СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
SWITCHING METHOD AND DEVICE FOR SWITCHING

Изобретение относится к способу переключения устройства переключения с первой контактной стороной, которая может перемещаться по отношению ко второй контактной стороне, причем первая контактная сторона имеет первый контактный элемент номинального тока и первый контактный элемент электрической дуги, а вторая контактная сторона имеет второй контактный элемент номинального тока и второй контактный элемент электрической дуги, причем для создания относительного движения между первой контактной стороной и второй контактной стороной первый контактный элемент электрической дуги и первый контактный элемент номинального тока, а также второй контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент номинального тока приведены в движение.
Из корейской патентной заявки KR 10 2007-0008041 известно устройство переключения, которое имеет первую и вторую контактную сторону. Как первая, так и вторая контактная сторона в каждом случае имеют контактный элемент электрической дуги и контактный элемент номинального тока. На одной из контактных сторон задействован передаточный механизм, для того чтобы приводить в движение имеющиеся на ней контактные элементы. Контактный элемент электрической дуги и контактный элемент номинального тока другой контактной стороны также расположены с возможностью перемещения. Для овладения более высокими напряжениями и токами известно повышать скорость разъединения контактов и соответственно скорость замыкания контактов. Так сокращается промежуток времени, в котором могут возникать дуги переключения. Стремление к более высоким скоростям переключения приводит к использованию более мощных приводных устройств, для того чтобы была возможность перемещать перемещаемые массы достаточно быстро. Более высокие скорости приводят к более высоким усилиям на подвижных элементах устройства переключения. Следовательно, подвижные элементы должны зачастую рассчитываться с усилением, вследствие чего их масса, как правило, возрастает. Более высокие перемещаемые массы требуют еще более высокую энергию для приведения в движение, для того чтобы была возможность быстрее перемещаться.
Таким образом, задача изобретения состоит в предоставлении подходящего способа переключения, для того чтобы в альтернативной форме повышать мощность переключения устройства переключения.
Согласно изобретению задача решается вследствие того, что во время процесса переключения первый контактный элемент электрической дуги перемещается при помощи профиля движения, и первый контактный элемент номинального тока перемещается при помощи профиля движения, и профили движения первого контактного элемента электрической дуги и первого контактного элемента номинального тока отличаются друг от друга, и второй контактный элемент электрической дуги перемещается при помощи профиля движения, и второй контактный элемент номинального тока перемещается при помощи профиля движения, и профили движения второго контактного элемента электрической дуги и второго контактного элемента номинального тока отличаются друг от друга.
Устройства переключения служат для установления и соответственно разъединения цепи тока, по которой может течь обусловленный разностью потенциалов электрический ток. Для замыкания и соответственно разъединения цепи тока устройство переключения имеет перемещаемые друг относительно друга контактные стороны. Контактные стороны в каждом случае имеют контактный элемент электрической дуги и контактный элемент номинального тока. Контактные элементы электрической дуги и контактные элементы номинального тока в каждом случае оснащены контактирующими областями. Контактирующие области контактных элементов электрической дуги в каждом случае выполнены зеркально-симметричными, для того чтобы была возможность вызывать гальваническое контактирование. Соответственно контактирующие области контактных элементов номинального тока также выполнены зеркально-симметричными.
Первый контактный элемент номинального тока и первый контактный элемент электрической дуги первой контактной стороны вне зависимости от положения переключения электрического устройства переключения находятся в длительном электрическом контакте друг с другом. Таким же образом второй контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент номинального тока второй контактной стороны вне зависимости от положения переключения электрического устройства переключения находятся в длительном электрическом контакте. Первый контактный элемент электрической дуги и первый контактный элемент номинального тока могут перемещаться друг относительно друга. Таким же образом второй контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент номинального тока могут перемещаться друг относительно друга. Далее первая контактная сторона (включающая в себя первый контактный элемент электрической дуги и первый контактный элемент номинального тока) может перемещаться по отношению ко второй контактной стороне (включающей в себя второй контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент номинального тока). Для того чтобы была возможность осуществлять процесс переключения, и для того чтобы создавать относительное движение между контактными сторонами, первый контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент электрической дуги, а также первый контактный элемент номинального тока и второй контактный элемент номинального тока приведены в движение. Для создания движения могут использоваться одно или несколько приводных устройств, которые превращают вид энергии в движение. Согласованные друг с другом контактные элементы электрической дуги, а также контактные элементы номинального тока контактной стороны перемещаются при помощи отличающихся друг от друга профилей движения. При этом профиль движения определяет соотношение путь-время соответствующего контактного элемента во время процесса переключения (например, процесса включения, процесса выключения). Профили движения могут быть заданы, например механикой или посредством электрического управления. В частности соответствующие профили движения контактных элементов электрической дуги и контактных элементов номинального тока могут быть синхронизированы друг относительно друга, так что определенные движения одного контактного элемента должны быть выполнены, прежде чем начинается/продолжится движение другого контактного элемента. Предпочтительно во время процесса включения контактные элементы электрической дуги должны соприкасаться друг с другом перед контактными элементами номинального тока, так что дуги переключения (предварительные пробои) предпочтительно возникают на контактных элементах электрической дуги. Во время процесса выключения сначала должны разъединяться контактные элементы номинального тока, так что разрываемый электрический ток коммутирует на контактные элементы электрической дуги. Далее разъединяются друг от друга контактные элементы электрической дуги. Таким образом, дуга переключения (дуга выключения) предпочтительно проводится между контактными элементами электрической дуги. Контактные элементы электрической дуги защищают контактные элементы номинального тока от обгорания.
