РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электротехническим устройствам, а именно к разъединителям высокого напряжения наружной установки и предназначена для включения и отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения наружного размещения при отсутствии нагрузочного тока, а также заземления отключенных участков этих линий.
Разъединители применяются внутри различных электроустановок: в шкафах управления, распределительных шкафах, Их предназначение - отключать участки цепи, находящиеся без нагрузки, создавая тем самым видимый разрыв на линии. Это необходимо для соблюдения безопасности работающего на отключенном участке персонала. Согласно ГОСТ Р 52726-2007 разъединитель - контактный коммутационный аппарат, который обеспечивает в отключенном положении изоляционный промежуток, удовлетворяющий нормированным требованиям. Разъединитель способен размыкать и замыкать цепь при малом токе или малом изменении напряжения на выводах каждого из его полюсов. Он также способен проводить токи при нормальных условиях в цепи и проводить в течение нормированного времени токи при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание.
Известны многочисленные устройства для включения и отключения, находящихся под напряжением участков электрической цепи высокого напряжения. Многочисленность таких устройств обусловлена разнообразием конкретных условий эксплуатации. Так известны разъединители по RU 79723, H02B 1/00, RU 2035784, H01H 31/00, RU 2150763, H01H 31/00, H02B 1/04, выполненные с опорно-поворотным изолятором с контактным ножом наверху. Данные разъединители широко применяются в системах передачи высокого напряжения. Но все они имеют недостатки, выраженные в невысокой надежности работы в условиях наружного размещения, низкой безопасности эксплуатации и повышенной трудоемкости в обслуживании. В частности, слабым местом является конструкция контактных пар (контактных площадок) токопроводящего контура.
Выполнение на концах контактных ножей крюков и/или колец для улучшения контакта не является оптимальным конструкторским решением, обеспечивающим достаточно надежный электрический контакт, что может приводить к образованию микродуг при замыкании контура и, следовательно, к повышению сопротивления контактной пары. Последнее в свою очередь повышает вероятность дугообразования.
Некоторые эти недостатки решены в известном разъединителе высокого напряжения для трехфазной силовой системы, включающем раму, представляющую собой горизонтально расположенную стальную прямоугольную сварную конструкцию с тремя опорными поперечными балками, три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленных на концах опорных балок по одну сторону рамы, на верхнем фланце каждого из которых неподвижно закреплена токопроводящая шина с контактными губками на конце, три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленных на концах опорных балок по другую сторону рамы, на верхнем фланце каждого из которых одним концом подвижно закреплена токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа, имеющего на другом конце контактную площадку, три изолятора, закрепленные на тягах, соединенных с механизмом вертикального перемещения, на верхних фланцах каждого из которых подвижно закреплена второй точкой токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа в положении, обеспечивающим необходимое перемещение контактного ножа в вертикальной плоскости, заземляющий контур, представляющий собой заземляющие шины с контактными губками, при этом расстояние между токопроводящей шиной, неподвижно закрепленной на верхнем фланце изолятора и верхним краем губок заземляющей шины, расположенной ниже соответствующего изолятора, составляет 440-500 мм, подвижный контактный нож в нейтральном положении расположен между контактными губками шин заземляющего контура и контактными губками шин, неподвижно закрепленных на верхнем фланце изоляторов, токопроводящие шины, расположенные поверх изоляторов и все контактные губки выполнены из материалов на основе меди, наружные плоскости контактных губок подпружинены с помощью плоских пластин из упругой стали, а на верхнем фланце изолятора с подвижно закрепленной токопроводящей шиной в виде подвижного контактного ножа ниже места его закрепления выполнена дополнительная изоляционная пластина (RU 118791, H01H 31/00, опубл. 27.12.2012). Данное решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Особенным достоинством заявляемого разъединителя в плане осуществления безопасности эксплуатации является возможность нахождения контактного ножа в нейтральном положении, что бывает необходимо в отдельных случаях проведения монтажных работ. Кроме того для замыкания токопроводящего контура контактный нож движется снизу вверх, что снижает вероятность неконтролируемого или случайного замыкания токопроводящего контура. Аналогично повышает безопасность эксплуатации и расположение контактных губок заземляющего контура, которые располагаются ниже нейтрального положения контактного ножа. В соответствие с этим для замыкания заземляющего контура контактный нож движется сверху вниз, что также снижает возможность неконтролируемого или случайного размыкания контура. Эти конструктивные особенности позволяют повысить безопасность эксплуатации и снизить трудоемкость обслуживания.
