РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

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.
Известны многочисленные устройства для включения и отключения, находящихся под напряжением участков электрической цепи высокого напряжения. Многочисленность таких устройств обусловлена разнообразием конкретных условий эксплуатации. Так известен разъединитель (патент на полезную модель РФ №79723, МПК Н02В 1/00), содержащий раму, по меньшей мере, один опорно-поворотный изолятор с контактным ножом наверху, контактный вывод с контактной площадкой, ступицу, вращающуюся на оси, укрепленной соосно продольной геометрической оси опорно-поворотного изолятора, по меньшей мере, одну гибкую связь, соединяющую контактный нож с контактным выводом, отличающийся тем, что ступица выполнена токоведущей заодно с контактным выводом, гибкая связь закреплена на ступице эксцентрично продольной геометрической оси опорно-поворотного изолятора, при этом ось симметрии контактной площадки контактного вывода расположена на продольной геометрической оси опорно-поворотного изолятора.
Недостатками указанного устройства является низкая надежность работы при наружном размещении в условиях повышенной влажности и низких температур. Низкая надежность объясняется сложностью конструкции, большим количеством вращающихся деталей, работа которых затрудняется из-за коррозии во влажной среде и обморожения деталей устройства при низких температурах. Кроме того в указанном разъединителе не предусмотрен заземляющий контур, что снижает безопасность эксплуатации в условиях наружного размещения.
Известен также разъединитель горизонтально-поворотного типа (патент на изобретение РФ №2035784, МПК Н01Н 31/00), содержащий подвижные двухконсольные ножи, закрепленные на подвижных изоляторах, установленных на валах поворота, входящих через отверстия рамы, снабженных рычагами, связанными с шарнирной тягой, и ответные неподвижные ножи, закрепленные на неподвижном изоляторе, с контактными губками, отличающийся тем, что указанная шарнирная тяга выполнена в виде цельного стержня с фиксированным расстоянием между отверстиями под оси шарниров, а отверстия крепления каждого неподвижного изолятора в раме выполнены по дуге окружности, центр которой совпадает с осью изолятора.
Основным недостатком такой конструкции горизонтально-поворотного типа является невысокая надежность работы в условиях наружного размещения вследствие повышенного накопления влаги на горизонтально расположенных элементах ее конструкции и прежде всего на контактных элементах. В результате этого из-за коррозии во влажной среде и обморожения деталей конструкции при низких температурах затрудняется обслуживание и надежность работы устройства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели (прототипом) является разъединитель (патент на изобретение РФ №2150763, МПК Н01Н 31/00, Н02В 1/04), содержащий смонтированные на раме изолирующие элементы с выступами-ребрами на них, ножи с контактами, к которым подсоединены питающие и отходящие шины, расположенные в плоскости рамы, при этом изолирующие элементы покрыты слоем герметика и защитным слоем, ножи выполнены с крюками и/или кольцами, изолирующие элементы выполнены цельными в виде цилиндра с конусными выступами-ребрами, промежутками и плоскими двусторонними параллельными срезами в виде сегментов по числу фаз с отформованными в них отверстиями для крепления проводящих элементов контактов, ножей, при этом каждый изолирующий элемент жестко закреплен на раме с двух сторон посредством плоских овальной формы оконцевателей со скошенными пазами, причем контакты, в которых закреплены ножи, снабжены поворотными осями изолятора. Заземляющий контур разъединителя имеет собственные ножи заземления шпрнирно закрепленные с одной стороны. Контактные ножи заземляющего и токопроводящего контуров жестко соединены между собой через изоляторы и способны одновременно перемещаться в одном направлении по дуге в вертикальной плоскости. Таким образом, при заземлении контура контактные ножи заземляющего контура движутся вверх до контакта с отводящими шинами, напротив контактные ножи токопроводящего контура при замыкании токопроводящего контура движутся сверху вниз. Конструкция разъединителя предусматривает только 2 положения контактных ножей токопроводящего и заземляющего контуров, в которых один из контуров замкнут, а другой разомкнут и соответственно наоборот.
Недостатками данного разъединителя является невысокая надежность работы в условиях наружного размещения, низкая безопасность эксплуатации и повышенная трудоемкость в обслуживании.