В зависимости от требований момент времени контактирования контактных элементов электрической дуги/контактных элементов номинального тока и соответственно момент времени разъединения контактных элементов номинального тока/контактных элементов электрической дуги могут задаваться посредством изменения отдельных профилей движения. Так, например задержка времени между разделением и/или контактированием контактных элементов электрической дуги и контактных элементов номинального тока может изменяться за счет конструктивного исполнения/расчета профилей движения. Наряду с временной вариацией посредством изменения профилей движения может также изменяться место контактирования. Так, например, возможно относительно раствора контактов производить контактирование контактных элементов электрической дуги с большим приближением к одной контактной стороне, а контактирование контактных элементов номинального тока с большим приближением к другой контактной стороне, а также наоборот. То же самое относится к процессу выключения. Несмотря на различные профили движения контактных элементов электрической дуги и контактных элементов номинального тока, может быть предусмотрено то, что периодически осуществляется идентичное движение контактного элемента электрической дуги и контактного элемента номинального тока одной контактной стороны. Например, в течение временного окна процесса переключения контактный элемент электрической дуги и контактный элемент номинального тока могут перемещаться таким образом, что контактный элемент электрической дуги и контактный элемент номинального тока остаются в покое относительно друг друга, однако находятся в движении относительно общего базиса.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что во время процесса включения сначала сближаются друг с другом контактные элементы номинального тока, в то время как контактные элементы электрической дуги остаются в тени поля в каждом случае согласованного контактного элемента номинального тока.
Процесс включения служит для образования замкнутой цепи тока для проведения электрического тока. У устройств переключения, которые служат в качестве силового устройства переключения, как во время процесса включения, так и во время процесса выключения может иметь место нагруженный током процесс переключения. Обе контактные стороны перед и во время процесса включения могут иметь разные электрические потенциалы. Соответственно уже перед началом процесса включения между контактными сторонами может иметься электрическое поле. При сокращении расстояния между контактными сторонами возрастает напряженность электрического поля. Несмотря на опережающее контактирование контактных элементов электрической дуги во время процесса включения, сначала сближаются контактные элементы номинального тока, причем контактные элементы электрической дуги остаются в тени поля соответствующего контактного элемента номинального тока. По меньшей мере, контактирующие области контактных элементов электрической дуги должны оставаться в соответствующей тени поля. Так, например, возможно то, что сначала перемещаются лишь первый контактный элемент номинального тока и второй контактный элемент номинального тока, в то время как контактные элементы электрической дуги еще остаются в покое. Контактные элементы номинального тока должны иметь более подходящую форму для гомогенизации (выравнивания) электрического поля, чем контактные элементы электрической дуги. Оказывающие на поле влияние воздействие контактных элементов номинального тока используется для того, чтобы нейтрализовать в некоторых случаях ослабляющее поле воздействие контактных элементов электрической дуги. Благодаря использованию контактных элементов номинального тока для экранирования контактных элементов электрической дуги можно отказаться от дополнительных экранирующих элементов.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что контактные элементы электрической дуги во время пребывания в тени поля уже приближаются друг к другу.
Промежуток времени сближения контактных элементов номинального тока может использоваться для того, чтобы подготавливать устройство переключения к выходу контактных элементов электрической дуги из тени поля. По меньшей мере, один из контактных элементов электрической дуги может синхронно перемещаться, например, вместе с одним контактным элементом номинального тока, так что контактные элементы электрической дуги приближаются друг к другу и, в конечном счете, покидают тень поля контактного элемента номинального тока. Тем не менее, может быть также предусмотрено то, что один контактный элемент электрической дуги (по меньшей мере, периодически) перемещается с более высокой скоростью, чем соответствующий контактный элемент номинального тока, для того чтобы сближаться с другим контактным элементом электрической дуги. При этом оба контактных элемента электрической дуги могут перемещаться аналогичным образом или же иметь отличающиеся друг от друга профили движения. Вне зависимости от типа сближения контактных элементов электрической дуги оба контактных элемента электрической дуги контактных сторон должны предпочтительно ускоряться, находясь в пределах тени поля контактных элементов номинального тока. Таким образом, возможен точный, быстрый выход из тени поля соответствующего контактного элемента номинального тока. Контактные элементы электрической дуги ослабляют находящееся между контактными элементами номинального тока электрическое поле, так что на контактных элементах электрической дуги возникают превышения напряженности электрического поля, и между контактными элементами электрической дуги предпочтительно возникают предварительные пробои.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что с достижением определенного критического расстояния между контактными элементами номинального тока, по меньшей мере, один из контактных элементов электрической дуги, в частности оба контактных элемента электрической дуги выходят из тени поля в каждом случае согласованного контактного элемента номинального тока.
Определение критического расстояния осуществляется в зависимости от геометрии контактов электрического устройства переключения, использованного изолирующего вещества, а также приложенной электрической разности потенциалов. С критическим расстоянием связана критическая напряженность электрического поля, которая позволяет ожидать возникновение дуги включения между контактными элементами номинального тока. Вплоть до достижения критического расстояния может использоваться более удобная форма контактных элементов номинального тока, для того чтобы сначала сближать друг с другом контактные стороны. Лишь к этому моменту времени необходимо защитное действие контактных элементов электрической дуги. Таким образом, предотвращено преждевременное ослабление поля посредством неэкранированных контактных элементов электрической дуги. Защитное действие контактных элементов электрической дуги начинается с выходом из тени поля. При этом, по меньшей мере, контактирующие области контактных элементов электрической дуги должны покидать соответствующую тень поля. Благодаря контактным элементам номинального тока находящееся между контактными сторонами электрическое поле может выравниваться в течение увеличенного промежутка времени процесса включения. Лишь к сравнительно позднему моменту времени благодаря целенаправленному ослаблению электрического поля активизируется возникновение предварительных пробоев на контактных элементах электрической дуги.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что во время процесса выключения сначала разъединяются контактные элементы номинального тока, и вслед за этим осуществляется разъединение контактных элементов электрической дуги, и разъединение контактных элементов электрической дуги друг от друга осуществляется с относительной скоростью, которая приблизительно имеет свое максимальное значение во время процесса выключения.