Однако, в известном решении имеется ряд серьезных недостатков, которые приводят к эксплуатационной ненадежности разъединителя, которые проявляются с увеличением времени его эксплуатации. Это обусловлено тем, что любая механическая система рычажного типа процессе эксплуатации приобретает износную и усталостную ошибку, которая нарабатывает в сторону увеличения. В известном решении предполагается наличие заземляющего контура, выполненного в виде контактных губок заземляющих шин. При этом эти контактные губки расположены по ходу движения подвижных контактных ножей на стороне трех вертикально расположенных опорных изоляторов, неподвижно закрепленных на концах опорных балок по сторону рамы, противоположную изоляторам с шарнирно закрепленными на них контактных ножей. При движении вниз свободный конец контактного ножа по дуге перемещается вниз и должен попасть между контактными губками, направление которых по углу положения выбрано так, что свободный конец ножа должен быть утоплен в этих губках. Но на практике возможны случаи, когда этот свободный конец ножа может не дойти до губок, или войти в них с ударом, или губки будут засорены и т.д. Часть этих вариантов может быть результатом неполного срабатывания привода перемещения ножей, обусловленного износом связей, а часть этих вариантов может быть результатом того, что размеры посадочного гнезда контактных губок в результате износа увеличились и не дают полного контакта. Попадание свободного конца ножа в гнездо губок при угловом перемещении требует точной настройки системы позиционирования подвижного ножа на изоляторе: любые отклонения оси вращения ножа при эксплуатации увеличивает этот угол отклонения, в результате чего нож опускается вниз не в вертикальной плоскости, проходящей через губки, а в плоскости, имеющей угловое отклонение от требуемой траектории перемещения. Это приводит к разбалтыванию всей системы и к ее преждевременному износу.
Кроме того, базой, на которой вся система разъединителя смонтирована, является рама, но на этой раме все изоляторы установлены вертикально вверх и консольно закрепленными. Надо учесть, что изоляторы работают под механическим напряжением и динамической нагрузкой от перемещающихся ножей и привода. При этом крайние изоляторы с каждой стороны рамы смонтированы на консольных участках поперечин рамы. При работе разъединителя в режиме динамических контактов с ножом эти изоляторы подвергаются воздействию, приводящему к их качанию (отклонению от вертикали) относительно точки консольного закрепления. Эти нагрузки так же передаются на консоли поперечин, которые не имеют опоры по свободным концам. В результате, крайне расположенные изоляторы, являющиеся опорными элементами для ножей, сами не имеют устойчивой опоры на раме (в диапазоне упругих деформаций материала поперечин). Это влияет на геометрию взаимно связанного позиционирования всех элементов в каждой линейном узле разъединителя.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности работы и эксплуатационной долговечности за счет исключения возможности неустойчивого положения крайних изоляторов и повышения точности попадания ножей в контакты заземляющего контура путем увеличения пути перемещения ножей вниз.
Указанный технический результат достигается тем, что в разъединителе высокого напряжения, включающем раму, состоящую из лонжеронов с прикрепленными к ним поперечинами, на первой из которых закреплены вертикально ориентированные по крайне мере два опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на второй из которых закреплены по крайне мере два опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплена токопроводящая шина в виде контактного ножа с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на опорных изоляторах на первой поперечине, при этом каждый контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в контактных губках в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины, при этом каждый контактный нож снабжен дополнительным изолятором, связанным с приводом поворота контактного ножа в вертикальной плоскости и с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения каждого ножа на соответствующем опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки на ноже, причем все опорные изоляторы размещены по краям поперечин, рама представляет собой конструкцию, в которой концы поперечин на каждой стороне рамы жестко связаны между собой и с лонжеронами или напрямую с лонжеронами, контактные губки заземляющей шины прикреплены к раме на стороне размещения опорных изоляторов на второй поперечине и ниже уровня крепления этих опорных изоляторов на этой поперечине, а опорные изоляторы на второй поперечине и дополнительные изоляторы, каждый из которых связан с контактны ножом через жестко закрепленный на этом ноже рычаг, расположены наклонно в сторону опорных изоляторов на первой поперечине.
