ПРУЖИННЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к пружинным приводам высоковольтных выключателей.
Известен пружинный привод высоковольтного выключателя нагрузки (RU №2130212 от 10.05.1999, заявка №96115647 от 26.07.1996 Н 01 Н 33/76), выполненный в виде «перекидывающихся» через нулевое положение пружин, соединяющий ведущий элемент в виде двуплечего трубчатого рычага и ведомый элемент в виде вала с радиальным упором, между которыми имеется относительный свободный ход, и универсальный многопозиционный механизм управления.
К недостаткам этого технического решения относится отсутствие дистанционного управления высоковольтными выключателями, включение выключателя производится пружинами, которые заводятся вручную, длительность процесса отключения за счет последовательного отключения пружин через рычаг и тяги, за счет размыкания главных и дугогасительных контактов.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является пружинный привод (Афанасьев В.В., Якунин Э.Н. Приводы к выключателям и разъединителям высокого напряжения. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - стp.214).
Привод включает в себя пружины рабочие, механизм завода пружин, силовой механизм включения, устройства управления включением и отключением, подогревательное устройство.
Привод крепится к раме выключателя, предназначен только для включения выключателя. Отключение выключателя осуществляется энергией отключающих пружин, расположенных в механизме самого выключателя, и заводимых при его включении. Завод рабочих пружин привода производится
электродвигателем или вручную вращением рукоятки, надеваемой на конец вала. Время завода рабочих пружин привода не превышает 15 с. Привод рассчитан на выполнение только одной операции включения при полностью заведенных рабочих пружинах без их подзавода.
К недостаткам этого технического решения относится то, что привод рассчитан на выполнение только одной операции включения при полностью заведенных рабочих пружинах без их подзавода, отсутствие буфера отключения, длительность процесса отключения.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание пружинного привода, обладающего более высокой надежностью, быстродействием при отключении, стабильностью собственного времени отключения.
Это достигается благодаря новому приводному механизму сигнальных контактов, автоматике устройства элсктрообогрева шкафа привода, наличию неуправляемого «антиконденсатного» обогрева, удобству регулировки момента переключения используемых в цепях управления контактов, выполненных на базе контактных узлов БКМ (блокировочный контакт моментного переключения). Обслуживание привода облегчается благодаря увеличенной ширине шкафа и наличию донного люка.
Предлагаемый пружинный привод отличается несколько увеличенной потенциальной энергией. Привод обеспечивает динамическое включение выключателя, удержание его во включенном положении и отключение, точнее - освобождение подвижных частей выключателя для его отключения собственными пружинами. Кроме того, привод позволяет медленно оперировать контактами выключателя (включать и отключать его без каких-либо дополнительных приспособлений) в ходе его регулировки или проверки работы.
Приводы изготавливаются в климатических исполнениях и предназначены для работы в тех условиях, на которые рассчитаны управляемые ими выключатели.
Описание привода и его составных частей
Привод представляет собой обособленный агрегат, приспособленный для крепления к вертикальной стенке. На фигуре 1 представлена кинематическая схема пружинного привода, на фигуре 2 - его общий вид. Привод состоит из собственно привода и шкафа 16, в котором он размещен.
Собственно привод (фиг.2) включает в себя следующие основные конструктивно-функциональные узлы: плиту 44. корпус 9 механизма, пружины 46 рабочие, механизм 52 завода пружин, механизм (силовой) включения, устройства управления включением 54 и отключением 55,, устройство 56 автоматического отключения электродвигателя, буфер 5 гашения избыточной энергии включающих пружин - буфер "включения", сигнальные контакты с их приводным механизмом 20, панель 15 автоматического управления работой основного обогрева и сигнализации об опасном снижении температуры в шкафу, блоки клеммных зажимов для электрических цепей привода, а также блокировочные устройства 62.
В отличие от прототипа в предложенном приводе имеется буфер 53 гашения кинетической энергии подвижных частей выключателя в процессе отключения (буфер отключения).
Плита 44 несущая - это элемент собственно привода, соединяющий его со шкафом 16, а также служащий базой для установки некоторых элементов - блоков клеммных зажимов, панели автоматического управления работой основного подогрева, болтов заземления. В верхней части плиты имеется отверстие, предназначенное для тяги, соединяющей механизмы привода и выключателя.
Корпус 9 механизма - основа привода. На нем базируются все остальные составные части собственно привода, и посредством его осуществляется крепление привода к выключателю.