При выключении устройства переключения в виде силового устройства переключения электрический ток, который протекает во время разрыва переключаемой цепи тока, может разрываться. При опережающем размыкании контактных элементов номинального тока разрываемый электрический ток коммутирует на находящиеся вначале еще в гальваническом контакте друг с другом контактные элементы электрической дуги. При запаздывающем размыкании контактных элементов электрической дуги электрический ток может протекать внутри окружающего контактные элементы электрической дуги, текучего, изолирующего вещества сначала в виде загорающейся дуги переключения. Для того чтобы противодействовать зажиганию дуги переключения, в момент разъединения контактных элементов электрической дуги относительная скорость контактных элементов электрической дуги должна приблизительно иметь свое максимальное значение во время процесса выключения. Благодаря высоким скоростям разъединения контактов сокращаются промежутки времени, в которых имеются благоприятные условия для зажигания дуги выключения. Соответственно уменьшается вероятность возникновения дуги выключения. Далее благодаря высокой скорости разъединения контактов отдаляются друг от друга начальные точки дуги переключения, так что зажженная в некоторых случаях дуга переключения удлиняется, и ее можно более проще гасить.
Так как отдельные контактные элементы, в частности также контактные элементы электрической дуги с различными профилями движения, перемещаются, устанавливается результирующая относительная скорость разъединения контактных элементов электрической дуги. Результирующая относительная скорость может устанавливаться благодаря адаптации профилей движения с обеих сторон от раствора контактов (на каждой из контактных сторон). Например, во время процесса выключения контактные элементы электрической дуги могут перемещаться сначала сравнительно медленно друг относительно друга, для того чтобы подготавливать разъединение контактных элементов электрической дуги и допускать вначале разъединение друг от друга контактных элементов номинального тока, для того чтобы вслед за этим ускоряться, для того чтобы достигать высокой скорости разъединения контактов.
При этом далее может быть предусмотрено то, что после достижения определенного критического расстояния между контактными элементами номинального тока, по меньшей мере, один из контактных элементов электрической дуги, в частности оба контактных элемента электрической дуги входят в тень поля в каждом случае согласованного контактного элемента номинального тока.
Возвращение контактных элементов электрической дуги в тень поля соответствующих контактных элементов номинального тока способствует укреплению раствора контактов к раннему моменту времени. Таким образом, предоставлена возможность использовать устройство переключения также в более высоких диапазонах напряжения. Контактные элементы электрической дуги после в частности полного погружения в тень поля диэлектрически нейтрализованы, так что на распределение электрического поля оказывают влияние контактные элементы номинального тока. Вплоть до достижения критического расстояния возникают пики напряженности электрического поля предпочтительно на контактных элементах электрической дуги. С достижением критического расстояния между контактными элементами номинального тока контактные элементы электрической дуги могут вводиться в тень поля контактных элементов номинального тока, так как теперь имеющееся между контактными элементами номинального тока расстояние можно оценивать как диэлектрически устойчивое. Контактные элементы электрической дуги, которые ослабили бы диэлектрическую устойчивость между контактными элементами номинального тока, вводятся в тень поля. В частности контактирующие области контактных элементов/контактного элемента электрической дуги должны входить в тень поля.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что первый контактный элемент электрической дуги во время процесса переключения перемещается по отношению к изоляционному соплу, которое соединено в частности без возможности углового перемещения с первым контактным элементом номинального тока.
Изоляционное сопло может взаимодействовать с контактными элементами, в частности с контактными элементами электрической дуги устройства переключения. Так изоляционное сопло может иметь сопловой канал, внутри которого проходит дуга переключения. Для этого контактные элементы электрической дуги (в частности, их контактирующие области) должны быть охвачены изоляционным соплом, по меньшей мере, частично и/или, по меньшей мере, периодически. Изоляционное сопло может состоять из одной или нескольких частей. Предпочтительно изоляционное сопло должно быть телом вращения, которое имеет сопловой канал, проходящий в направлении оси вращения, в частности по центру. Первый контактный элемент электрической дуги может иметь, например втулкообразную контактирующую область, причем втулка представляет собой входное отверстие канала первого контактного элемента электрической дуги. Предпочтительно первый контактный элемент электрической дуги должен быть выполнен в виде трубообразного контактного элемента. Первый контактный элемент электрической дуги своим входным отверстием должен быть расположен перед входным отверстием соплового канала. Контактирующая область первого контактного элемента электрической дуги должна быть охвачена изоляционным соплом. При движении первого контактного элемента электрической дуги по отношению к расположению изоляционного сопла должно изменяться расстояние между входными отверстиями. Таким образом, между входными отверстиями образован изменяемый по ширине зазор, который заполнен изолирующим веществом. Входное отверстие соплового канала может заканчиваться выемкой изоляционного сопла. В эту выемку может вдаваться первый контактный элемент электрической дуги, в частности имея по отношению к выемке ответную форму. Вследствие относительного движения может изменяться глубина погружения первого контактного элемента электрической дуги в выемку. Изоляционное сопло может быть закреплено на первой контактной стороне. В частности изоляционное сопло должно быть соединено без возможности углового перемещения с первым контактным элементом номинального тока и должно иметь возможность с ним перемещаться. Первая контактная сторона может быть снабжена объемом нагрева для промежуточного накопления газа переключения. Изоляционное сопло может ограничивать этот объем нагрева, по меньшей мере, частично. Объем нагрева может, например, иметь по существу форму полого цилиндра, и через него может проходить первый контактный элемент электрической дуги, который может перемещаться по отношению к объему нагрева. Объем нагрева может быть ограничен с наружной стороны, например первым контактным элементом номинального тока.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что первый контактный элемент электрической дуги во время процесса включения приближается к изоляционному соплу.
