КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С КОРПУСОМ И СМЕННЫМ КОММУТАЦИОННЫМ МОДУЛЕМ
SWITCHING DEVICE HAVING HOUSING AND EXCHANGEABLE SWITCHING MODULE

Изобретение относится к коммутационному устройству, в частности к переключателю ступеней нагрузки, содержащему корпус и по меньшей мере один сменный коммутационный модуль.
Из уровня техники известны переключатели ступеней нагрузки, в которых для переключения с одного вывода обмотки на соседний вывод обмотки используются механические переключательные контакты, которые расположены в масле или в вакууме. Однако в новых переключателях ступеней нагрузки применяются полупроводниковые коммутационные элементы для этих переключений. Как техническое обслуживание, так и ремонт таких полупроводниковых коммутационных элементов являются дорогими, требующими много времени и сложными.
На этом фоне задачей изобретения является создание коммутационного устройства, которое обеспечивает простое, дешевое и быстрое техническое обслуживание.
Эта задача решена с помощью коммутационного устройства, согласно независимому пункту формулы изобретения. При этом признаки зависимых пунктов формулы изобретения образуют предпочтительные модификации изобретения.
Согласно изобретению, предлагается коммутационное устройство, в частности переключатель ступеней нагрузки, содержащее:
- корпус;
- по меньшей мере один сменный коммутационный модуль;
- по меньшей мере один неподвижный контакт, который расположен внутри корпуса;
- по меньшей мере одну направляющую планку, которая расположена внутри корпуса, при этом
- каждый коммутационный модуль имеет по меньшей мере один подвижный контакт, который может быть разъемно соединен по меньшей мере с одним из неподвижных контактов;
- коммутационный модуль имеет по меньшей мере одну распределительную пластину, которая подвижно соединена по меньшей мере с одной из направляющих планок.
Коммутационное устройство, согласно изобретению, со сменными коммутационными модулями обеспечивает особенно много преимуществ. Это коммутационное устройство является компактным, требует тем самым мало конструктивного пространства и тем самым особенно просто транспортируется перед вводом в действие. Кроме того, за счет этой компактности требуется значительно меньше изолирующих, соответственно, охлаждающих средств.
Возможность замены по отдельности коммутационных модулей экономит не только стоимость, но также и время. За счет разъемного расположения можно просто вытягивать коммутационные модули из корпуса и заменять новыми.
Коммутационное устройство может быть выполнено любым образом, например, в виде переключателя ступеней нагрузки для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения в диапазоне низкого, среднего и высокого напряжения, а также в виде переключателя ступеней для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения в энергетических сетях или при применениях в плавильных печах.
Каждый неподвижный контакт и каждый подвижный контакт могут быть выполнены произвольно и состоять, например, из одной или нескольких частей, и могут быть закреплены непосредственно в корпусе или на отдельной стенке, соответственно, непосредственно на коммутационном модуле. Кроме того, каждый неподвижный контакт и каждый подвижный контакт могут иметь на лежащей внутри стороне несколько расположенных друг над другом, пружинно установленных контактных пальцев. Каждый неподвижный контакт выполнен в соответствии с согласованным подвижным контактом и обеспечивает электрически проводящее соединение с силовым замыканием и с геометрическим замыканием между обоими контактами.
Подвижное соединение между корпусом и коммутационным модулем может быть выполнено различным образом, например, посредством трения между распределительной пластиной и направляющей планкой, или с помощью роликов на коммутационном модуле или на корпусе.
Корпус может быть выполнен любым образом, например, в виде бака, который состоит из металла или пластмассы.
Может быть предусмотрено, что каждый неподвижный контакт имеет первый конец и второй конец, и первый конец расположен внутри корпуса, а второй конец расположен снаружи корпуса.
Может быть предусмотрено, что коммутационный модуль имеет по меньшей мере одну стяжную колонну, по меньшей мере одну верхнюю и по меньшей мере одну нижнюю стяжную пластину и по меньшей мере одну колонну коммутационного модуля.
Каждая стяжная колонна может быть выполнена любым образом, например, из усиленной стекловолокном пластмассы, пластмассы или другого изолирующего материала.
Может быть предусмотрено, что колонна коммутационного модуля имеет по меньшей мере один коммутационный элемент и по меньшей мере одну охлаждающую коробку.
