КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
SWITCHGEAR

Изобретение относится к коммутационному устройству с двумя рабочими положениями для переключения обмотки при работе трансформатора, причем при переключении пропускаемый ток коммутируется с одной цепи на другую.
Такое коммутационное устройство известно под названием «Advanced Retard Switch», сокращенно ARS, из фирменной публикации заявителя «Advanced-Retard-Switch (ARS), руководство по эксплуатации BA 274/01», выходные данные BA 274/01de, 0605, дата публикации июнь 2005 г. Это известное коммутационное устройство может использоваться для различных применений в комбинации с переключателем ответвлений обмоток регулируемого под нагрузкой трансформатора. В первую очередь, оно используется для переключения полярности регулируемого напряжения в широком диапазоне регулирования, например, в фазовращающих трансформаторах. При этом оно выполняет функцию двойного переключателя полюсов.
В этом известном устройстве для каждой коммутируемой фазы предусмотрены, как правило, две горизонтальные плоскости. В каждой плоскости вокруг центральной вращающейся коммутирующей оси на изолирующем каркасе расположены неподвижные контакты. Эти неподвижные контакты на выбор замыкаются в каждой плоскости посредством электропроводящего дугообразного коммутирующего сегмента, закрепленного на оси. Перемещение известного коммутационного устройства из одного рабочего положения в другое происходит за счет вращения оси. Смена рабочих положений требует при этом коммутирующего шага в 120°.
В известном коммутационном устройстве подвижный коммутирующий сегмент содержит множество выполненных подвижными против усилия контактных пружин контактных пальцев или пластин, благодаря которым подвижный коммутирующий сегмент может надежно набегать на соответствующий неподвижный, расположенный на изолирующем каркасе контакт - даже в случае небольших, технологически неизбежных горизонтальных отклонений. Контактные пальцы или пластины обеспечивают надежный охват соответствующего неподвижного контакта или контактов и, тем самым, надежное контактирование.
Это известное устройство имеет различные недостатки. Во-первых, подвижный коммутирующий контакт, т.е. коммутирующий сегмент, со своим множеством подвижных независимо друг от друга контактных пальцев представляет собой чрезвычайно сложную деталь с множеством отдельных частей и, тем самым, соответственно дорог и сложен в изготовлении. Далее, за счет того, что на соответствующие неподвижные контакты набегает множество контактных пальцев подвижного коммутирующего контакта, причем каждый раз приходится преодолевать усилия пружин на соответствующих контактных пальцах, требуется высокий крутящий момент для приведения в действие центральной оси.
Необходимые, как правило, две функциональные плоскости на фазу сильно ограничивают возможную производственную программу из-за протяженности коммутационного устройства по длине. Геометрия контактных пальцев на коммутирующем сегменте и подходящих к ним неподвижных контактов на изолирующем каркасе обеспечивает лишь небольшой объем коммутирующего контакта. Однако это является решающим фактором для срока службы.
Задачей изобретения является создание коммутационного устройства, лишенного названных недостатков.
Эта задача решается посредством коммутационного устройства с признаками первого пункта формулы. Зависимые пункты касаются особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Согласно изобретению подвижный коммутирующий контакт, т.е. дугообразный коммутирующий сегмент, выполнен в виде простой согнутой шины из электропроводящего материала. Отсутствуют контактные пальцы, пружины, направляющие - коммутирующий сегмент состоит только из массивной шины, преимущественно медной; ее концы сужены для облегчения набегания на неподвижные контакты. Эта шина может быть простым образом свинчена с изолирующим контактоносителем, который, в свою очередь, закреплен на оси. Очевидно, что это является существенным и более экономичным упрощением. Кроме того, за счет расположения коммутирующего сегмента можно объединить обе необходимые функциональные плоскости, каждая с четырьмя местами контакта в одной плоскости, с шестью местами контакта.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения на концах дугообразного коммутирующего сегмента во второй плоскости могут быть закреплены, например привинчены, особые детали из специального, стойкого к обгоранию материала. Это способствует также необходимому для удлинения срока службы увеличению объема специального, стойкого к обгоранию материала. Кроме того, за счет смещения коммутирующего контакта во вторую плоскость пропускающая длительный ток медная шина большей частью защищена от загрязнений более стойким к обгоранию материалом.