С уменьшением расстояния от первого контактного элемента электрической дуги до входного отверстия соплового канала может уменьшаться зазор между контактным элементом электрической дуги и изоляционным соплом. В частности сближение входных отверстий дополнительно приводит к повышению скорости замыкания контактов во время процесса включения. Далее устройство переключения, таким образом, уже подготавливается при помощи процесса включения к процессу выключения.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что первый контактный элемент электрической дуги во время процесса выключения удаляется от изоляционного сопла.
С удалением первого контактного элемента электрической дуги от изоляционного сопла увеличивается зазор между входными отверстиями. Кроме того, увеличивается расстояние, которое должно преодолеваться дугой переключения. Соответственно дуга переключения может проще гаситься. В частности на момент времени после затухания дуги переключения и тем самым после окончательного разрыва протекания тока доходит благодаря разностям потенциалов до возникновения электрического поля между контактными сторонами. Изоляционное сопло состоит из изолирующего электричество материала, например из органического пластика, такого как политетрафторэтилен (ПТФЭ). На переходе между твердой изоляцией изоляционного сопла и текучей изоляцией вокруг первого контактного элемента электрической дуги в зазор с возрастающим отставанием может вводиться увеличенное количество изолирующего электричество, текучего вещества. Таким образом, переход между текучей и твердой изоляцией может выполняться диэлектрически более устойчивым. Следовательно, также предоставлена улучшенная электрическая прочность изоляции раствора контактов в выключенном положении.
Дальнейшая задача состоит в предоставлении подходящего устройства переключения для осуществления способа.
Задача решается с помощью устройства переключения с первой контактной стороной, которая может перемещаться по отношению ко второй контактной стороне, причем первая контактная сторона имеет первый контактный элемент номинального тока и первый контактный элемент электрической дуги, а вторая контактная сторона имеет второй контактный элемент номинального тока и второй контактный элемент электрической дуги, причем для создания относительного движения между первой контактной стороной и второй контактной стороной первый контактный элемент электрической дуги и первый контактный элемент номинального тока, а также второй контактный элемент электрической дуги и второй контактный элемент номинального тока приведены в движение, причем первая кинематическая цепь включает в себя приводное средство и первое ведомое средство и второе ведомое средство, причем первое ведомое средство присоединяет первый профиль движения к первому контактному элементу номинального тока, а второе ведомое средство присоединяет второй отличающийся профиль движения к первому контактному элементу электрической дуги, и вторая кинематическая цепь включает в себя приводное средство и первое ведомое средство и второе ведомое средство, причем первое ведомое средство присоединяет первый профиль движения ко второму контактному элементу номинального тока, а второе ведомое средство присоединяет второй отличающийся профиль движения ко второму контактному элементу электрической дуги.
Кинематическая цепь служит для передачи движения между двумя точками. Кинематическая цепь имеет, по меньшей мере, один машинный конструктивный элемент, при помощи которого передаются движения. Кинематическая цепь может иметь, например шатун, который передает движения. Далее кинематические цепи могут иметь несколько находящихся друг с другом в кинематической связи, машинных, конструктивных элементов, как например валы, рычаги, зубчатые колеса, зубчатые рейки, кривошипы, приводные элементы и т.д. Переданное кинематической цепью движение может в пределах кинематической цепи преобразовываться, изменяться, отцепляться, разделяться и т.д. Кинематическая цепь может действовать в качестве передаточного механизма, который имеет, по меньшей мере, одну входную сторону и, по меньшей мере, одну выходную сторону. Со стороны входа передаточный механизм может иметь приводное средство, а со стороны выхода ведомое средство.
Приводное средство воспринимает энергию привода для движения одного или нескольких контактных элементов, а ведомое средство выдает выходную энергию непосредственно или опосредованно на один или несколько контактных элементов. В качестве приводного и/или ведомого средства могут использоваться, например самые разные машинные конструктивные элементы, как например валы, рычаги, зубчатые колеса, кривошипы, пальцы, рейки и т.д. Приводная сторона и ведомая сторона могут быть, например входной и выходной стороной кинематической цепи. Кинематическая цепь может преобразовывать подведенное на приводной стороне движение и выдавать его на ведомой стороне. Тем не менее, может быть также предусмотрено то, что на приводной стороне и ведомой стороне имеют место, по меньшей мере, приблизительно аналогичные движения. Кинематическая цепь может быть передаточным механизмом. Благодаря использованию одного приводного средства и двух ведомых средств движение может подводиться и выдаваться различным профилям движения. Так, например, возможно использовать общее приводное устройство, которое присоединяет движение к приводному средству одной кинематической цепи или нескольких кинематических цепей, причем на ведомых средствах различные профили движения отсоединяются или присоединяются к соответствующему контактному элементу переключения. При использовании одной кинематической цепи далее предоставлена возможность выдавать на ведомой стороне несколько синхронизированных друг с другом профилей движения.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено то, что первое или второе ведомое средство первой кинематической цепи соединено с приводным средством второй кинематической цепи.
Благодаря соединению ведомого средства первой кинематической цепи с приводным средством второй кинематической цепи синхронизированы друг с другом выходные движения обеих кинематических цепей. Кроме того, может использоваться общее приводное устройство, чье выходное движение может преобразовываться на четыре различных профиля движения контактных элементов электрической дуги и номинального тока.
