ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НАГРУЗКИ
VACUUM LOAD-BREAK SWITCH

Изобретение относится к области высоковольтного электроаппаратостроения, в частности к высоковольтным выключателям нагрузки.
Выключатели нагрузки широко используются в камерах стационарных одностороннего обслуживания (КСО), комплектных трансформаторных подстанциях (КТП), комплектных распределительных устройствах (КРУ) и являются одним из основных видов коммутационного оборудования, применяемых при распределении электрической энергии. Основные требования к выключателям -то коммутация различных видов нагрузки преимущественно активных токов вплоть до номинального значения. При этом аппарат должен включать и пропускать токи короткого замыкания.
Существует большое разнообразие конструкций выключателей нагрузки, выполненные на базе различных способов гашения электрической дуги. В конструкциях, как правило, используются дугогасительные устройства открытого типа, в которых гашение электрической дуги происходит в открытой оболочке, имеющей связь с окружающей средой (автокомпрессионный цилиндр, автогазовая камера, воздушная гильза и т.д.).
Широкое распространение получил в настоящее время автогазовый выключатель нагрузки [1]. В аппарате гашение электрической дуги основано на принципе использования газогенерирующего материала. Дугогасительная камера имеет вкладыш, изготовленный из газогенерирующего материала, который при взаимодействии с электрической дугой выделяет большое количество дугогасящего газа. Образованная среда и повышенное давление способствуют успешному гашению электрической дуги.
Автогазовый выключатель нагрузки содержит: раму, на которой установлены шесть опорных изоляторов, по два на каждую фазу. На одном изоляторе фазы закреплен неподвижный главный контакт, на котором установлена автогазовая дугогасительная камера. На другом изоляторе, этой же фазы, через второй неподвижный контакт шарнирно установлены подвижный главный контакт и подвижный дугогасительный контакт. Движение от привода к главным подвижным контактам осуществляется с помощью изоляционных тяг через рычажный вал. Шарнирное соединение контактов образует двухконтурную контактную систему: контур главных контактов с одним разрывом и шунтирующий контур дугогасительных контактов с одним разрывом. При этом первыми включаются и отключаются главные контакты, а затем дугогасительные контакты.
Наличие двух контуров, главных и дугогасительных контактов, позволяет разделить их по функциональным назначениям: главные контакты - включение и проведение тока как в нормальном, так и в аварийном режимах, а дугогасительные контакты - отключение тока вплоть до номинального значения.
Дугогасительный контур облегчает работу автогазовой дугогасительной камеры, так как он, выполняя роль низкоомного шунта, снижает величину отключаемого тока.
Автогазовый выключатель нагрузки сочетает функции выключателя и разъединителя, образуя в отключенном положении видимый разрыв.
К достоинству автогазового выключателя нагрузки следует отнести простоту и надежность конструкции при его относительно недорогой цене.
Недостатком автогазового выключателя нагрузки можно считать выброс продуктов горения наружу в процессе гашения электрической дуги, для чего требуется дополнительное пространство, объем. Такая картина наблюдается в работе выключателей нагрузки с дугогасительными устройствами открытого типа. Вопрос снимается применением в выключателях нагрузки дугогасительного устройства закрытого типа, в котором гашение электрической дуги происходит в герметичной оболочке, не имеющей связи с окружающей средой (вакуумная камера, элегазовый цилиндр, масляный бак и т.д.).
Известны конструкции, в которых предлагаются совмещение функции вакуумного выключателя и разъединителя [2, 3]. Их недостатки заключаются в том, что сквозные токи короткого замыкания проходят через контакты вакуумной дугогасительной камеры, что требует, в свою очередь, увеличение необходимых усилий дополнительного поджатия контактов и повышения их термической и электродинамической стойкости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция вакуумного выключателя нагрузки, приведенная в [4], которая подобна вышеописанной конструкции автогазового выключателя нагрузки. Здесь, на место дугогасительного устройства открытого типа (автогазовая дугогасительная камера) установлено дугогасительное устройство закрытого типа (вакуумная дугогасительная камера). Вакуумная дугогасительная камера снабжена механизмом включения и отключения в виде контактного ролика, взаимодействующего с толкателем, закрепленным на разъединяющем подвижном контакте. Профиль поверхности толкателя имеет выступ, который должен обеспечить перемещение, равное ходу подвижного дугогасительного контакта и ходу дополнительного поджатия.