Указанный технический результат так же достигается тем, что в разъединителе высокого напряжения, включающем раму, представляющую собой горизонтально расположенную стальную сварную конструкцию, состоящую из лонжеронов с прикрепленными к ним поперечинами, на первой из которых закреплены вертикально ориентированные по крайне мере два опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплена токопроводящая шина с контактными губками, а на второй из которых закреплены по крайне мере два опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплена подвижно токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа, имеющего контактную площадку для взаимодействия с контактными губками опорных изоляторов на первой поперечине, а так же привод перемещения подвижного контактного ножа в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки указанного ножа в контактных губках в положение размещения контактной площадки указанного ножа в контактных губках заземляющей шины, при этом исполнительный элемент указанного привода связан через дополнительный изолятор с каждым подвижным контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения каждого ножа на соответствующем опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки на ноже, причем все опорные изоляторы размещены по краям поперечин, концы поперечин рамы жестко по каждой боковой стороне связаны между собой продольными элементами и подкреплены укосинами, связывающими концы поперечин с лонжеронами, или концы поперечин рамы жестко по каждой боковой стороне соединены с лонжеронами с образованием прямоугольной в плане рамы, контактные губки заземляющей шины прикреплены к раме на стороне размещения опорных изоляторов на второй поперечине и ниже уровня крепления этих опорных изоляторов на этой поперечине, опорные изоляторы на второй поперечине и дополнительные изоляторы расположены наклонно в сторону опорных изоляторов на первой поперечине.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема линейного контактного узла одной фазы разъединителя;
фиг. 2 - изображено положение элементов линейного контактного узла одной фазы разъединителя при разрывании цепи;
фиг. 3 - общий вид трехфазного разъединителя.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция разъединителя высокого напряжения наружной установки, предназначенного для включения и отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения при отсутствии нагрузочного тока, а также заземления отключенных участков этих линий. Разъединитель двухфазный или трехфазный (в зависимости от типа сети) включает в себя несколько линейных контактных узлов для одной фазы, выполненные одинаково и собранные на общей раме в коммутационную конструкцию.
Каждый линейный контактный узел для одной фазы (фиг. 1 и 2) размещен на раме 1 и включает в себя вертикально ориентированный один опорный изолятор 2, на верхнем свободном конце которого закреплены контактные губки 3 токопроводящей шины 4, и один опорный изолятор 5, на верхнем свободном конце которого закреплена токопроводящая шина 6 с контактным ножом 7 с контактной площадкой 8 для взаимодействия с контактными губками 3 на первом опорном изоляторе 2. Опорные изоляторы 2 и 5 установлены на расстоянии друг от друга. При этом второй опорный изолятор 5, несущий токопроводящую шину 6, с которой поворотно (на горизонтальном шарнире или оси 9) соединен контактный нож 7, расположен наклонно в сторону первого опорного изолятора 2. Контактный нож 7, обладающий возможностью поворота относительно токопроводящей шины 6, связан с этой неподвижной токопроводящей шиной 6 посредством упруго деформируемой пружинящей контактной пластины 10 или стержня (прутка) или медного шлейфа.
