ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности может быть использована в быстродействующих вакуумных выключателях постоянного тока, синхронных выключателях, короткозамыкателях среднего класса напряжения 3÷10 кВ, но может быть применима и для общепромышленных выключателей высокого напряжения.
Известен вакуумный выключатель (А.С. СССР №1174994, кл. Н01Н 33/66, опубл. 23.08.85) [1]. в котором вакуумная дугогасительная камера(ВДК) имеет два подвижных контакта на торцевых оппозитных фланцах и перегородку внутри камеры. Такая камера увеличивает электрическую прочность, но требует применения по два привода включения и отключения.
Наиболее близким к предлагаемому решению является вакуумный выключатель (А.С. СССР №1396168, кл. Н01Н 33/66, опубл. 1988.05.15) [2], в котором для переключения ВДК с одним подвижным контактом применяются импульсные электрические приводы: для включения-индукционно-динамический привод(ИДП), для отключения - электро-динамический привод (ЭДП). ВДК переключается приводами через изоляционные шток и втулку, с которыми кинематически связаны две пары симметричных относительно оси штока пружинно-рычажных упоров, расположенных на разных уровнях и фиксирующих контакт ВДК во включенном и отключенном положении. На
катушках ЭДП установлен противовес. Направляющей для элементов ЭДП является изоляционная втулка.
Привод имеет существенные недостатки: при включении ИДП приходится помимо контакта ВДК перемещать все детали ЭДП и противовес; изоляционная направляющая ненадежна для направления скольжения при импульсных нагрузках; попарные пружинно-рычажные упоры не образуют симметричную силовую плоскость; выполнение фиксаторов в виде рычагов с подпружиненными штоками увеличивает поперечные размеры привода, создает большие усилия трения; общий недостаток ЭДП - подвижные катушки требуют гибких токоподводов. В целом, такой привод может обеспечить ресурс выкличателя только в аварийном режиме - в несколько сотен коммутаций, а для оперативного режима необходимы десятки тысяч циклов включения-отключения.
Цель предлагаемой полезной модели - повышение быстродействия, коммутационной способности, увеличение к.п.д. привода и срока службы, уменьшение габаритов.
Указанная цель достигается тем, что в вакуумном выключателе, содержащем вакуумную дугогасительную камеру, с подвижным контактом которой кимематически связана изоляционная тяга, импульсный привод отключения, фиксатор положения выключателя. Вакуумная дугогасительная камера имеет второй подвижный контакт с поджимающей пружиной и штоком, на котором закреплен поршень гидравлического демпфера с обратными клапанами и регулировочными гайками, ограничивающими ход этого контакта. При этом с другим концом упомянутой изоляционной тяги связан кулачок в виде тела вращения с двумя фиксирующими поверхностями, взаимодействующими с подпружиненными шариками, размещенными осесимметрично в
цилиндрическом сепараторе, а привод отключения выполнен в виде индукционно-динамического.
На фиг.1 показан вакуумный выключатель (продольный разрез): слева-отключенное положение, справа-включенное. На фиг.2 показан узел «А» по фиг.1, т.е. основные детали фиксатора включенного и отключенного положения выключателя.
Вакуумная дугогасительная камера 1 (фиг.1) имеет первый подвижный контакт 2 и второй подвижный контакт 3 с гибкими 4 и 5 и жесткими токопроводами 6 и 7. Второй подвижный контакт поджат пружиной 8. В этот контакт ввернут шток 9, одновременно являющийся штоком гидродемпфера 10 с обратными клапанами 11 на поршне 12; на наружном конце штока закреплены регулировочные гайки 13, ограничивающие ход второго подвижного контакта ВДК под действием пружины 8 и атмосферного давления на сильфон.
Первый подвижный контакт через изоляционную тягу 14 жестко связан с приводным штоком 15 кулачка в виде тела вращения 16, контактирующего своими фиксирующими поверхностями 17 и 18 (фиг.2) с шариками 19, помещенными в цилиндрический сепаратор 20 и поджатыми пружинами 21 через упоры 22 с хвостовиками 23, перемещающимися в направляющих отверстиях 24 винтов 25. Детали 16...25 вместе с корпусом 26 (фиг.1) образуют фиксатор включенного и отключенного положения выключателя. Этот узел закреплен на опорном фланце 27, с другой стороны которого закреплен ИДП отключения, состоящий из катушки индуктора 28 в изоляционном каркасе 29 и дисков: медного 30 и стального 31. К фланцу 27 на стойках 32 закреплен привод 33 включения с толкающим штоком 34. Опорные фланцы 35 и 36 ВДК связаны между собой изоляционными стойками 37 и с фланцем 27- стойками 38.
