АВТОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
AUTOMATIC PNEUMATIC CIRCUIT BREAKER

Область техники
Настоящее изобретение относится к автопневматическому (автогазовому) выключателю, используемому для операций замыкания-размыкания цепей, входящих в состав линий передачи и распределения электроэнергии, и, в частности, относится к автопневматическому газовому выключателю, прерывающему подачу тока посредством обдува изолирующим газом дуги, возникающей при разрыве цепи.
Уровень техники
Автопневматический выключатель, показанный на фиг.3, обычно состоит из металлического сосуда (камеры) 1, в котором находится разрывная (размыкаемую) часть 2, содержащая неподвижный и подвижный контактные участки, опирающиеся на изоляторы 14 и 15. Сосуд 1 заполнен электротехническим (изолирующим) газом, например элегазом - шестифтористой серой (SF6), обладающим высокими характеристиками в отношении электроизоляционных и дугогасительных свойств. На обоих концах сосуда 1 предусмотрены патрубки с токопередающими проводниками 16 и 17, через которые разрывная часть 2 соединяется с системой передачи и распределения электроэнергии.
Неподвижный контактный участок разрывной части 2 состоит из главного контакта 3, дугового контакта 4 и электрически связанного с этими контактами проводника 5, а также изолятора 14, служащего опорой для проводника 5 на сосуде 1. Подвижный контактный участок разрывной части 2 состоит из главного подвижного контакта 6, связанного с токопередающим проводником 17 через проводник 8, дугового контакта 7, который может быть приведен в соприкосновение (и выведен из него) с дуговым контактом 4 неподвижного участка, дутьевого цилиндра 9а и поршня 9b, образующих дутьевое устройство, осуществляющее сжатие изолирующего газа с целью разрыва цепи, и изоляционного сопла 10, через которое сжатый изолирующий газ направляется на дуги, образовавшиеся на дуговых контактах 4 и 7. Главный контакт 6 подвижного контактного участка может быть приведен в соприкосновение (и выведен из него) с главным контактом 4 неподвижного контактного участка. Кроме того, подвижный контактный участок состоит из трубчатой тяги 11, на удаленном (дистальном) конце которой смонтирован дуговой контакт 7, штока 12, один конец которого соединен с тягой 11, а другой конец - с ручным приводом (не показан на чертеже) посредством соединительной детали 13, например штифта, а также изолятора 15 и т.д., служащего опорой для проводника 8 на сосуде 1.
Тяга 11 расположена в центре проводника 8 и дутьевого устройства, состоящего из поршня 9b и цилиндра 9а, таким образом, что тяга 11 может линейно перемещаться внутри них вместе со штоком 12, соединенным с ручным приводом.
В автопневматическом выключателе такого типа изолирующий газ сжимается автопневматическим дутьевым устройством для последующего обдува им электрических дуг, возникающих между дуговыми контактами 4 и 7, с целью их гашения и прерывания тока в разрывной части 2. Изолирующий газ, температура которого повышается при обдуве им дуг, возникающих между дуговыми контактами 4 и 7, поступает из выпускного канала 11с, проходящего через внутреннюю часть трубчатой тяги 11. По этой причине тягу 11 обычно выполняют как одночастную деталь из металла, имеющего высокую температуру плавления.
Автопневматический выключатель был предложен в опубликованной заявке JP05-20987A (см. список патентной литературы, 1), где тяга 11 имеет двухслойную структуру, включающую наружную трубу из металла, например алюминия, и внутреннюю трубу из электроизоляционного материала, например политетрафторэтилена (ПТФЭ), благодаря чему при прерывании цепи движения главного подвижного контакта 6, дугового контакта 7 подвижного контактного участка и дутьевого устройства могут осуществляться с более высокой скоростью.
Тем не менее, если тяга 11 имеет упоминавшуюся выше одночастную конструкцию, то повреждение тяги 11, вызванное длительной эксплуатацией, потребует замены ее целиком, даже в случае, когда повреждение является лишь частичным, что является экономически невыгодным. Далее, с такой конструкцией трудно обеспечить одновременно ускорение движений, связанных с прерыванием цепи, и повышение механической прочности.