Корпус представляет собой две параллельные пластины-щеки, сваренные между собой (через распорки) и с третьей пластиной (основанием).
Рабочие пружины 46 или, точнее, включающие пружины привода - это его энергоноситель. В них аккумулируется энергия, передаваемая в процессе включения управляемому выключателю.
Верхние пружинодержатели представляют собой коромысла, приспособленные для соединения (посредством натяжных болтов) подвижной верхней траверсы 10 с пружинами. Нижние пружинодержатели 47 - штампованные пластины с элементами для соединения рабочих пружин с нижней траверсой 49, связанной посредством упоров 43 и серег 42 со щеками корпуса 9. Нижняя траверса неподвижна в процессе работы.
Механизм завода пружин состоит из электродвигателя 45, червячного редуктора 2, цепной передачи 1, кулака 40 и рычага 7. Механизм снабжен указателем 11 состояния пружин, приводимым в действие верхней траверсой рабочих пружин, жестко соединенной с рычагом 7.
Цепная передача включает в себя ведущую звездочку, ведомую звездочку 41 с нанесенной на ней стрелкой направления вращения при заводе пружин и соединяющую их втулочно-роликовую цепь. Ведомая звездочка 41 жестко соединена с валом 39, на котором установлен (также жестко) кулак 40. Вал опирается на два шариковых подшипника, установленных в щеках корпуса механизма.
Рычаг 7 относится как к механизму завода пружин, так и к силовому механизму включения. Его основу составляют две параллельные щеки, сваренные между собой с помощью нескольких распорок. Рычаг -трехплечий. На самом коротком его плече установлен ролик 35, взаимодействующий с кулаком завода пружин, а в щеках самого длинного плеча имеются отверстия для установки верхней траверсы. На этом же плече имеется взаимодействующий с буфером "включения" ролик 6, предназначенный для снижения радиальных нагрузок на шток буфера, и подпружиненный зуб 8 - для фиксации рычага в положении, соответствующем взведенному состоянию пружин. На третьем плече
установлен рычаг-сцепитель 31. Рычаг 7 установлен на оси 34 посредством двух шариковых подшипников, а сама ось (также на подшипниках) установлена в щеках корпуса механизма.
Механизм силовой включения размещен между щеками корпуса.
Его назначение - передача усилия рабочих пружин привода (при включении) механизму выключателя, согласование силовой характеристики пружин с силами сопротивления включению выключателя, а также обеспечение возможности беспрепятственного отключения выключателя в любой момент после его полного включения.
Механизм состоит из уже частично описанного выше ведущего рычага 7, рычага-сцепителя 31, ведомого рычага 19, серьги 28 и элементов, определяющих угол поворота ведомого рычага (или ход серьги).
Ось рычага-сцепителя 31 установлена в подшипниках скольжения. Назначение рычага-сцепителя - обеспечивать одностороннюю связь ведущего рычага с ведомым в процессе включения выключателя.
Ведомый рычаг 19 - двуплечий, литой, представляющий собой две параллельные щеки, соединенные двумя перемычками. Рычаг размещен между щек ведущего рычага 7 и установлен на оси последнего.
В отличие от прототипа, где отверстие рычага и ось выполнены гладкими, в предложенном приводе - эти элементы имеют шлицы для передачи крутящего момента от ведомого рычага - самой оси 34, (выполняющей здесь функцию вала) и далее - рычагу, передающему в конечном итоге движение шток-поршню буфера отключения.
Устройство (блок) управления включением установлено в верхней части корпуса механизма напротив передней двери шкафа.
Назначение устройства - фиксация ведущего рычага 7 в положении, соответствующем взведенному состоянию пружин, и освобождение его для выполнения операции включения выключателя.
Устройство состоит из включающего электромагнита (ЭВ) YA2, установленного с обеспечением вертикального расположения оси сердечника
на специальном кронштейне, собачки 13 и "промежуточного" рычага 18.
Кроме того, электромагнит имеет кнопку для ручного включения привода.
Катушка электромагнита - односекционная, состоит из каркаса, выполненного из термореактивного изоляционного материала, и обмотки, концы которой выведены на клеммные зажимы, установленные на кронштейне.
Устройство управления отключением установлено в передней верхней части корпуса механизма, под люком крыши шкафа привода.