Согласно другому признаку изобретения неподвижные, закрепленные на изолирующем каркасе контакты содержат верхние и нижние, параллельные друг другу контактные пальцы, разжимаемые против усилия пружин, так что коммутирующий сегмент может входить между ними и создавать электрический контакт.
Особым преимуществом изобретения является уменьшение числа отдельных частей; все неподвижные контакты состоят большей частью из идентичных деталей. Кроме того, за счет возможного в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения объединения функциональных плоскостей в одну-единственную плоскость число деталей также уменьшается. Далее в предложенном коммутационном устройстве по сравнению с уровнем техники требуется заметно меньший крутящий момент для приведения в действие, поскольку при набегании подвижного коммутирующего сегмента приходится преодолевать заметно меньшие усилия пружин на соответствующих контактных пальцах.
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображено:
фиг.1 - предложенное коммутационное устройство;
фиг.2 - часть коммутационного устройства в перспективе;
фиг.3 - эта часть при виде сверху в схематичном разрезе;
фиг.4 - контактоноситель коммутационного устройства;
фиг.5 - подробно неподвижный контакт коммутационного устройства;
фиг.6 - подробно часть этого контакта;
фиг.7 - неподвижный контакт, который особенно предпочтительным образом может быть использован в предложенном коммутационном устройстве;
фиг.8 - процесс коммутации, т.е. переключение коммутационного устройства из одного установившегося рабочего положения в другое.
На фиг.1 показано, что коммутационное устройство содержит вверху известную саму по себе головку 1, на которой закреплено огибающее верхнее кольцо-клетка 2. На ней находится верхний адаптер 3. На нижнем конце расположено нижнее кольцо-клетка 4, на котором закреплен нижний адаптер 5. Между верхним 3 и нижним 5 адаптерами вертикально и параллельно друг другу расположены контактные стержни 6. В изображенном здесь устройстве под углом 20° по отношению друг к другу расположены восемнадцать таких контактных стержней 6. На шести из этих контактных стержней 6 в трех разных горизонтальных плоскостях - для каждой коммутируемой фазы предусмотрена одна плоскость, а с возрастанием всего тока возрастает и число плоскостей - закреплены неподвижные контакты 7. Еще свободные контактные стержни 6 представляют собой так называемые холостые стержни, которые служат для повышения жесткости всего устройства. На фиг.1, в общей сложности, шесть неподвижных контактов первой плоскости обозначены позицией 7′, второй плоскости - позицией 7′′, а третьей плоскости - позицией 7′′′. В центре коммутационного устройства расположена вертикальная коммутирующая ось 8, которая имеет в каждой плоскости закрепленный на ней контактоноситель 9. На этом контактоносителе 9 напротив друг друга закреплены два дугообразных коммутирующих контакта 10, которые, тем самым, вращаются вместе с осью 8. Соединительные перемычки 11, предусмотренные по две на плоскость и закрепленные друг против друга на двух соседних неподвижных контактах, создают надежный электрический контакт между обоими неподвижными контактами. Подвижные коммутирующие контакты 10 проходят по дуге окружности в 120°, так что в каждой фазе в установившемся состоянии одновременно контактируют два перекрытых и один свободный неподвижный контакт 7, которые, тем самым, электрически соединены между собой. Ось 8 приводится в действие посредством мальтийского механизма (не показан), связанного с верхней передаточной ступенью 11. Его привод осуществляется приводным валом 12, который известным образом соединен с электроприводом.
На фиг.2 подробно изображен контактоноситель 9, закрепленный на оси 8. Здесь еще отчетливее видно, что с двух горизонтально противоположных сторон на изолирующем контактоносителе 9 закреплены по два подвижных дугообразных коммутирующих контакта 10. Эти коммутирующие контакты 10 изготовлены из массивного электропроводящего материала, преимущественно меди.
На фиг.3 контактоноситель 9 схематично изображен при виде сверху. Здесь особенно отчетливо видно, что в установившемся состоянии электрически соединены между собой по два перекрытых и один свободный неподвижный контакт 7.
На фиг.4 более подробно изображен контактоноситель 9, несущий описанные массивные дугообразные коммутирующие контакты 10. К внутренней стороне свободных концов коммутирующих контактов 10 привинчен особенно стойкий к обгоранию материал 15. Свободные концы коммутирующих контактов 10 и стойкого к обгоранию материала 15 имеют закругление 16 для лучшего набегания на соответственно замыкаемые неподвижные контакты, более подробно описанные ниже. Весь контактоноситель 9 закрепляется на оси 8 (не показана) посредством фланцевого соединения 14.