Более конкретно, использование высокопрочных элементов, например, из стали в одночастных конструкциях увеличивает вес тяги 11, хотя на нее и оказывает меньше влияния изолирующий газ, имеющий высокую температуру. Следовательно, перемещение с высокой скоростью дутьевого устройства и других элементов конструкции требует большего усилия ручного привода при наличии замедления движений, связанных с прерыванием цепи. В отличие от этого тяга 11 становится легче, будучи выполненной как одночастная деталь с использованием элементов с малым удельным весом, например из алюминия, что позволяет увеличить скорость движений, связанных с прерыванием цепи. Это, однако, сопряжено с опасностью деформации или повреждения тяги 11, поскольку механическая прочность ее участка, соединенного со штоком 12, становится ниже, чем в случае выполнения из стали.
Кроме того, если тяга 11 выполнена как одночастная деталь с использованием алюминия (материала с низкой температурой плавления), то концевой участок, где расположен выпускной канал 11с, подвергается сильному влиянию газа, приобретающего высокую температуру при прерывании тока. При такой конструкции газ, имеющий высокую температуру и проходящий внутри тяги 11, выходит из выпускного канала 11с и на какой-то период времени попадает внутрь проводника 8 подвижного контактного участка. Этим обусловлено наличие проблемы, связанной с воздействием высокой температуры как на внешнюю, так и на внутреннюю сторону концевого участка тяги 11, что приводит к термоизносу последнего.
Задачей настоящего изобретения является создание автопневматического выключателя с упрощенной и экономичной заменой тяги, увеличенной скоростью прерывания цепи и повышенной механической прочностью. В соответствии с изобретением эта задача решается путем изменения конструкции трубчатой тяги, через которую осуществляется обдув дуги изолирующим газом.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается автопневматический газовый выключатель, содержащий разрывную часть, помещенную в сосуд, заполненный изолирующим газом, и имеющую по меньшей мере главный контакт как на неподвижном, так и на подвижном контактном участке, дуговой контакт как на неподвижном, так и на подвижном контактном участке, дутьевое устройство, сжимающее изолирующий газ, изоляционное сопло, через которое изолирующий газ направляется на дуги, образовавшиеся между дуговыми контактами, изолирующий газ, которым обдуваются дуги и который поступает через трубчатую тягу, включающую трубчатый элемент, на удаленном конце которого установлен дуговой контакт подвижного контактного участка, и концевой элемент, с одной стороны соединенный разъемным образом с трубчатым элементом, а с другой стороны - со штоком, связанным с ручным приводом.
В предпочтительном варианте трубчатый элемент изготавливается из материала с удельным весом, меньшим, чем у концевого элемента, а концевой элемент изготавливается из материала, имеющего высокую механическую прочность и температуру плавления выше, чем у материала трубчатого элемента. Далее, трубчатый элемент изготавливается из алюминия, а концевой элемент - из стали.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения автопневматический выключатель содержит разрывную часть, помещенную в сосуд, заполненный изолирующим газом, и имеющую по меньшей мере главный контакт как на неподвижном, так и на подвижном контактном участке, дуговой контакт как на неподвижном, так и на подвижном контактном участке, дутьевое устройство, сжимающее изолирующий газ, изоляционное сопло, через которое изолирующий газ направляется на дуги, образовавшиеся между дуговыми контактами, изолирующий газ, которым обдуваются дуги и который поступает через трубчатую тягу, включающую трубчатый элемент из алюминия, на удаленном конце которого установлен дуговой контакт подвижного контактного участка, и концевой элемент из конструкционной углеродистой стали, с одной стороны соединенный разъемным образом с трубчатым элементом, а с другой стороны - со штоком, связанным с ручным приводом.
Технический результат изобретения
Соответствующая настоящему изобретению конструкция автопневматического выключателя обеспечивает экономичное изготовление, поскольку замены только трубчатого или только концевого элемента при повреждении достаточно, даже если тяга повреждена в результате длительной эксплуатации. Кроме того, появляется практическая возможность эффективного применения материалов с широким диапазоном характеристик в отдельности для трубчатого и концевого элементов.
Далее, использование материала с низким удельным весом для изготовления трубчатого элемента тяги и материала с высокой механической прочностью и более высокой, чем у материала трубчатого элемента, температурой плавления для изготовления концевого элемента повышает механическую прочность, не препятствуя ускорению движений, связанных с прерыванием цепи, и предотвращая деформацию тяги и ее термоизнос в результате воздействия тепла, поступающего от газа, имеющего высокую температуру.
Кроме того, комбинированное использование трубчатого элемента из алюминия и концевого элемента из конструкционной углеродистой стали при изготовлении тяги обеспечивает длительную эксплуатацию и, следовательно, повышает экономичность, поскольку такое комбинированное использование также повышает механическую прочность и скорость движений, связанных с прерыванием цепи.