При неисправности это имеет то преимущество, что все устройство переключения не может быть переключено. Таким образом, отдельные движения или частичная функция устройства переключения предотвращены.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено то, что первое или второе ведомое средство соединено со второй кинематической цепью при помощи изолирующего электричество передаточного элемента.
При помощи изолирующего электричество передаточного элемента нейтрализуется утечка электрических потенциалов. Так, например, возможно располагать конструктивные элементы первой и второй кинематической цепи на различных контактных сторонах с отличающимися друг от друга электрическими потенциалами. В качестве изолирующих электричество передаточных элементов могут использоваться, например изоляционные втулки, изоляционные подшипники, изоляционные рычаги и т.д. Предпочтительно изолирующий электричество конструктивный элемент в области раствора контактов устройства переключения должен ограничивать электрически изолированный участок, так что находящиеся с обеих сторон от раствора контактов передаточные элементы кинематических цепей соединены друг с другом, тем не менее, пути токов короткого замыкания разорваны посредством изолирующего электричество элемента. В качестве передаточного элемента может использоваться, например изоляционное сопло. Изоляционное сопло покрывает, например раствор контактов между контактными сторонами. Таким образом, изоляционное сопло может служить, например, для ориентации и направления дуги переключения. Дополнительно изоляционное сопло может служить для передачи приводного движения в качестве элемента кинематической цепи.
Далее пример осуществления изобретения схематично показывается на чертежах и описывается в дальнейшем.
При этом показаны:
фиг. 1 - разрез по устройству переключения,
фиг. 2 - известное из фиг. 1 устройство переключения во включенном положении,
фиг. с 3 по 6 - процесс переключения для перевода устройства переключения из включенного положения (фиг. 2) в выключенное положение (фиг. 6),
фиг. 7 - первый вариант осуществления первого передаточного механизма и
фиг. 8 - второй вариант осуществления первого передаточного механизма.
Фиг. 1 показывает разрез по устройству переключения. Устройство переключения имеет герметичный корпус 1. Герметичный корпус 1 имеет по существу трубообразное, металлическое, основное тело. Основное тело проводит потенциал земли. Герметичный корпус 1 имеет продольную ось 2. Герметичный корпус 1 наполнен изолирующим электричество текучим веществом. Предпочтительно предусмотрено использование находящегося под избыточным давлением, изолирующего газа, как например гексафторид серы (элегаз), азот, углекислый газ и тому подобное. Торцевые отверстия на герметичном корпусе 1 в каждом случае герметично закрыты крышкой. На оболочке герметичного корпуса 1 расположены первый фланцевый штуцер 3 и второй фланцевый штуцер 4. Первый и второй фланцевый штуцер 3, 4 служат для электрически изолированного ввода фазовых проводов переключаемой цепи тока. Для того чтобы предотвращать улетучивание изолирующего электричество текучего вещества из внутренней части герметичного корпуса 1, с фланцевыми штуцерами 3, 4 соединены дисковые изоляторы, которые охватывают фазовые провода и закупоривают фланцевые штуцеры 3, 4. Альтернативно на фланцевых штуцерах 3, 4 могут быть расположены, например проходные изоляторы, для того чтобы интегрировать устройство переключения например в систему воздушной электропроводки.
Внутри герметичного корпуса 1 расположен прерывающий блок электрического устройства переключения. Прерывающий блок проходит по центру в герметичном корпусе 1 вдоль продольной оси 2. Прерывающий блок окружен и продуваем изолирующим электричество текучим веществом. Для электрически изолированного крепления прерывающего блока на герметичном корпусе 1 применены опорные изоляторы, из которых в качестве примера изображен один опорный изолятор 5. Прерывающий блок имеет первую контактную сторону 6 и вторую контактную сторону 7. Обе контактные стороны 6, 7 установлены с возможностью перемещения друг относительно друга. Первая контактная сторона 6 установлена с возможностью скольжения в первом несущем элементе 8. Вторая контактная сторона 7 установлена с возможностью скольжения во втором несущем элементе 9. Оба несущих элемента 8, 9 выполнены проводящими электричество и контактируют в каждом случае с одним из проведенных через фланцевые штуцеры 3, 4 фазовых проводов. Оба несущих элемента 8, 9 расположены неподвижно друг относительно друга и относительно герметичного корпуса 1. Оба несущих элемента 8, 9 выполнены в виде по существу вращательно-симметричных полых тел, чьи оси вращения направлены соосно с продольной осью 2. Торцы несущих элементов 8, 9 обращены друг к другу и расположены на расстоянии друг от друга. Обращенные друг к другу торцы несущих элементов 8, 9 соединены друг с другом при помощи изоляционного тела 10, так что оба несущих элемента 8, 9 вместе с изоляционным телом 10 образуют остов прерывающего блока. В данном случае изоляционное тело 10 выполнено в виде выпукло расширенного полого тела, внутри которого расположен раствор контактов между первой контактной стороной 6 и второй контактной стороной 7. В качестве изоляционного тела 10 могут также использоваться, например решетчатые стержневые конструкции или тому подобное.
Первая контактная сторона 6 и вторая контактная сторона 7 расположены с возможностью скольжения в каждом случае в одной втулке первого или второго несущего элемента 8, 9 и контактируют, проводя электричество, с несущими элементами 8, 9. Таким образом, при помощи несущих элементов 8, 9 предоставлено длительное контактирование обеих контактных сторон 6, 7 в каждом случае с одним из проведенных через фланцевые штуцеры 3, 4 фазовых проводов.