Выключатель работает следующим образом. При включении выключателя привод 33 своим штоком 34 толкает вверх (фиг.1 - слева) шток 15 с кулачком 16, изоляционную тягу 14 и первый подвижный контакт 2 ВДК, преодолевая усилие от шариков 19 (фиг.2) на рабочую поверхность 18 кулачка 16, при этом атмосферное давление на сильфон контакта 2 помогает движению. К моменту замыкания контактов 2 и 3 ВДК кулачок выходит на шарики поверхностью 17, помогая усилию привода; но к этому моменту начинают действовать противодействующие силы со стороны пружины 8 поджатия и силы атмосферного давления на сильфон второго контакта 3 ВДК. Полный ход привода составляет «α», вжим контактов - «δ» (фиг.1), на это расстояние приподнимаются гайки 13 над крышкой демпфера 10. Движение вверх ограничивается упором диска 30 в изоляционный каркас ИДП. Включенное положение выключателя (фиг.1 - справа) фиксируется упиранием шариков 19 в поверхность 17 кулачка 16 (фиг.2). Если коммутационный аппарат не требует быстрого включения, то шток 34 и активный элемент привода 33 могут быть возвращены в исходное состояние, например, отключающей пружиной этого привода за несколько десятков миллисекунд. При движении контакта 3 вверх гидродемпфер не оказывает существенного сопротивления движению благодаря обратным клапанам 11 и малой скорости движения.
Отключается выключатель следующим образом.
При подаче электропитания на катушку 28 ИДП отталкивается диск 30 и через диск 31 воздействует на шток 15, преодолевая усилие со стороны шариков 19 на поверхность 17 кулачка 16. Если необходимо получить малое время отключения - в 2÷3 мс, например, для выключателей постоянного тока или короткозамыкателей, на катушку 28 подается мощный разряд от накопителя энергии. В этом случае даже под действием сильной пружины 8 поджатия контакт 3 ВДК сместится всего на доли миллиметра, благодаря закрытому
состоянию обратных клапанов, и зазор между контактами практически будет равен расстоянию «α». В этот момент включается контур противотока и дуга между контактами гаснет. Кулачок 16 выходит на контакт с шариками своей поверхностью 18, обеспечивая преодоление небольшого усилия со стороны атмосферного давления на сильфон контакта 2- выключатель фиксируется в отключенном положении.
Если выключатель предназначен для отключения переменного тока сети, то отключение может быть проведено за 30÷50 мс. В этом случае гидравлическое демпфирование не нужно и импульс на катушку 29 может быть существенно меньшим. Под действием ИДП и мощной пружины 8 контакты ВДК движутся вместе выбирая зазор «δ» до момента касания гаек 13 до крышки демпфера 10, после чего второй подвижный контакт резко останавливается, а первый подвижный контакт и существенно уменьшенные подвижные массы движутся до упора в шток 34 привода 33, выбирая зазор «α-δ». В приводе 33 может быть предусмотрено демпфирование при отключении. В отключенном положении выключатель фиксируется упиранием профиля 18 кулачка 16 в шарики 19.
Ход первого подвижного контакта ВДК всегда фиксирован, независимо от электроизноса. Активный диск ИДП прижат к катушке с минимальным установочным зазором с помощью фиксатора во включенном положении, обеспечивая максимальный к.п.д. привода отключения. Резкая остановка второго подвижного контакта в процессе отключения обеспечивает разрыв подварки контактов ВДК и необходимую скорость отключения. Применение больших масс и токопроводящих сечений второго подвижного контакта не только улучшает динамику механизма выключателя, но и улучшает охлаждение контактов. Применение гидродемпфера дополнительно уменьшает дребезг контактов при включении.
Предложенная конструкция фиксатора положения выключателя делает его гораздо компактней и проще по сравнению с прототипом, значительно повышает его износостойкость за счет возможности легкой установки большого количества фиксирующих подпружиненных шариков.
Испытания макетного образца выключателя подтвердили его отмеченные достоинства.
Информация, принятая во внимание при составлении заявки:
1. А.С. СССР №1174994, кл. Н01Н 33/66. опубл. 23.08.85 Бюл. №31.
2. А.С. СССР №1396168, кл. Н01Н 33/66. опубл. 1988.05.15.. (прототип)