Краткое описание чертежей
На чертежах представлено:
фиг.1 - схематическое изображение вертикального разреза автопневматического выключателя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения,
фиг.2 - увеличенное схематическое изображение вертикального разреза части А на фиг.1,
фиг.3 - схематическое изображение вертикального разреза обычного автопневматического выключателя.
Осуществление изобретения
Ниже описывается автопневматический газовый выключатель, соответствующий настоящему изобретению, в варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2, на которых детали, аналогичные имеющимся в обычных выключателях, обозначены теми же ссылочными номерами, что и на чертеже с изображением обычного выключателя.
Как и обычный выключатель, предлагаемый автопневматический выключатель содержит разрывную часть 2, соединенную с токопередающими проводниками 16 и 17, расположенными внутри сосуда 1, заполненного изолирующим газом. Разрывная часть 2, управляемая ручным приводом (не показан на чертежах), имеет - в отношении неподвижного и подвижного контактных участков - ту же конструкцию, что и у обычного выключателя.
В момент начала движения, связанного с прерыванием цепи в результате задействования ручного привода, и выхода из состояния, в котором контакты являются замкнутыми (фиг.1), главный контакт 6 и дуговой контакт 7 подвижного контактного участка, дутьевой цилиндр 9а и изоляционное сопло 10 находятся в таком положении, что они будут перемещаться вправо (относительно чертежа). В средней фазе движения размыкания контактов разрывной части 2 изолирующий газ, сжимаемый дутьевым устройством, содержащим цилиндр 9а и поршень 9b, направляется через сопло 10 на дуги между дуговыми контактами 4 и 7 с целью их гашения.
Изолирующий газ, температура которого повышается при обдуве им дуг, поступает во внутреннюю полость проводника 8 подвижного контактного участка из выпускного канала 11с, проходящего через внутреннюю часть полой тяги 11, соответствующей настоящему изобретению и проходящей через центр поршня 9b, и в завершение выпускается внутрь сосуда 1.
Как показано на фиг.1 и 2, тяга 11 имеет разъемную конструкцию и состоит из двух элементов - трубчатого 11а и концевого 11b, - имеющих почти одинаковые диаметры. Как будет упомянуто ниже, трубчатый элемент 11а изготавливается из материала с низким удельным весом и полым, чтобы обеспечить прохождение сквозь него газа с высокой температурой, а на его удаленном конце располагается дуговой контакт 7. Как будет также упомянуто ниже, концевой элемент 11b изготавливается из материала, имеющего высокую механическую прочность и температуру плавления выше, чем у материала трубчатого элемента 11а. Концевой элемент 11b одной своей стороной соединен - интегральным, но разъемным образом, - с трубчатым элементом 11а в месте стыка 11d, а другой стороной соединен со штоком 12, связанным с ручным приводом, посредством соединительного элемента 13, например штифта.
В данном примере выпускной канал 11с, через который выходит изолирующий газ, выполнен в концевом элементе 11b. Тем не менее, выпускной канал 11с может быть выполнен либо в трубчатом элементе 11а, либо в концевом элементе 11b. Для заданного трубчатого элемента 11а, имеющего длину, при которой он, например, простирается внутрь проводника 8 подвижного контактного участка и должен быть снабжен выпускным каналом 11с, концевой элемент 11b может быть сформирован только в виде цельной детали, имеющей стыковочный участок.
Стык 11d, где соединяются трубчатый элемент 11а и концевой элемент 11b, формируется таким образом, чтобы обеспечивать свинчивание посредством резьбы, предусмотренной как на трубчатом элементе 11а, так и на концевом элементе 11b в соответствии, например, с фиг.1 и 2. При этом должен быть обеспечен беспрепятственный выпуск изолирующего газа. Поэтому стык 11d между упомянутыми элементами может представлять собой структуру, обладающую такими характеристиками, что соединение сохраняется без возможности разъединения даже при быстрых движениях в процессе прерывания цепи и при воздействии на стыковочный участок изолирующего газа с высокой температурой (горячего газа). Кроме этого, обеспечивается удобное соединение и разъединение.
Трубчатый элемент 11а изготавливается из материала с низким удельным весом, например алюминия или пластика, армированного волокном, имеющего механическую прочность и удельный вес ниже, чем у материала концевого элемента 11b (в предпочтительном варианте не более чем в четыре раза). Причина использования материала с низким удельным весом типа алюминия для изготовления трубчатого элемента 11а заключается в уменьшении общего веса тяги 11, что обеспечивает ускорение движений при меньшем приводном усилии.