Первая контактная сторона 6 имеет первый контактный элемент 11 электрической дуги. Первая контактная сторона 6 имеет первый контактный элемент 12 номинального тока. Первый контактный элемент 11 электрической дуги выполнен в виде трубы и на торце оснащен втулкообразной контактирующей областью. Внутри первого контактного элемента 11 электрической дуги проходит канал для отвода газа переключения. Втулкообразная контактирующая область служит в качестве входного отверстия канала первого контактного элемента 11 электрической дуги. Первый контактный элемент 11 электрической дуги направлен соосно с продольной осью 2 и может перемещаться вдоль продольной оси 2. Со стороны наружной оболочки первый контактный элемент 11 электрической дуги охвачен трубообразным первым контактным элементом 12 номинального тока. Первый контактный элемент 12 номинального тока может перемещаться вдоль продольной оси 2 по отношению к первому контактному элементу 11 электрической дуги. На второй контактной стороне 7 расположен второй контактный элемент 13 электрической дуги. Второй контактный элемент 13 электрической дуги выполнен в виде стержня и установлен с возможностью перемещения, соосно с продольной осью 2. Второй контактный элемент 13 электрической дуги охвачен по существу трубообразным вторым контактным элементом 14 номинального тока. Второй контактный элемент 14 номинального тока и второй контактный элемент 13 электрической дуги могут перемещаться друг относительно друга и вдоль продольной оси 2.
В цилиндрическом пространстве между первым контактным элементом 12 номинального тока и первым контактным элементом 11 электрической дуги расположен объем 15 нагрева. Объем 15 нагрева на своей обращенной ко второй контактной группе 7 стороне ограничен изоляционным соплом 16. Изоляционное сопло 16 соединено без возможности углового перемещения с первым контактным элементом 12 номинального тока, так что движения первого контактного элемента 12 номинального тока осуществляются вместе с изоляционным соплом 16. Первый контактный элемент 11 электрической дуги может перемещаться по отношению к первому контактному элементу 12 номинального тока и изоляционному соплу 16. Изоляционное сопло 16 имеет основной участок и вспомогательный участок, причем основной участок и вспомогательный участок отделены друг от друга кольцевым каналом 17, который соединяет сопловой канал с объемом 15 нагрева. Кольцевой канал 17 с радиальных направлений заканчивается сопловым каналом. Сопловой канал проходит прямо в направлении продольной оси 2 по центру через вращательно-симметричное изоляционное сопло 16. Торцевые входные отверстия соплового канала в каждом случае обращены к одному из контактных элементов 11, 13 электрической дуги. Обращенное к первому контактному элементу 11 электрической дуги входное отверстие соплового канала заканчивается выемкой изоляционного сопла 16. При этом первый контактный элемент 11 электрической дуги погружается в выемку, так что втулкообразная контактирующая область первого контактного элемента 11 электрической дуги в качестве входного отверстия расположена напротив обращенного торцевого входного отверстия изоляционного сопла 16. Между обращенными друг к другу входными отверстиями первого контактного элемента 11 электрической дуги и соплового канала образован зазор изменяемой величины. Ширина зазора изменяется в зависимости от положения переключения устройства переключения. Первый контактный элемент 11 электрической дуги, имея ответную форму, вставлен в выемку (изоляционного сопла 16), которой заканчивается сопловой канал. Изменяемый зазор охвачен по периметру изоляционным соплом 16.
Приводное устройство расположено снаружи окруженного герметичным корпусом 1 пространства. Выданное не изображенным на фиг. 1 приводным устройством движение передается при помощи приводного штока 18, сохраняя герметичность, через стенку герметичного корпуса 1 на расположенный внутри, прерывающий блок. В данном случае приводной шток 18 приспособлен для того, чтобы осуществлять по существу линейное движение. Приводной шток 18 расположен своей осью на продольной оси 2 герметичного корпуса 1 и может перемещаться в направлении продольной оси 2. Приводной шток 18 является приводным средством первой кинематической цепи. Первая кинематическая цепь имеет первый передаточный механизм 19. Первый передаточный механизм 19 первой кинематической цепи имеет первое ведомое средство 20 и второе ведомое средство 21. Первое ведомое средство 20 соединено с первым контактным элементом 12 номинального тока. Второе ведомое средство 21 соединено с первым контактным элементом 11 электрической дуги. Первое ведомое средство 20 и второе ведомое средство 21 присоединяют отличающиеся друг от друга профили движения к первому контактному элементу 12 номинального тока, а также к первому контактному элементу 11 электрической дуги. Принцип действия и конструкцию первого передаточного механизма 19 в первом варианте осуществления можно увидеть на фиг. 7, и они описываются более подробно в части описания, относящейся к фиг. 7.
С первым контактным элементом 12 номинального тока без возможности углового перемещения соединено изоляционное сопло 16. Изоляционное сопло 16, изолируя электричество, закрывает находящийся между контактными сторонами 6, 7 раствор контактов. Изоляционное сопло 16 вдается во второй контактный элемент 14 номинального тока и прилегает ко второму контактному элементу 14 номинального тока. Второй контактный элемент 13 электрической дуги может погружаться в сопловой канал изоляционного сопла 16. Во время движения переключения изоляционное сопло 16 погружается во второй контактный элемент 14 номинального тока. На отвернутом от первого контактного элемента 12 номинального тока конце изоляционного сопла 16 закреплен шатун 22 с возможностью поворотного движения. Шатун 22/изоляционное сопло 16 образует второе приводное средство второй кинематической цепи, которая имеет второй передаточный механизм 23. Второй передаточный механизм 23 имеет распложенное неподвижно на втором несущем элементе 9 плечо 24 кривошипа. Плечо 24 кривошипа соединено с шатуном 22, так что линейное движение изоляционного сопла 16 может преобразовываться во вращательное движение плеча 24 кривошипа. Далее плечо 24 кривошипа имеет кулису, с которой входит в зацепление направляющий палец. Направляющий палец направлен поперек продольной оси 2 и скрещивается с продольной осью 2. Направляющий палец соединен неподвижно под углом со вторым контактным элементом 14 номинального тока и вместе с ним может перемещаться вдоль продольной оси 2. Направляющий палец действует в качестве первого ведомого средства второй кинематической цепи. Через движение плеча 24 кривошипа вместе с кулисой вращательное движение преобразовывается в линейное движение и передается на второй контактный элемент 14 номинального тока. При этом приводное линейное движение приводного средства (шатуна 22/изоляционного сопла 16) имеет противоположное направление относительно движения второго контактного элемента 14 номинального тока. Далее благодаря приданию формы кулисы на второй контактный элемент 14 номинального тока накладывается определенный профиль движения.