Каждый коммутационный элемент колонны коммутационного модуля может быть выполнен любым образом и иметь, например, по меньшей мере одну полупроводниковую дисковую ячейку, которая имеет, в частности, по меньшей мере один тиристор и/или по меньшей мере один IGBT. Кроме того, коммутационные элементы могут быть включены параллельно или последовательно друг с другом.
Может быть предусмотрено, что
- коммутационный модуль имеет верхнюю распределительную пластину,
- подвижный контакт расположен на контактной доске, и
- при этом подвижный контакт электрически проводящим образом соединен с колонной коммутационного модуля.
Распределительная пластина может быть выполнена любым образом и состоять, например, из армированной стекловолокном пластмассы, пластмассы или другого изолирующего материала.
Может быть предусмотрено, что
- каждый подвижный контакт имеет лежащие противоположно контактные пальцы, которые установлены пружинно и при вхождении в контакт с первым концом неподвижного контакта образуют с неподвижным контактом соединение с силовым замыканием.
Может быть предусмотрено, что между каждой колонной коммутационного модуля и верхней стяжной пластиной расположен блок распределения давления.
Может быть предусмотрено, что
- блок распределения давления имеет фланец и резьбу;
- в верхней стяжной пластине расположена опора для тарельчатой пружины;
- между фланцем и опорой тарельчатой пружины расположены тарельчатые пружины, и
- через тарельчатые пружины прикладывается сила к блоку распределения давления и тем самым к колонне коммутационного модуля.
Может быть предусмотрено, что на нижней стороне первой распределительной пластины расположена по меньшей мере одна планка скольжения.
Каждая планка скольжения может быть выполнена любым образом и состоять, например, из тефлона или другого материала, который имеет небольшой коэффициент трения.
Может быть предусмотрено, что
- коммутационное устройство выполнено в виде переключателя ступеней нагрузки и предназначено для подключения или отключения обмоток регулировочной обмотки ступенчатого трансформатора под нагрузкой.
Ниже приводится более подробное описание изобретения и его преимуществ со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - коммутационное устройство со сменным коммутационным модулем;
фиг. 2 - разрез коммутационного устройства с коммутационным модулем;
фиг. 3 - коммутационное устройство с наполовину вдвинутым коммутационным модулем;
фиг. 4а - неподвижный контакт и подвижный контакт, в увеличенном масштабе;
фиг. 4b - неподвижный контакт и подвижный контакт, в увеличенном масштабе;
фиг. 5 - коммутационное устройство с тремя сменными коммутационными модулями;
фиг. 6 - стяжной блок коммутационного устройства.
Одинаковые или одинаково действующие элементы изобретения обозначены одинаковыми позициями. Кроме того, для наглядности на отдельных фигурах показаны лишь позиции, которые требуются для описания соответствующей фигуры. Показанные варианты выполнения являются лишь примерами возможного выполнения коммутационного устройства, согласно изобретению, со сменным коммутационным модулем, и поэтому не являются ограничением изобретения.
На фиг. 1 показано внутреннее пространство коммутационного устройства 1, согласно изобретению, в частности переключателя ступенчатой нагрузки, со сменным коммутационным модулем 3. Коммутационный модуль 3 имеет коммутационные элементы 18, которые служат для переключения с одного вывода обмотки на другой вывод обмотки регулировочной обмотки ступенчатого трансформатора. Коммутационные элементы 18 выполнены в виде полупроводниковых дисковых ячеек, например, тиристоров, IGBT и т.д. Между коммутационными элементами 18 расположены охлаждающие коробки 19, которые соединены с ними термически, механически и электрически проводящим образом. Расположенные попеременно коммутационные элементы 18 и охлаждающие коробки 19 образуют колонну 36 коммутационного модуля, из которых каждый коммутационный модуль 3 может иметь четыре колонны. Колонны 36 коммутационного модуля расположены между верхней стяжной пластиной 15 и нижней стяжной пластиной 16. Кроме того, между стяжными пластинами 15, 16 расположены восемь стяжных колонн 13. Охлаждающие коробки 19 имеют внутри охлаждающие каналы (не изображены здесь), которые через трубопроводы 14 гидравлически соединены друг с другом и с выполненными полыми стяжными колоннами 13. Над верхней стяжной пластиной 15 расположена верхняя распределительная пластина 50, а под нижней стяжной пластиной 16 расположена нижняя распределительная пластина 51.