Контактный нож 7 выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения его контактной площадки 8 в подвижных губках 3 в положение размещения контактной площадки 8 в контактных губках 11 заземляющей шины 12. А контактные губки 11 заземляющей шины 12 прикреплены к раме на стороне размещения второго (наклонного) опорного изолятора 5 и ниже уровня крепления опорных изоляторов на раме. Причем контактный нож 7 снабжен дополнительным изолятором 13, связанным с приводом 14 поворота (привод, например, может быть выполнен в виде системы рычагов 15, обеспечивающей два крайних рабочих положения и одно нейтральное) контактного ножа в вертикальной плоскости и с контактным ножом в точке A, расположенной между осью 9 вращения этого ножа на втором опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки 8 на ноже. Подвижный контактный нож линейного узла разъединителя имеет три положения - положение замыкания заземляющего контура, нейтральное положение и положение замыкания токопроводящего контура. Дополнительный изолятор 13, так же расположен наклонно в сторону первого опорного изолятора 2 и, по сути, параллельно наклону второго опорного изолятора 5. В данной конструкции расстояние между токопроводящей шиной 4, неподвижно закрепленной на верхнем фланце первого опорного изолятора 2 и верхним краем губок 11 заземляющей шины 12, расположенной ниже соответствующего второго опорного изолятора 5, составляет не менее 440-500 мм. При этом для увеличения хода контактного ножа и обеспечения его в практически вертикальном опущенном вниз положении (в режиме контакта с заземляющей шиной) дополнительный изолятор связан шарнирно (шарнир 16) с одним плечом рычага 17, другое плечо которого неподвижно закреплено (поз. 18) на контактном ноже. Это увеличивает угол наклона ножа, что позволяет существенно увеличить это расстояние до гарантированно непробиваемого при самых неблагоприятных климатических условиях эксплуатации.
Контактные губки на первом опорном изоляторе могут быть выполнены подпружинивающими из плоских упругих стальных пластин. Заземляющий контур выполнен заодно с рамой и состоит из трех стальных пластин, один конец которых приварен к раме, а на другом закреплены контактные губки, аналогичные губкам шин токоподводящего контура с подпружинивающими плоскими упругими стальными пластинами. Все контактные губки могут быть выполнены из материалов на основе меди, наружные плоскости контактных губок подпружинены с помощью плоских пластин из упругой стали. Точная конструкция губок и подпружинивающего их механизма в данной заявке не рассматривается. В качестве опорных изоляторов могут применяться изоляторы, например марки C4-80. В зависимости от величины напряжения могут применяться изоляторы других марок.
Работает линейный узел разъединителя следующим образом (фиг. 2). В исходном положении контактный нож 7 отдельного линейный узла разъединителя находится в положении замыкания заземляющего контура или в нейтральном положении. Для осуществления замыкания токопроводящего контура, т.е. приведения устройства в рабочее положение с помощью рычажного привода перемещают тяги 15 механизма, приводящего к повороту дополнительного изолятора 13. Последний через рычаг 17 оказывает давление на контактный нож 7 и выводит его из контактных губок 11 заземляющей шины 12. При дальнейшем повороте дополнительного изолятора 13 контактный нож 7 перемещается вверх до контакта его токопроводящей площадки 8 с контактными губками 3 токоподводящей шины 4. Плотность электрического контакта обуславливается сжимающим усилием стальных пластин, подпружинивающих губки. В этом состоянии фиксатором (не показан) закрепляется положение тяг привода, что исключает самопроизвольное или случайное перемещение контактного ножа. Таким образом, осуществляется рабочее состояние разъединителя. Для разъединения соединения токопроводящего контура вынимается фиксатор рычажной системы привода, контактный нож переводится с помощью рычажного устройства в нейтральное положение или в положение замыкания заземляющего контура и там фиксируется.
Данный линейный контактный узел для одной фазы в количестве двух или трех (в зависимости от количества фаз в сети) монтируется на раме 1 (фиг. 3). Рама состоит из лонжеронов 19 с прикрепленными к ним поперечинами 20. Рама представляет собой конструкцию, в которой концы 21 поперечин 20 на каждой стороне рамы жестко связаны между собой и с лонжеронами или напрямую с лонжеронами. Например, рама может представлять собой горизонтально расположенную стальную сварную конструкцию (фиг. 3), состоящую из лонжеронов 19 с прикрепленными к ним поверх лонжеронов поперечинами 20, концы 21 которых выведены за лонжероны. В этой раме концы 21 поперечин 20 жестко по каждой боковой стороне рамы связаны между собой продольными элементами 22 и подкреплены укосинами 23, связывающими концы 21 поперечин с лонжеронами 19. В другом варианте исполнения концы поперечин 20 рамы могут быть жестко по каждой боковой стороне соединены с лонжеронами 19 непосредственно с образованием прямоугольной в плане рамы (то есть поперечины расположены не над лонжеронами, как в первом варианте исполнения, а между лонжеронами). При любом исполнении рамы исключается консольное крепление концов поперечин, что исключает возможность их упругой деформации и колебаний и передачи этих колебаний консольно закрепленным опорным изоляторам. В этом случае опорные изоляторы, закрепленные по краям поперечин, сохраняют вертикальное положение своей продольной оси и, соответственно, положение контактных губок по отношению к траектории перемещения контактной площадки ножа. Несмотря на то, что в процессе эксплуатации возможен износ оси вращения контактного ножа (что приведет к некоторому изменению траектории перемещения ножа - отклонение от вертикальной плоскости), снижается вероятность непопадания контактной площадки ножа в зев контактных губок.