Низкая надежность работы устройства обусловлена большим количеством подвижных (шарнирных) соединений, конструкционных люфтов, отверстий, а также наличием крюков и/или колец, которые в случае наружного размещения способствуют накоплению в этих местах влаги и следовательно подвержены более сильной коррозии и обледенению. Последние, в свою очередь, и являются наиболее частыми причинами отказов в работе таких конструкций. Следует также обратить внимание на конструкцию 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.
Использование нестандартных изоляторов, сложность их закрепления, конструкционное оформление заземляющего контура разъединителя с отдельными контактными ножами приводят к необходимости дополнительных операций обслуживания и контроля, что увеличивает общую трудоемкость обслуживания устройства.
Наличие отдельных ножей заземляющего контура с указанной кинематикой движения не только усложняет конструкцию, но и снижает безопасность эксплуатации устройства, т.к. заземление в верхней точке контакта заземляющих ножей при их движении снизу ненадежно и может приводить к разрыву контура по несанкционированным обстоятельствам. Аналогично снижает безопасность эксплуатации и конструкция замыкания контура. В этом случае контактные ножи при замыкании контура движутся сверху вниз, что также повышает вероятность неконтролируемого замыкания. Важным недостатком конструкции является отсутствие нейтрального положения контактных ножей одновременно для заземляющего и токопроводящего контуров. В ряде случаев при монтаже необходимо размыкать оба контура.
Решаемой задачей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно достижение технического результата в отношении повышения надежности работы в условиях наружного размещения устройства, повышения безопасности эксплуатации и снижения трудоемкости обслуживания.
Кроме того решаемой задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств, а именно разъединителей высокого напряжения наружного размещения, предназначенных для включения и отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения.
Достижение указанного выше технического результата обеспечивает реализацию назначения полезной модели и повышение технических и эксплуатационных характеристик устройства, устраняющих недостатки приведенных выше устройств -аналогов и прототипа.
Достижение указанного технического результата в заявляемой полезной модели достигается за счет выполнения разъединителя высокого напряжения, включающего раму, представляющую собой горизонтально расположенную стальную прямоугольную сварную конструкцию с тремя опорными поперечными балками, три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленные 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 закрепленные 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, обеспечивающем 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.
Заявляемая полезная модель является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания устройства, представляющего собой изделие, состоящее из конструкционных элементов, технологически и конструктивно связанных между собой.
Заявляемая полезная модель - разъединитель высокого напряжения характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, а именно наличием следующих конструкционных элементов, связей между ними и их характеристик, которые обеспечивают достижение заявленного технического результата:
- рама, представляющая собой стальную горизонтально расположенную прямоугольную сварную конструкцию с тремя опорными поперечными балками,
- три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленные 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 закрепленные 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, обеспечивающем необходимое перемещение контактного ножа в вертикальной плоскости,
- заземляющий контур, представляющий собой заземляющие шины с контактными губками,
- 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,
- на верхнем фланце изолятора с подвижно закрепленной токопроводящей шиной в виде подвижного контактного ножа ниже места его закрепления выполнена дополнительная изоляционная пластина.
Указанные существенные признаки во всей своей совокупности позволяют достичь заявленного технического результата, а именно: повышения надежности работы в условиях наружного размещения устройства, повышения безопасности эксплуатации и снижения трудоемкости обслуживания.
Повышение надежности в работе достигается за счет снижения количества подвижных (шарнирных) соединений, а именно в заявляемой конструкции количество подвижных контактных соединений уменьшается на 2-4 единицы за счет конструкционного решения устройства с тремя, а не шестью контактными ножами, замыкающими оба контура. Также выполнение креплений изоляторов на раму и крепление к ним шин и контактных ножей выполнено с минимальными допустимыми зазорами и снижено общее количество таких проблемных мест на 6-8 единиц. Другими словами, в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом значительно снижено количество мест, где может накапливаться влага, происходить коррозия и образовываться наледи. Заявляемый разъединитель не имеет в зоне контактов (контактных площадок) крюков или колец, которые также являются концентраторами влаги и кроме того не обеспечивают надежного электрического контакта. Наоборот, в конструкции заявляемого устройства электрические контакты осуществляются по плоскостям, точнее сразу по трем плоскостям для каждого контакта и при этом надежность контактирования по двум контактным плоскостям обеспечивается усилием боковых плоских пружин. Это усилие составляет 6-8 кг. Такие контакты предохраняют контактные узлы от возникновения микродуг и электроэрозии контактных поверхностей.