Коммутационные элементы могут быть соединены, с одной стороны, друг с другом параллельно или последовательно и, с другой стороны, с задней стороной 101 подвижных контактов 10. Кроме того, подвижные контакты 10 расположены в контактной доске 11. В показанном здесь варианте выполнения в контактной доске 11 установлены восемь подвижных контактов 10 рядом друг с другом, соответственно, друг над другом. Передняя сторона 102 каждого отдельного подвижного контакта 10 состоит из нескольких расположенных друг над другом и рядом друг с другом контактных пальцев 12, которые установлены пружинно так, что каждые два контактных пальца 12 прикладывают в противоположном направлении силу (см. фиг. 4а и 4b).
Корпус 2 имеет на задней стенке 26 несколько неподвижных контактов 20, которые проходят изнутри наружу. При этом первые концы 21 неподвижных контактов 20 расположены внутри, а их вторые концы - снаружи корпуса 2. Внутри корпуса 2 на дне 27 закреплены направляющие планки 25. Передняя сторона 28 корпуса 2 открыта, и предусмотрено ее закрывание с помощью крышки 29. Вторые концы 22 неподвижных контактов 20 соединены с не изображенной здесь регулировочной обмоткой, с различными выводами обмотки ступенчатого трансформатора. Внутрь корпуса 2 введен сложный эфир для охлаждения изоляции.
На фиг. 2 показано коммутационное устройство 1 в разрезе. Коммутационный модуль 3 находится внутри корпуса 2. При этом коммутационный модуль 3 лежит на направляющей планке 25 и с помощью фиксирующих средств 30 удерживается над нижней распределительной пластиной 51. Контактные пальцы 12 подвижных контактов 10 механически и электрически проводящим образом соединены с первыми концами 21 неподвижных контактов 20, т.е. включены. За счет этого механического соединения обеспечивается всегда электрически проводящее соединение между подвижными контактами 10 и неподвижными контактами 20, т.е. между выводами регулировочной обмотки ступенчатого трансформатора и коммутационными элементами 18 переключателя ступеней нагрузки.
Для соединения подвижных контактов 10 с неподвижными контактами 20, т.е. при вставлении коммутационного модуля 3, применяется первая резьбовая штанга 40. Первая резьбовая штанга 40 лежит, с одной стороны, на первой контропоре 41 на передней стороне 28 и, с другой стороны, направляется в первой подвижной опоре 42 в контактной доске 11 коммутационного модуля 3. За счет вращения первой резьбовой штанги 40 коммутационный модуль 3 отдавливается в направлении задней стенки 26. Подвижные контакты 10 надавливаются на неподвижные контакты 20. При этом первая контропора 41 расположена в распорке 49 корпуса 2.
Для отделения подвижных контактов 10 от неподвижных контактов 20, т.е. при извлечении коммутационного модуля 3, применяется вторая резьбовая штанга 43. Вторая резьбовая штанга 43 направляется, с одной стороны, во второй подвижной опоре 45 на передней стороне 28 и, с другой стороны, лежит на второй контропоре 44 в контактной доске 11 коммутационного модуля 3. За счет вращения второй резьбовой штанги 43 коммутационный модуль 3 вытягивается в направлении передней стороны 28. Подвижные контакты 10 вытягиваются из неподвижных контактов 20. При этом вторая опора 45 расположена в распорке 49 корпуса 2. Первая и вторая резьбовые штанги 40, 43 можно удалять после введения, соответственно, после извлечения из коммутационного устройства 1.
На фиг. 3 показано коммутационное устройство 1, в котором коммутационный модуль 3 наполовину вдвинут в корпус 2. При этом коммутационный модуль 3 скользит на нижней распределительной пластине 51 на направляющих планках 25 наружу или внутрь. Для уменьшения трения между нижней распределительной пластиной 51 и направляющей планкой 25, на нижней стороне 53 нижней распределительной пластины 51 расположена по меньшей мере одна планка 55 скольжения. Она предпочтительно выполнена из тефлона или другого уменьшающего трение материала. После вытягивания коммутационного модуля 3 он может надвигаться на транспортировочную тележку 60, выполненную здесь в виде монтажной тележки. При вставлении коммутационного модуля 3 его можно также просто вдвигать с монтажной тележки 60 по направляющей планке 25 в соединении с планкой 55 скольжения внутрь корпуса 2.