При использовании алюминия для изготовления трубчатого элемента 11а перестает быть серьезной проблемой термоизнос, который может возникнуть при прохождении внутри этого элемента изолирующего газа, приобретающего высокую температуру в процессе прерывания цепи. Более конкретно, это объясняется следующим: дутьевое устройство располагается снаружи от трубчатого элемента 11а, а изолирующий газ вдувается в направлении сопла 10. Эта конфигурация делает практически невозможным попадание изолирующего газа, имеющего высокую температуру, в отсек дутьевого устройства, благодаря чему в последнем сохраняется низкая температура. Следовательно, хотя изолирующий газ, имеющий высокую температуру, и проходит внутри трубчатого элемента 11а, тепло рассеивается на его наружной части, температура которой сравнительно низка, благодаря чему влияние термоизноса снижается до очень незначительного.
Концевой элемент 11b изготавливается из материала, имеющего механическую прочность и температуру плавления выше, чем температура плавления материала трубчатого элемента 11а, например из конструкционной углеродистой или нержавеющей стали, а удельный вес выше, чем у материала трубчатого элемента 11а (в предпочтительно варианте более чем в четыре раза). Аргументом для использования материала, имеющего высокие величины механической прочности, температуры плавления и удельного веса, для изготовления концевого элемента 11b является предотвращение деформации тяги 11, подвергающейся действию значительной нагрузки, возникающей в месте соединения со штоком 12, когда скорость движения тяги 11 целенаправленно увеличивается с целью обеспечения мгновенного прерывания цепи сильного тока в разрывной части 2 в случае аварии в системе. Кроме того, целью является предотвращение термоизноса этого участка, подвергающегося воздействию изолирующего газа, имеющего высокую температуру и выходящего через выпускной канал 11с внутри проводника 8 подвижного контактного участка, путем создания конструкции, имеющей превосходную термоустойчивость.
Тягу 11 обычно выбирают минимально требуемого размера, чтобы уменьшить инерционную массу. Поэтому нецелесообразно увеличивать диаметр соединительного элемента 13, связывающего концевой элемент 11b и шток 12; соединительный элемент 13 изготавливают с учетом растягивающего усилия в штоке 12. Приводное усилие при задействовании ручного привода для прерывания цепи создает большое давление на контактную поверхность между концевым элементом 11b и соединительным элементом 13. Поэтому использование материала, имеющего высокую механическую прочность и температуру плавления выше, чем у материала трубчатого элемента 11а, например стали, при изготовлении концевого элемента 11b, входящего в состав тяги 11, исключает возникновение люфта или излома в стыке 11d между концевым элементом 11b и штоком 12, поскольку такой материал обеспечивает механическую прочность, позволяющую выдерживать большие нагрузки, в отличие от материалов, имеющих низкий удельный вес, например алюминия.
Такая конфигурация тяги 11 обеспечивает снижение общего веса, способствующее увеличению скорости движений, связанных с прерыванием цепи, при уменьшении прикладываемого приводного усилия. Соединение трубчатого элемента 11а и концевого элемента 11b в месте стыка 11d является разъемным. Если изолирующий газ, имеющий высокую температуру, вызывает термическое повреждение трубчатого элемента 11а или концевого элемента 11b или если приводное движение штока 12 приводит к деформации в месте соединения на концевом элементе 11b, то для устранения неисправности достаточно замены только этой поврежденной или деформированной детали, что снижает затраты на техобслуживание.
Тяга 11 является разъемной. Поэтому для изготовления трубчатого элемента 11а и концевого элемента 11b можно использовать материалы не только с одинаковыми, но и с различающимися характеристиками, например температурой плавления, удельным весом и механической прочностью, что повышает вариативность комбинирования материалов и облегчает изготовление.
В частности, использование алюминия в трубчатом элементе 11а и железа в концевом элементе 11b удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тяге 11 в отношении как ускорения движений, связанных с прерыванием цепи, так и повышения механической прочности.
Промышленная применимость
В предлагаемом в настоящем изобретении автопневматическом выключателе тяга включает трубчатый элемент, на удаленном конце которого установлен дуговой контакт подвижного контактного участка, и концевой элемент, с одной стороны соединенный разъемным образом с трубчатым элементом, а с другой стороны - со штоком, связанным с ручным приводом. Такая конфигурация, несомненно, является применимой в производственных условиях, а замены только трубчатого или только концевого элемента при повреждении достаточно, даже если тяга повреждена в результате длительной эксплуатации.