В заявляемом устройстве предусмотрено использование стандартных и сертифицированных изоляторов, прошедших проверку временем. Крепление изоляторов на раму и крепление к ним токопроводящих шин и контактных ножей осуществляется отработанными и надежными способами с помощью обычных крепежных изделий, что упрощает сборку, ремонт и обслуживание устройства. Этому также способствует наличие в конструкции трех, а не шести контактных ножей.
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.
Условием обеспечения безопасности эксплуатации служит также условие расположения токопроводящей шины, неподвижно закрепленной на верхнем фланце изолятора и верхнего края губок заземляющей шины, расположенной ниже соответствующего изолятора. Это расстояние должно составлять 440-500 мм. Снижение этого расстояния ниже 440 мм будет противоречить нормативным требованиям электробезопасности, а увеличение выше 550 мм конструктивно необоснованно, т.к. приведет к необоснованному увеличению размеров конструкции. Расстояние в интервале 440-550 мм обеспечивает различные требования эксплуатации.
Также достигаемым техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств используемых 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.
Выше перечисленная совокупность существенных признаков, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами заявляемая полезная модель не известна из уровня техники. Таким образом, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Все существенные признаки заявляемого технического решения являются конструкционными элементами, характеризующимися определенным исполнением, взаимным расположением, взаимосвязями между собой и материалами изготовления, следовательно, совокупность существенных признаков представляет собой устройство. Таким образом, заявляемое техническое решение может относиться к объектам, охраняемым в качестве полезной модели.
Заявляемая полезная модель является промышленно применимой, т.к. может быть применена в электроэнергетике, электротехнике и других отраслях промышленности. Ее применение и использование не вызывает никаких трудностей и может быть осуществлено любым человеком, имеющим соответствующий допуск к работе с электроустановками. При изготовлении и использовании данного прибора используются предметы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления полезной модели являются штамповка, резка и сварка металла, а также монтаж металлоконструкций. Средствами осуществления являются обычные средства, применяемые на механических производствах - гильотины, прессы, сварочное оборудование, механический инструмент.
Отличными от прототипа, существенными признаками заявляемой полезной модели являются:
- вертикальное расположение опорных изоляторов токопроводящих шин,
- меньшее количеством изоляционных сегментов токопроводящих шин - в заявляемом устройстве их 6, а в устройстве-прототипе 8 (при этом отмечается заявленное достижение технического результата за счет оптимального конструктивного решения),
- наличие и расположение трех, а не шести подвижных контактных ножей, которые благодаря оригинальной конструкции выполняют роль замыкающих ключей для токопроводящего или для заземляющего контуров, при обеспечении возможности их движения снизу вверх при замыкании токопроводящего контура и движение сверху вниз при замыкании заземляющего контура, а также возможности выполнения нейтрального положения,
- наличием и конструкцией контактных губок с поджимающими пружинами,
- расстоянием между токопроводящей шиной, неподвижно закрепленной на верхнем фланце изолятора и верхним краем губок заземляющей шины, расположенной ниже соответствующего изолятора, составляющем 440-500 мм,
- выполнением на верхнем фланце изолятора с подвижно закрепленной токопроводящей шиной в виде подвижного контактного ножа ниже места его закрепления дополнительной изоляционной пластины.
Указанные отличительные от прототипа существенные признаки обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков полезной модели, указанных в описании. Другими словами отличительные от прототипа существенные признаки обеспечивают повышение технических и эксплуатационных свойств прибора по отношению к прототипу и устраняют его недостатки.
Выполнение разъединителя высокого напряжения проиллюстрировано на фигурах 1-3.
На фиг.1 представлен вид сверху разъединителя, на котором обозначены:
- рама устройства 1;
- вертикально расположенный опорный изолятор 4, неподвижно закрепленный на конце опорной балки по одну сторону рамы, на верхнем фланце, которого неподвижно закреплена токопроводящая шина с контактными губками на конце;
- вертикально расположенный опорный изолятор 2, неподвижно закрепленный на конце опорный балки 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;
- изолятор 3, закрепленный на вертикально расположенной тяге, соединенной с механизмом вертикального перемещения, на верхнем фланце которого подвижно закреплена второй точкой токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа в положении, обеспечивающем необходимое перемещение контактного ножа в вертикальной плоскости;
- вал 5 привода подвижного контактного ножа.