На фиг.5 в сборе изображен неподвижный контакт 7 предложенного коммутационного устройства. Этот контакт 7 имеет верхний 18 и выполненный симметрично ему нижний 19 контактодержатели, перемещаемые посредством соответствующего контактного стержня, на котором они должны закрепляться. Между обоими контактодержателями 18, 19 фиксирован проводящий контакт 20, имеющий присоединительное отверстие 21 для фиксации присоединительного провода (не показан). Этот проводящий контакт 20 находится в электрическом соединении с верхними 22 и нижними 23 контактными пальцами собственной контактной зоны. Верхние контактные пальцы 22 отклоняются вверх против усилия верхних контактных пружин 24 (фиг.6), а нижние контактные пальцы 23 отклоняются вниз против усилия нижних контактных пружин 25 (фиг.6). Между контактными пальцами 22, 23 входит соответствующий подвижный коммутирующий контакт 10, создающий электрическое соединение. За счет пружинящего расположения контактных пальцев 22, 23, охватывающих подвижный коммутирующий контакт 10 с обеих сторон, создается, во-первых, требуемое контактное нажатие, а во-вторых, компенсируются возможные незначительные горизонтальные допуски всего устройства. К переднему концу одного из обоих контактных пальцев 22, 23 припаян стойкий к обгоранию материал 30, 31, который вместе со стойким к обгоранию материалом 15 на коммутирующем контакте 10 коммутирует возрастающий и уменьшающийся токи. Положение контактного пальца 22, 23 со стойким к обгоранию материалом 30, 31, будь то слева или справа в контактном корпусе 32, зависит от положения в коммутационном устройстве. Между контактными пальцами 22, 23 находятся еще опоры 26. Вверху и внизу на контактное устройство надеваются верхний 27 и нижний 28 экраны, имеющие в середине соответствующие отверстия, которые обеспечивают надевание на соответствующий контактный стержень. Показаны болты 29, которые фиксируют контактодержатели 18, 19 и экраны 27, 28 через отверстия на контактных стержнях. Экраны 35, 36, расположенные на контактном корпусе 32, экранируют контактные пальцы 22, 23 и стойкие к обгоранию материалы 30, 31 и служит для создания лучшей структуры электрического поля. Эта часть аналогичного неподвижного контакта с контактодержателями, экранами и отверстиями, в которые вставляются крепежные болты, уже известна из публикации DE 102004041317 B3 настоящего заявителя.
На фиг.6 изображена деталь неподвижного контакта. Видно, что верхние 22 и нижние 23 контактные пальцы вместе с контактными пружинами 24, 25 расположены в отдельном контактном корпусе 32 (не показан). Контактные пальцы 22, 23 содержат на противоположной стороне контактные зажимы 33, 34, которые в одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения охватывают проводящий контакт 20 с обеих сторон, создавая, тем самым, непосредственное электрическое соединение. Шинопроводы 38, расположенные вверху между контактными пальцами 22 и шайбами 37 и внизу между контактными пальцами 23 и шайбами 37 (не показаны), помогают избежать коммутации между контактными пальцами 22, 23 и проводящим контактом 20 вследствие процессов вибрации при подключении и отключении коммутирующих контактов 10.
На фиг.7 неподвижный контакт изображен еще раз. При этом за счет простого надевания контактных зажимов 33, 34 на проводящий контакт 20 неподвижный контакт, как он изображен на фиг.5, может быть реализован простым образом модульным, т.е. по принципу агрегатирования.
На фиг.8 изображено переключение предложенного коммутационного устройства из одного рабочего положения в другое. В верхней части показана электрическая схема, а в нижней части - соответствующее положение контактоносителя и подвижных коммутирующих контактов одной фазы относительно неподвижных контактов. Шесть неподвижных контактов одной фазы обозначены К1-К6. На левом рисунке показано первое установившееся рабочее положение; направление вращения в начале переключения обозначено стрелкой. Правее коммутирующие контакты повернуты соответственно на угол 60°. Еще правее угол поворота составляет уже немного больше 60°, пропускаемый ток коммутируется на другую цепь; это обозначено символом молнии. На самом правом рисунке после поворота, в общей сложности, на угол 120° достигнуто новое установившееся рабочее положение. На этом переключение закончено; оно происходило в соответствии с поясненной выше функцией двойного переключателя полюсов.