Это устройство приводов принципиально отличается от устройства управления включением. С целью повышения быстродействия при выполнении операции отключения выключателя без увеличения потребляемой мощности электромагнитов YA1, УА3, в устройство введена третья ступень снижения усилия, действующего со стороны силового механизма привода (или отключающих пружин выключателя) на собачку 21, взаимодействующую с отключающим электромагнитом. Для этого рабочая (цилиндрическая) поверхность короткого плеча собачки выполнена эксцентричной относительно оси ее вращения. В результате -под действием усилия, поступающего со стороны отключающих пружин выключателя, собачка стремится повернуться по часовой стрелке. Этому препятствует дополнительная подпружиненная собачка 61, на которую может воздействовать любой из двух отключающих электромагнитов (по получении команды на отключение аппарата), а так же рукоятка местного отключения выключателя..
Устройство автоматического отключения электродвигателя по завершении подготовки привода к включению.
Устройство размещено в нижней передней части правой щеки корпуса механизма. В пего входят следующие элементы: палец 48, закрепленный на кулаке 40 завода пружин; подпружиненный собственной пружиной рычаг 50, установленный на валике с возможностью поворота относительно него
только на определенный угол; жестко сидящий на валике кулачок 4 с пружиной, возвращающей валик в исходное положение после снятия воздействия па рычаг 50 пальца 48, и взаимодействующий с кулачком 4 контактный узел БКМ (блокировочный контакт моментного переключения) с размыкающими контактами SQ2.
Буфер "включения" установлен в передней части корпуса механизма, непосредственно за панелью управления. Корпус буфера вставлен в отверстие перемычки между щеками. Буфер - гидравлический.
Буфер отключения 53 (также гидравлический) имеется только в предложенном приводе, в отличие от прототипа. Он установлен с правой стороны корпуса механизма, у его основания, на оси, проходящей через обе щеки корпуса, и может поворачиваться на ней в определенных пределах.
Буфер предназначен для гашения кинетической энергии подвижных частей выключателя в конце хода его контактов в направлении отключения.
Связь штока буфера с ведомым рычагом привода осуществляется посредством шлицевого вала, рычагов - ведущего и ведомого.
Устройство блокировки включения электродвигателя при установленной на первичный вал редуктора ручке ручного завода состоит из ступицы самой ручки 3; установленного на корпусе редуктора конечного выключателя, размыкающие контакты SQ1 которого находятся в цепи питания катушки пускателя КМ1 электродвигателя; планки между ступицей и толкателем выключателя, исключающей заклинивание последнего.
Блокировка подачи команды на включение при включенном выключателе, как защита от неправильных действий оператора и защита от сгорания катушки ЭВ, обеспечивается прерыванием питающей ее цепи при включенном выключателе, для чего в последнюю введены размыкающие (замкнутые при отключенном выключателе) контакты SA3 контактного узла БКМ, управляемого кулачком 22), жестко связанным с валиком 24, приводимым от ведомого рычага 19 привода посредством кулисы 17. Сам упомянутый контактный узел в блоке с еще двумя (или тремя) БКМ размещен
на правой щеке корпуса механизма, у ее верхнего края.
Блокировка подачи команды на отключение при отключенном выключателе аналогична по назначению и обеспечивается теми же элементами, что и выше описанная, с той, лишь, разницей, что в ней использованы замыкающие (разомкнутые при отключенном выключателе) контакты SA2 контактного узла БКМ, входящего в блок блокировки подачи команды на включение при выключенном выключателе.
Сигнализация о положении контактов управляемого выключателя (точнее, о положении выходного элемента привода) - электрическая, осуществляется с помощью контактов SA1 и SA7. SA1 - блок сигнальных контактов поворотного типа на 12 цепей (типа КСА-12), а SA7 - блок контактов на 8 цепей (типа КСА-8). Оба блока контактов установлены на левой щеке корпуса механизма. Поворотный вал блока КСА-12 приводится от вала 24 привода посредством рычага 20, тяги 57 регулируемой длины и рычага 58. Вал КСА-8 приводится от последнего посредством тяги 60 и рычага 59.
Сигнализация об опасном снижении температуры в шкафу привода осуществляется с помощью термореле, установленного на панели 15, контакты которого замыкаются при падении температуры в шкафу ниже минус 18±2°С.