На фиг.2 представлен вид слева разъединителя, на котором обозначены:
- рама устройства 1;
- вертикально расположенный опорный изолятор 4, неподвижно закрепленный на конце опорной балки по одну сторону рамы, на верхнем фланце, которого неподвижно закреплена токопроводящая шина с контактными губками на конце;
- вертикально расположенный опорный изолятор 2, неподвижно закрепленный на конце опорный балки 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;
- заземляющая шина 6 с контактными губками;
- токопроводящая шина 7 с контактными губками на конце;
- плоская пластина из упругой стали 8, подпружинивающая контактные губки;
- подвижный контактный нож 9;
- подвижные точки крепления контактного ножа 10;
- изолятор 3, закрепленный на вертикально расположенной тяге, соединенной с механизмом вертикального перемещения;
- дополнительная изоляционная пластина 11;
- тяга 12 механизма вертикального перемещения подвижного контактного ножа.
На фиг.3 представлен механизм вертикального перемещения подвижного контактного ножа, на котором обозначены:
- тяга 12 механизма вертикального перемещения подвижного контактного ножа
- опора крепления механизма 13;
- фиксатор положения 14;
- рычажное устройство 15.
Заявляемая полезная модель - разъединитель высокого напряжения выполнена следующим образом. Конструкционные элементы разъединителя монтируют на горизонтально расположенной стальной раме 1, на которой выполнены три опорных поперечных балки. По краям указанных балок вертикально неподвижно закрепляют шесть изоляторов 2,4, например марки С4-80, по три с каждой стороны рамы. Затем на изоляторах 2, расположенных по одну сторону рамы, сверху закрепляют неподвижно токоподводящие шины 7. На конце указанных шин имеются контактные площадки, выполненные в виде губок с подпружинивающими плоскими упругими стальными пластинами 8. На изоляторах 4, расположенных по другую сторону рамы, сверху закрепляют токоотводящие шины, которые выполнены в виде контактных ножей 9, подвижно закрепленных в точке 10 с одного конца изолятора. Контактные ножи имеют возможность перемещения в вертикальной плоскости и фиксации в трех положениях. Для этого они соединены через изоляторы 3 и тягу 12 с механизмом вертикального перемещения. Соединение контактных ножей и изоляторов с тягой осуществляется второй точкой шарнирного крепления 10 контактного ножа в положении, обеспечивающим необходимое перемещение контактного ножа в вертикальной плоскости. Для свободного вертикального перемещения изоляторов 3, в опорных поперечных балках выполнены соответствующие отверстия. Для фиксации положений механизма вертикального перемещения и соответственно контактных ножей служит фиксатор 14. Изменение положения контактных ножей осуществляется через механизм вертикального перемещения с помощью рычажного устройства 15. Элементы механизма вертикального перемещения крепятся на опоре крепления 13. Подвижные контактные ножи разъединителя имеют три положения - положение замыкания заземляющего контура, нейтральное положение и положение замыкания токопроводящего контура. Заземляющий контур выполнен заодно с рамой и состоит из трех стальных пластин 6, один конец которых приварен к раме, а на другом закреплены губки, аналогичные губкам шин токоподводящего контура с подпружинивающими плоскими упругими стальными пластинами.
Работа разъединителя осуществляется следующим образом. В исходном положении контактные ножи разъединителя находятся в положении замыкания заземляющего контура или в нейтральном положении. Для осуществления замыкания токопроводящего контура, т.е. приведения устройства в рабочее положение сначала вынимают фиксатор, закрепляющий соответствующее положение контактного ножа, затем с помощью рычажного устройства перемещают тяги механизма вертикального перемещения и соответственно контактные ножи вверх до их контакта с губками токоподводящих шин. Плотность электрического контакта обуславливается сжимающим усилием стальных пластин подпружинивающих губки, составляющим 6-8 кг. В этом состоянии фиксатором закрепляется положение тяг и контактных ножей. Таким образом, осуществляется рабочее состояние разъединителя. Для разъединения соединения токопроводящего контура вынимается фиксатор, контактные ножи переводятся с помощью рычажного устройства в нейтральное положение или в положение замыкания заземляющего контура и там фиксируются.
Из приведенного выше описания и примера работы устройства следует, что достижение заявленного технического результата может быть обеспечено и обеспечивается только неразрывно взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленного устройства, отраженных в формуле полезной модели.