Во втором контактном элементе 14 номинального тока установлен с возможностью перемещения второй контактный элемент 13 электрической дуги. Второй контактный элемент 13 электрической дуги на своем отвернутом от контактирующей области конце имеет T-образную головку, которая установлена в выемке с возможностью линейного скользящего перемещения. Кроме того, на втором контактном элементе 14 номинального тока расположена точка вращения двуплечего рычага 25, чье одно плечо проведено с возможностью скольжения в продольном пазе Т-образной головки второго контактного элемента 13 электрической дуги. Своим другим плечом двуплечий рычаг 25 входит в зацепление с неподвижной дорожкой 26 кулисы. Неподвижная дорожка 26 кулисы соединена под определенным углом со вторым несущим элементом 9. Во время движения переключения второй контактный элемент 14 номинального тока перемещается вдоль продольной оси 2. Соответственно вместе с ним также перемещается точка вращения двуплечего рычага 25. Двуплечий рычаг 25 считывает неподвижную дорожку 26 кулисы и вследствие развития движения второго контактного элемента 14 номинального тока поворачивается в зависимости от хода неподвижной дорожки 26 кулисы. Это поворотное движение передается через продольный паз в Т-образной головке второго контактного элемента 13 электрической дуги на контактный элемент 13 электрической дуги. В зависимости от хода неподвижной дорожки 26 кулисы осуществляется движение второго контактного элемента 13 электрической дуги при помощи профиля движения, который отличается от профиля движения второго контактного элемента 14 номинального тока. Двуплечий рычаг 25 действует в качестве второго ведомого средства второй кинематической цепи. В данном случае первое ведомое средство 20 первой кинематической цепи соединено с приводным средством второй кинематической цепи, причем изоляционное сопло 16 служит в качестве изолирующего электричество передаточного элемента.
Далее будет описываться процесс движения электрического устройства переключения из его включенного положения (фиг. 2) в его выключенное положение (фиг. 6). Во включенном положении контактные элементы 12, 14 номинального тока, а также контактные элементы 11, 13 электрической дуги находятся в зацеплении друг с другом. Первый контактный элемент 11 электрической дуги погружен в выемку изоляционного сопла 16 и имеет минимальное расстояние до обращенного входного отверстия соплового канала. Сначала подается движение на приводной шток 18. Это движение передается дальше почти напрямую на первый контактный элемент 12 номинального тока. Первый контактный элемент 12 номинального тока удаляется от второго контактного элемента 14 номинального тока. Одновременно прикладывается движение к первому контактному элементу 11 электрической дуги, который удаляется от второго контактного элемента 13 электрической дуги. Первый контактный элемент 11 электрической дуги также удалятся от изоляционного сопла 16, так что зазор до входного отверстия соплового канала увеличивается. Ввиду принципа действия первого передаточного механизма 19 первый контактный элемент 11 электрической дуги перемещается быстрее, чем первый контактный элемент 12 номинального тока (см. фиг. 7 и относящееся к ней описание). Через изоляционное сопло 16 и шатун 22 движение первой кинематической цепи передается на плечо 24 кривошипа. Кулиса плеча 24 кривошипа имеет такую форму (концентрическая круговая дорожка вокруг точки вращения кривошипа), что сначала движение на второй контактный элемент 14 номинального тока и второй контактный элемент 13 электрической дуги не может передаваться (фиг. 2). В момент разъединения контактных элементов 12, 14 номинального тока (фиг. 3) ток выключения коммутирует на контактные элементы 11, 13 электрической дуги. Движение второго контактного элемента 14 номинального тока начинается. Следовательно, также второй контактный элемент 13 электрической дуги сначала перемещается с такой же скоростью, как и второй контактный элемент 14 номинального тока. После разъединения контактных элементов 12, 14 номинального тока осуществляется разъединение контактных элементов 11, 13 электрической дуги (фиг. 4). Дополнительное ускорение контактных элементов 11, 13 электрической дуги в каждом случае накладывается первым или вторым передаточным механизмом 19, 23 на контактные элементы 11, 13 электрической дуги. Контактные элементы 11, 13 электрической дуги в каждом случае перемещаются быстрее, чем согласованные контактные элементы 12, 14 номинального тока. Относительная скорость между контактными элементами 11, 13 электрической дуги на момент времени разъединения контактов должна была достигнуть своего максимального значения. Контактные элементы 11, 13 электрической дуги после разъединения могут проводить дугу переключения, которая предпочтительно горит внутри соплового канала. Нагретый дугой переключения газ переключения может отводиться из соплового канала в направлении входного отверстия первого контактного элемента 11 электрической дуги и проводиться в канале первого контактного элемента 11 электрической дуги. Далее горячий газ переключения может временно накапливаться и сжиматься в объеме 15 нагрева.