В собранной конструкции разъединителя, представленной на фиг. 3 для трехфазного варианта его исполнения, на первой поперечине закреплены вертикально ориентированные три (для двухфазного варианта исполнения - два) опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на второй поперечине смонтированы с наклоном в сторону первых изоляторов три опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплена токопроводящая шина в виде контактного ножа с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на опорных изоляторах на первой поперечине. Крайние в этой схеме трехфазного разъединителя опорные изоляторы размещены по краям поперечин, а в варианте двухфазного разъединителя все опорные изоляторы размещены по краям поперечин.
Каждый контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в подвижных губках в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины. Каждый контактный нож снабжен дополнительным изолятором, связанным с приводом поворота контактного ножа в вертикальной плоскости и с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения каждого ножа на соответствующем опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки на ноже. Каждый дополнительный изолятор в этой схеме связан со своим контактным ножом через жестко закрепленный на этом ноже двуплечий рычаг по принципу, который был рассмотрен ранее применительно в конструкции отдельного линейного узла.
В рассмотренной в качестве примера конструкции трехфазного разъединителя все узлы каждого линейного коммутационного узла имеют точное позиционирование относительно друг друга, так как в конструкции опорной рамы, на которой все узлы базируются, конструктивно исключена возможность ее упругой деформации, которая могла бы влиять на положение осей изоляторов в момент отключения или включения коммутации. Это существенно повышает эксплуатационную надежность и долговечность разъединителя. Положительным является разъединение коммутации за счет опускания контактного ножа по траектории вниз. Но в этом случае необходимо обеспечить гарантированную безопасность для персонала, независимо от того, что контакты разомкнуты. В разъединителе это обеспечивается расстоянием от точки расположения контакта контактной площадки ножа в губках заземляющей шины до контактных губок вертикально ориентированного опорного изолятора. Теоретически и, как принято на практике, это примерно 440-500 мм. Это следует из того, что разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляется следующее требование: «создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению». Эта директивная установка требования подразумевает, что для каждого нестандартного случае использования, в том числе и в критических климатических условиях, необходимо обеспечить такой видимый разрыв, «электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению». Для условий высокой влажности или наледи (как пример) расстояние должно быть большим, но для получения большого расстояния в решении по прототипу необходимо сильно увеличить габариты разъединителя по длине линейного узла и по высоте. Это не является лучшим решением. А в заявленной конструкции нож в положении размыкания цепи находится практически вертикально опущенным вниз. При таком исполнении разъединитель приобретает компактность, а величина этого контрольного расстояния, гарантирующего «электрическую прочность, превышающую максимальное импульсное напряжение» становится существенно больше принятого на практике расстояния в 440-500 мм. Конкретная величина этого расстояния в заявленной конструкции становится зависимой от длины контактного ножа, а не от габаритов разъединителя в целом. Для обеспечения возможности практически вертикального положения контактного ножа в положении замыкания с заземляющим контуром опорный изолятор 5 устанавливается наклонно в сторону опорного изолятора 2. Это выводит ось вращения контактного ножа в положение, при котором тело опорного изолятора не мешает ножу находиться вертикально опущенным. Наклонное положение дополнительного изолятора определено не необходимостью того, чтобы продольные оси этого изолятора и опорного изолятора 5 были параллельны, а тем, что именно при таком положении рычажная связь дополнительного изолятора с контактным ножом позволяет сформировать траекторию перемещения этого ножа без отклонений в вертикальной плоскости. Это позволяет точно позиционировать контактную площадку ножа в приемных контактных губках опорного изолятора 2.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена по технологиям, которые применяются сегодня в производстве разъединителей высокого напряжения.