Устройство обогрева привода состоит из размещенных в шкафу резистора 37 мощностью 50 Вт, выполняющего роль антиконденсатного обогрева (который пребывает во включенном положении при включении автоматического выключателя) и двух блоков основного обогрева 51, каждый из которых содержит по два трубчатых электронагревателя (ТЭН) мощностью 400 Вт.
В устройство обогрева приводов входит также установленная в нижней части плиты панель 15с аппаратами автоматического управления работой ТЭНов (датчиками-реле температуры и пускателем).
Автоматическое включение основного обогрева обеспечивается при
температуре в шкафу привода (1±1)°С, отключение при температуре (8±2)°С.
В приводах тропического исполнения устанавливается только антиконденсатный обогрев - упомянутый резистор.
Шкаф 16 привода служит для защиты его элементов от солнечной радиации и атмосферных воздействий. Шкаф крепится к несущей плите 44. Крыша шкафа имеет люк. Для облегчения обслуживания привода шкаф выполнен с увеличенной шириной, а в днище шкафа также выполнен люк, закрываемый крышкой, находящейся внутри шкафа.
Работа привода
Работа привода в целом поясняется кинематической (фиг.1) схемой.
В работе можно выделить три основных этапа:
- завод рабочих пружин;
- включение выключателя;
- отключение.
Завод пружин
Завод пружин привода может выполняться тремя способами:
а) вручную;
б) с помощью электродвигателя, управляемого вручную;
в) электродвигателем, работающим в автоматическом режиме. Вручную пружины взводятся, как правило, при отсутствии электропитания электродвигателя, например, при подготовке привода к первому включению выключателя на подстанции (тупиковой), трансформатор собственных нужд которой запитан от управляемой этим же выключателем линии. Завод осуществляется путем вращения червячного вала редуктора 2 с помощью ручки 3 по ходу часовой стрелки. Вращать вал нужно до момента переключения блока контактов SQ2-SH2-
SA5, т.е. до достижения кулаком 40 положения, при котором он не будет мешать. включению.
Завод пружин с помощью электродвигателя, управляемого вручную, чаще всего используется при регулировочных работах, ремонте.
Автоматический завод пружин имеет место при нормальной эксплуатации привода в межремонтный период. Электродвигатель завода пружин включается в начале процесса включения управляемого выключателя, когда траверса 10 опустится настолько, что контакты блока SQ3-SA6-SH4, управляемого кулачковой частью рычага-указателя 11 состояния пружин, переключатся в исходное положение.
При этом контакты SQ3 замкнутся, что обеспечит подачу напряжения на катушку пускателя КМ1 и, следовательно, на обмотки двигателя. Вращение ротора двигателя через редуктор 2 и цепную передачу передастся кулаку, но помешать включению кулак не сможет, поскольку оно завершится прежде, чем рабочая поверхность кулака придет в контакт с роликом 35 ведущего рычага.
Как только рабочая поверхность кулака придет в контакт с роликом (при любом способе завода пружин) - рабочие пружины 46 начнут взводиться, т.к. расстояние между траверсами 49 и 10 начнет увеличиваться. В определенный момент рычаг-сцепитель 31 встретит Г-образный упор 36, который переведет его в рабочее положение (подведет рабочую поверхность рычага-сцепителя под ролик 33 ведомого рычага 19). Тумблерные пружины 32 зафиксируют рычаг-сцепитель в этом положении относительно ведущего рычага 7.
В это же время зуб 8 ведущего рычага встречает удерживающую ось рычага 18 и под ее воздействием поворачивается против часовой стрелки, не препятствуя вращению рычага 7. По переходе за ось зуб 8 под действием своей пружины вернется в исходное положение. В момент выхода линии контакта ролика 35 с кулаком 40 на высшую точку профиля последнего (R=130 мм), происходит реверс вращения рычага 7. При дальнейшем вращении кулака 40 зуб 8 упрется в удерживающую ось рычага 18, чем зафиксирует рычаг 7 в
11 положении, соответствующем взведенному состоянию пружин.
Необходимо заметить, что еще до полного завода пружин верхняя траверса 10 встретит рычаг-указатель 11 и к концу завода повернет его так, что он своей кулачковой частью разомкнет контакты SQ3. Но двигатель будет продолжать работать, так как катушка пускателя КМ1 будет запитана по цепи, содержащей замкнутые контакты SQ2. Последние разомкнутся, и электродвигатель остановится только тогда, когда кулак 40 встанет в положение, не препятствующее включению выключателя. При этом палец 48 кулака будет удерживать рычаг 50 в нижнем положении, и, следовательно, контакты SQ2 останутся разомкнутыми, a SA5 замкнутся, что подготовит цепь электромагнита YA2 к приему команды на включение.