При помощи опережающего движения выключения увеличивается расстояние между входными отверстиями соплового канала и канала первого контактного элемента 11 электрической дуги. Далее контактные элементы 11, 13 электрической дуги перемещаются назад в тень поля в каждом случае согласованных контактных элементов 12, 14 номинального тока. Благодаря развитию движения переключения все большие части контактных элементов 11, 13 электрической дуги находятся в соответствующей тени поля. При полном вхождении контактных элементов 11, 13 электрической дуги (в частности контактирующих областей) в соответствующие тени полей преодолено критическое расстояние между контактными элементами 12, 14 номинального тока. С достижением критического расстояния имеет место достаточная диэлектрическая (пробивная) прочность между обеими контактными сторонами 6, 7 (фиг. 5).
После затухания дуги переключения сжатый газ переключения поступает из объема нагрева в сопловой канал и очищает его от оставшегося нагара. Контактные элементы 11, 13 электрической дуги и контактные элементы 12, 14 номинального тока удаляются друг от друга дальше. Таким образом, достигается устойчивое конечное положение, в котором при устойчивых диэлектрических соотношениях между контактными сторонами 6, 7 отличающиеся электрические потенциалы разъединены друг от друга. В выключенном положении (фиг. 6) зазор между входным отверстием канала первого контактного элемента 11 электрической дуги и обращенным входным отверстием соплового канала имеет свою самую большую осевую ширину.
Во время процесса включения из выключенного положения (фиг. 6) во включенное положение (фиг. 2) осуществляется обратный процесс движения.
На фиг. 7 подробно показан первый передаточный механизм 19 первого варианта осуществления.
Первый передаточный механизм 19 имеет одноплечий рычаг 27. Одноплечий рычаг 27 установлен несъемно с возможностью поворота на первом несущем элементе 8. Приводной шток 18 соединен с возможностью поворота с одноплечим рычагом 27 при помощи пальца. Палец проходит также сквозь продольный паз первого ведомого средства 20. Первое ведомое средство 20 выполнено по существу в виде трубы, причем первый контактный элемент 12 номинального тока или изоляционное сопло 16 соединены с ведомым средством 20. При помощи продольного паза первого ведомого средства 20 может компенсироваться ход вверх, возникающий во время поворота одноплечего рычага 27, в то время как поворотное соединение между приводным штоком 18 и одноплечим рычагом 27 при помощи пальца выравнивается посредством упругого отклонения приводного штока 18. Второе ведомое средство 21 проведено с возможностью перемещения внутри первого трубообразного ведомого средства 20. Через находящееся на боковой поверхности первого ведомого средства 20 отверстие изгиб второго ведомого средства 21 выступает из внутренней части первого ведомого средства 20. Изгиб второго ведомого средства 21 соединен с одноплечим рычагом. Для этого изгиб имеет продольный паз, с которым входит в зацепление шип одноплечего рычага 27. При этом расстояние от шипа до точки вращения одноплечего рычага 27 больше, чем расстояние от пальца до точки вращения одноплечего рычага 27. Соответственно второе ведомое средство 21 перемещается быстрее, чем первое ведомое средство 20. Таким образом, оба ведомых средства 20, 21 присоединяют отличающиеся друг от друга профили движения к первому контактному элементу 12 номинального тока, а также к первому контактному элементу 11 электрической дуги. В предусмотренном согласно фиг. 7 варианте осуществления движения различных профилей движения обоих ведомых средств 20, 21 начинаются и заканчиваются в один и тот же момент времени.
На фиг. 8 изображен второй вариант осуществления первого передаточного механизма 19а.
Приводной шток 19 соединен болтами непосредственно с первым ведомым средством 20. Таким образом, движение приводного штока 19 передается непосредственно на первое ведомое средство 20, а также первый контактный элемент 12 номинального тока и изоляционное сопло 16. Следовательно, приводной шток 19 в качестве приводного средства перемещается так же, как и первое ведомое средство 20. На первом ведомом средстве 20 установлен с возможностью поворота двуплечий поворотный рычаг 28. Первое плечо поворотного рычага 28 соединено со вторым ведомым средством 21. Второе ведомое средство 21 имеет продольный паз, в котором скользит шип первого плеча рычага. Таким образом, может компенсироваться ход вверх первого плеча рычага во время поворота. Второе плечо поворотного рычага 28 оснащено направляющим элементом, который входит в зацепление с кулисой, которая неподвижно соединена с первым несущим элементом 8. На обоих концах кулиса имеет участок, параллельный к оси движения первого контактного элемента 11 электрической дуги. Центральная область кулисы имеет наклон по отношению к оси движения первого контактного элемента 11 электрической дуги.
Во время движения первого ведомого средства 20 (приведенного в движение приводным штоком 19) вместе с ним перемещается установленный на нем несъемно поворотный рычаг 28. Направляющий элемент скользит по кулисе. Во время прохождения/направления по концевым областям кулисы к поворотному рычагу 28 не прикладывается отклоняющее усилие. Следовательно, первый контактный элемент 11 электрической дуги и первый контактный элемент 12 номинального тока перемещаются аналогичным образом. Во время этих фаз первый контактный элемент 11 электрической дуги и первый контактный элемент 12 номинального тока находятся в покое друг относительно друга.
Во время прохождения центральной области кулисы на второе ведомое средство 21 в зависимости от характера наклона кулисы накладывается дополнительное ускоренное движение. Соответственно второе ведомое средство 21 перемещается быстрее или медленнее по отношению к первому контактному элементу 12 номинального тока. При помощи придания соответствующей формы кулисы можно изменять профиль движения второго ведомого средства 21. Второе ведомое средство 21 соединено с первым контактным элементом 11 электрической дуги. Первый контактный элемент 12 номинального тока и первый контактный элемент 11 электрической дуги перемещаются при помощи отличающихся друг от друга профилей движения.