На фиг. 4а показаны в увеличенном масштабе два подвижных контакта 10 коммутационного модуля 3 и неподвижные контакты 20, которые закреплены на задней стенке 26 корпуса 2, в не соединенном, соответственно, не включенном состоянии. При вдвигании коммутационного модуля 3 контактные пальцы 12 на передней стороне 102 подвижного контакта 10 надвигаются на неподвижный контакт 20 и на основании пружинной опоры раздвигаются. За счет этого механического соединения всегда обеспечивается электрически проводящее соединение между подвижными контактами 10 и неподвижными контактами 20.
На фиг. 4b показаны в увеличенном масштабе подвижные контакты 10 и неподвижные контакты 20 во включенном состоянии. При этом возникает соединение с силовым замыканием и с геометрическим замыканием между каждым неподвижным контактом 20 и подвижным контактом 10.
На фиг. 5 показано коммутационное устройство 1 с тремя сменными коммутационными модулями 3, 3', 3ʺ, которые согласованы по меньшей мере с одной регулировочной обмоткой одной фазы ступенчатого трансформатора. Один из коммутационных модулей 3 расположен снаружи корпуса 2 на транспортировочной тележке 60. На нижней распределительной пластине 51 расположена рукоятка 54, с помощью которой облегчается вытягивание коммутационного модуля 3.
На фиг. 6 показан детально коммутационный модуль 3. Для обеспечения возможности фиксации колонн 36 коммутационного модуля в коммутационном модуле 3, между самой верхней охлаждающей коробкой 19 и верхней стяжной пластиной 15 установлен блок 70 распределения давления. Блок 70 распределения давления имеет в обращенной к охлаждающей коробке 19 зоне фланец 71. Верхняя зона блока 70 распределения давления имеет резьбу 72, на верхнем конце которой расположена гайка 74. Между фланцем 71 и гайкой 74 расположены тарельчатые пружины 73 и опора 75 тарельчатой пружины. Блок 70 распределения давления заранее устанавливается под прессом на заданную, необходимую для коммутационного модуля 3 силу сжатия. Тарельчатые пружины 73 при стягивании через опору 75 тарельчатой пружины прижимаются к фланцу 71 и закрепляются с помощью гайки 74. Блок 70 распределения давления ввинчивается над опорой 75 тарельчатой пружины в стяжную пластину 15, пока блок 70 распределения давления не будет прилегать в самой верхней охлаждающей коробке колонны 36 коммутационного модуля. Затем блок 70 распределения давления закрепляется и защищается от проворачивания. За счет ослабления гайки 74 на колонну 36 коммутационного модуля передается заданное натяжение тарельчатых пружин 73.
Поскольку каждая колонна 36 коммутационного модуля стягивается с помощью отдельного блока 70 распределения давления, то обе колонны 36 коммутационного модуля механически развязаны друг с другом, и тем самым могут быть компенсированы различия по высоте.
В одном не изображенном варианте выполнения опора 75 тарельчатой пружины может иметь больший диаметр, чем тарельчатые пружины 73 и фланец 71 блока 70 распределения давления. В случае технического обслуживания блок 70 распределения давления можно вывинчивать вверх из верхней стяжной пластины 15, и тем самым можно снимать силу натяжения с колонн 36 коммутационного модуля. Таким образом, можно заменять отдельные коммутационные элементы 18, без необходимости полной разборки всего коммутационного модуля 3.
Перечень позиций
1 Коммутационное устройство
2 Корпус
3 Коммутационный модуль
10 Подвижный контакт
101 Задняя сторона
102 Передняя сторона
11 Контактная доска
12 Контактный палец
13 Стяжная колонна
14 Трубопровод
15 Верхняя стяжная пластина
16 Нижняя стяжная пластина
18 Коммутационный элемент
19 Охлаждающая коробка
20 Неподвижный контакт
21 Первый конец
22 Второй конец
25 Направляющая планка
26 Задняя стенка
27 Дно
28 Передняя сторона
29 Крышка
30 Фиксирующее средство
36 Колонна коммутационного модуля
40 Первая резьбовая штанга
41 Первая контропора
42 Первая подвижная опора
43 Вторая резьбовая штанга
44 Вторая контропора
45 Вторая подвижная опора
49 Распорка
50 Верхняя распределительная пластина
51 Нижняя распределительная пластина
53 Нижняя сторона
54 Рукоятка
55 Планка скольжения
60 Транспортировочная тележка
70 Блок распределения давления
71 Фланец
73 Тарельчатые пружины
74 Гайка
75 Опора тарельчатой пружины.