Основными недостатками данной конструкции являются:
1. В момент силового взаимодействия контактного ролика и толкателя возникает «распирающий эффект» между консольно закрепленными опорным изолятором с вакуумной дугогасительной камерой и опорным изолятором с подвижным разъединяющим контактом. Суммарный прогиб указанных опор в точке касания ролика и толкателя практически исключает возможность обеспечения требуемого постоянства хода подвижного дугогасительного контакта и хода на поджатие, следовательно, исключается надежная работы всей конструкции.
2. При включении разъединяющего контакта создаются ударные радиальные нагрузки на шток вакуумной дугогасительной камеры, что ведет к его перекосу. Возникают препятствия плавному движению и опасность заедания.
3. Вакуумная дугогасительная камера установлена на главном неподвижном контакте с большим удалением от изолятора, для рассматриваемого случая, что существенно снижает жесткость конструкции опоры.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в исключении указанных недостатков в конструкции вакуумного выключателя нагрузки.
Для достижения указанного технического результата в вакуумном выключателе нагрузки, содержащем: раму, с установленными на ней опорными изоляторами; двухконтурную контактную систему, в виде контура главных контактов и шунтирующего контура дугогасительных контактов; вакуумную дугогасительную камеру; рычажный вал с приводом, вводится в шунтирующий контур дугогасительных контактов второй дополнительный разрыв в виде клинового устройства, состоящего из клинообразного сегмента, установленного на размыкающем контакте, и расклинивающегося механизма.
При этом расклинивающийся механизм содержит упор, неподвижно связанный с неподвижным дугогасительным контактом, и двуплечий рычаг, шарнирно связанный с указанным упором и воздействующий на подвижный дугогасительный контакт.
Различные положения вакуумного выключателя нагрузки иллюстрируют фиг.1-4.
Фиг.1 - выключатель включен.
Фиг.2 - выключатель отключен.
Фиг.3 - выключатель включается. Главный контакт, пройдя определенное расстояние, начинает совместное с размыкающим контактом движение.
Фиг.4 - выключатель отключается. Главный контакт, пройдя определенное расстояние, начинает совместное с размыкающим контактом движение.
Вакуумный выключатель нагрузки представлен на фиг.1 во включенном положении и на фиг.2 в отключенном положении. Конструкция содержит: раму 1, на которой установлены шесть опорных изоляторов 2, по два на фазу; главные неподвижные контакты 3 и 4; главный подвижный контакт 5, шарнирно соединенный с размыкающим контактом 6, которая имеет в составе клинообразный сегмент 7 и упорный ролик 8; вакуумную дугогасительную камеру 9 с подвижным и неподвижным дугогасительными контактами 10 и 11; изоляционные щеки 12, в которых установлены неподвижный упор 15, в виде ролика и двуплечий рычаг 13, на неподвижной оси которой установлен подпружиненный направляющий ролик 14. Двуплечий рычаг 13 содержит на концах рычагов подвижные ролики 16 и 17. Главный подвижный контакт 5 соединен вторично с размыкающим контактом 6 связью 18 с пазом и стягивающей пружиной 24, а с другой стороны соединен через изоляционную тягу 19 с рычажным валом 20. Имеется также шток 21, пружина поджатия 22 и пружина отключения 21 подвижного дугогасительного контакта 10.
