержит подвижный контакт, выполненный из желобообразных контакт-деталей, расположенных со своими контактными пружинами, шпильками, стягивающими контактные пружины, и нажимными гайками, с помощью приводных осей попарно, по крайней мере, в один ярус на приводной ферромагнитной пластине, ось вращения которой закреплена на тонких стенках контактодержателя токоведущих уголков осевого неподвижного контакта, отличающийся тем, что профилю желобообразных контакт-деталей подвижного контакта придана замкнутая плоскоовальная форма сечения с расположением рабочих контактирующих поверхностей на плоских поверхностях профиля со сторон, примыкающих к неподвижным контактам, контактные пружины размещены внутри замкнутого плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта; шпильки или болты, стягивающие контактные пружины и соответственно контакт-детали подвижного контакта, содержат одетые на них нажимные скользящие цилиндрики, расположенные на внешних концах этих шпилек или болтов свободно между самими шпильками и внешними стенками плоскоовального профиля желобообразных контакт-деталей подвижного контакта, и нажимные гайки, причем приводные оси каждой пары контакт-деталей подвижного контакта жестко и перпендикулярно закреплены на приводной ферромагнитной пластине.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что приводная ось каждой пары контакт-деталей подвижного контакта составлена из двух элементов, стягивающих с помощью внутренней резьбы с обеих сторон приводную ферромагнитную пластину, причем приводная ось каждой пары контакт-деталей подвижного контакта может быть конструктивно совмещена со шпильками, стягивающими контактные пружины.
3. Аппарат по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что один или оба опорных изолятора выполнены полыми проходными с размещенными внутри них трубчатыми дополнительными контактными выводами неподвижных контактов, причем сплющенные со стороны неподвижных контактов токоведущей системы аппарата концы этих трубчатых контактных выводов выполняют одновременно роль держателей неподвижных контактов, образуя вариант электрического коммутационного аппарата, традиционно называемого фигурным разъединителем.
4. Аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что осевой неподвижный контакт выполнен в виде двухстороннего осевого контакта с контактным выводом в его центре, дополнительно введенных и зеркально установленных подвижным и неподвижным контактов, сформирован вариант электрического коммутационного аппарата, называемого переключателем.
5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что опорные изоляторы и основание выполнены в виде общей опорной изоляционной плиты, образуя варианты коммутационных аппаратов, называемых низковольтными разъединителями, выключателями или выключателями нагрузки.
6. Аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что по крайней мере один опорный изолятор выполнен в виде ограничителя перенапряжений.
7. Аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что каждый его полюс содержит две одинаковые, параллельно работающие токоведущие системы, неподвижные контакты которых установлены на общих соединительных токоведущих опорных пластинах с размещенными между ними неподвижными контактами ножей заземления.
8. Аппарат по любому из пп.1-4, 6-7, отличающийся тем, что на шпильках, стягивающих контактные пружины подвижного контакта, с их внешних сторон укреплен щиток, защищающий токоведущую систему полюса аппарата от воздействия внешней среды, образуя вариант электрического коммутационного аппарата для наружной установки.
9. Аппарат по любому из пп.1-4 и 6-8, отличающийся тем, что контакт-детали цепи заземления соединены с заземленным основанием через скользящие контактные соединения.
10. Аппарат по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в центральных зонах плоских контактирующих поверхностей контакт-деталей подвижных контактов или неподвижных контактов с контактными выводами выполнены местные выпуклости сферической формы.