Процесс завода пружин завершен.
Включение выключателя
Оперативное включение выключателя осуществляется подачей напряжения на катушку электромагнита YA2. Неоперативное включение может быть выполнено, кроме того, еще и нажатием на кнопку YA2 вручную. При этом собачка 13 выбивается из-под ролика рычага 18. Последний, получив возможность вращения, отклоняется под действием зуба 8 в направлении вращения часовой стрелки и тем самым освобождает ведущий рычаг 7. Рычаг 7 под действием рабочих пружин 46 поворачивается против часовой стрелки, увлекая за собой ведомый рычаг 19, и производит включение выключателя.
В начале поворота рычагов в направлении включения действие траверсы 10 на рычаг-указатель 11 состояния пружин снимается. Последний под действием своей пружины поворачивается против часовой стрелки и снимает воздействие своей тыльной кулачковой части на блок контактов SQ3-SA6-SH4 При этом контакты SQ3 замыкают цепь катушки пускателя КМ1, обеспечивая включение электродвигателя завода пружин.
При вращении рычагов 7 и 19 валик 24, постоянно связанный с ведомым
рычагом 19 посредством кулисы 17, поворачивается и переключает: с помощью кулачка 22 - блок контактов SA2-SQ4-SA3, а с помощью рычага 20 - контакты SA1 и SA7.
В конечной зоне поворота рычагов 7 и 19 в направлении включения правое плечо рычага-сцепителя 31 встречается с болтом 30, от чего рычаг-сцепитель поворачивается по часовой стрелке, и его левое плечо выходит из контакта с роликом 33. Рычаги 7 и 19 расцепляются. Расцепление их происходит в положении, гарантирующем западание зуба 26 за удерживающую ось рычага 14.
Ведущий рычаг 7 продолжает вращение против часовой стрелки, но после встречи ролика 6 с плунжером буфера 5 затормаживается последним и останавливается.
Ведомый рычаг 19, на который после его расцепления с ведущим рычагом 7 рабочие пружины 46 привода не действуют, после некоторого инерционного "выбега" останавливается, а затем, под действием отключающих пружин выключателя, начинает вращаться по часовой стрелке, пока его зуб 26 не упрется в удерживающую ось рычага 14. Этим процесс включения завершается.
В отличие от прототипа в предложенном приводе, где ведомый рычаг через шлицевый вал связан с рычагом, последний, поворачиваясь при включении выключателя против часовой стрелки, вначале вращается свободно. Затем, уперевшись в болт, вовлекает во вращение и рычаг, состоящий из щек и, следовательно, приводит в движение поршень со штоком буфера.
Отключение выключателя
Оперативное отключение может осуществляться либо по команде оператора (от ключа управления), либо от действия защиты. При этом напряжение подается на электромагнит YA1 или УА3.
Отключение происходит следующим образом: при срабатывании отключающего электромагнита собачка 21 поворачивается, давая
возможность повернуться под действием зуба 26 и промежуточному рычагу 14. Последний освобождает ведомый рычаг, и отключающие пружины (пружина) выключателя приводят его в исходное положение, при котором шарнирно соединенная с рычагом серьга 28 упирается в рамку демпфера отключения.
При этом соединенная с осью серьги 28 кулиса 17 поворачивает валик 24, а через рычаг 20 и тягу 23-и вал сигнальных контактов SA1 так, что положение контактов меняется на инверсное. При этом переключаются и контакты SA7.
В отличие от прототипа в предложенном приводе при отключении поворачивается и шлицевый вал а, следовательно, и рычаг. После поворота его на некоторый угол, определяемый величиной зазора между упорными болтами рычага, последний также начинает вращаться, приводя в движение поршень буфера отключения. Поршень вытесняет рабочую жидкость из поршневой полости в полость между корпусом и стаканом через отверстия в последнем. По ходу поршня количество "работающих" отверстий и площадь их сечения уменьшаются, что увеличивает сопротивление перемещению поршня и, следовательно, затормаживает все части выключателя и привода, движущиеся при отключении. Движение прекращается при упоре серьги в рамку демпфера отключения.
Отключение завершено.