Работает выключатель нагрузки следующим образом. На фиг.2 показано отключенное положение выключателя. Аппарат готов к включению. При включении движение от рычажного вала 20 передается главному подвижному контакту 5 через изоляционную тягу 19. Главный подвижный контакт 5 начинает движение на включение, при этом размыкающий контакт 6 остается неподвижным (фиг.3). После выбора зазора в пазу связи 18 размыкающий контакт 6 начинает движение на включение совместно с главным подвижным контактом 5. Отставание размыкающего контакта 6 от главного подвижного контакта 5 продиктовано условием первоочередности включения последнего. При этом касание клинообразного сегмента 7 с подпружиненным направляющим роликом 14 не влияет на процесс коммутации, так как подвижный дугогасительный контакт 10 остается на месте неподвижным. После замыкания главного подвижного контакта 5 и главного неподвижного контакта 3 происходит одновременное касание клинообразного сегмента 7 с неподвижным упором 15 и с подвижным роликом 16. По мере продвижения клинообразного сегмента 7 между роликами, подвижный ролик 16 начинает перемещаться, приводя в движение ролик 17 двуплечего рычага 13. В свою очередь, подвижный ролик 17, посредством штока 21 и пружины поджатия 22, передает движение подвижному дугогасительному контакту 10, осуществляя тем самым замыкание и поджатие дугогасительных контактов 10 и 11. Одновременно происходит сжатие пружины отключения 23 подвижного дугогасительного контакта 10. Выключатель нагрузки включен (фиг.1).
При отключении движение от рычажного вала 20 (фиг.1) передается через изоляционную тягу 19 главному подвижному контакту 5. Главный подвижный контакт 5 начинает движение и размыкается с главным неподвижным контактом 3 (фиг.4). Происходит разрыв в контуре главных контактов, и отключаемый ток полностью переходит на шунтирующий дугогасительный контур. При этом размыкающий контакт 6, следовательно, и подвижный дугогасительный контакт 10 остаются неподвижными. После образования между главным подвижным контактом 5 и главным неподвижным контактом 3 определенного воздушного промежутка, изоляционная тяга 19 начинает упираться торцовой частью в упорный ролик 8 размыкающего контакта 6. Далее происходит совместное движение главного подвижного контакта 5 и размыкающего контакта 6. При этом клинообразный сегмент 7, установленный на размыкающем контакте 6, выходит из зацепления, освобождая подвижный ролик 16 двуплечего рычага 13. Одновременно ролик 17 освобождает шток 21 с пружиной поджатия 22 и пружина отключения 23 (фиг.1) размыкает подвижный и неподвижный дугогасительные контакты 10 и 11. Происходит первый разрыв шунтирующего дугогасительного контура. Образующаяся электрическая дуга гасится в вакуумной дугогасительной камере 9. За первым разрывом шунтирующего дугогасительного контура через определенное время (не менее одного периода) следует второй дополнительный разрыв этого же контура в виде размыкания подпружиненного направляющего ролика 14 и размыкающего контакта 6 в бестоковом режиме. Дальнейшее совместное движение на отключение главного подвижного контакта 5 и размыкающего контакта 6 ведет к увеличению величины промежутка второго дополнительного разрыва и обусловлено образованием видимого разрыва. На фиг.2 показано отключенное положение вакуумного выключателя нагрузки.
Предлагаемая конструкция вакуумного выключателя нагрузки имеет следующие преимущества.
1. Введение второго дополнительного разрыва в шунтирующий контур дугогасительных контактов контактной системы выключателя нагрузки позволяет существенно уменьшить требования к уровню внешней изоляции вакуумной дугогасительной камеры, следовательно, уменьшить ее габаритные размеры.
2. Исполнение второго дополнительного разрыва в виде предлагаемого клинового устройства полностью исключает «распирающий эффект» между консольно закрепленными опорными изоляторами, с установленными на них контактной системой и вакуумной дугогасительной камерой и делает конструкцию не только работоспособной, но и обеспечивает высоконадежное включение и отключение контактов независимо от податливости указанных опор.
3. Использование двуплечего рычага исключает радиальные нагрузки на шток вакуумной дугогасительной камеры при включении размыкающего контакта.
Источники информации
1. Патент №1718286; кл. Н01Н 33/76, опубл. 23.07.1996, Россия.
2. Патент №448044; кл. 200-144, опубл. 20.11.1984, США.
3. Патент №2301227; кл. H1N, опубл. 27.11.1996, Англия.
4. Патент №2247439; кл. Н01Н 33/666, опубл. 27.02.2005, Россия (прототип).