Трехфазный вакуумный выключатель
THREE-PHASE VACUUM CIRCUIT BREAKER

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для создания трехфазных вакуумный вакуумных выключателей, обладающих возможностью ручного отключения сети переменного тока с приложением минимальных усилий на их отключение.
Аналогичные технические решения известны, см., например, патент Республики Беларусь на полезную модель №6870, которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
- корпус (1);
- три полюса (2), закрепленные своими нижними основаниями на верхней поверхности корпуса (1);
- верхние электрические контакты (3), закрепленные одними своими выводами на соответствующих участках внешних поверхностей трех полюсов (2);
- нижние электрические контакты (4), закрепленные одними своими выводами на соответствующих участках внешних поверхностей трех полюсов (2);
- три вакуумные дугогасительные камеры (5), каждая из которых расположена внутри одного из трех полюсов;
- верхние неподвижные электрические контакты (6), расположенные внутри каждой из трех вакуумных дугогасительных камер (5) и соединенные с верхними электрическими контактами (3), посредством жестких электрических связей, закрепленных одними своими соответствующими концами на соответствующих участках внутренних поверхностей каждой из трех вакуумных дугогасительных камер (5);
- нижние подвижные электрические контакты (7), расположенные внутри каждой из трех вакуумных дугогасительных камер (5) и соединенные с нижними электрическими контактами (4), посредством гибких электрических связей (9);
- три тяговых электрических изолятора (10), каждый из которых соединен одним своим верхним концом с соответствующим нижним подвижным электрическим контактом (7);
- три электромагнитных привода (12) расположенных в верхней части корпуса (1), закрепленных на нижней поверхности плиты (13) и взаимодействующих соответствующими концами своих штоков (22) с соответствующими концами тяговых электрических изоляторов (10), через соответствующие отверстия, выполненные в плите (13);
- три якоря (25) дискообразной формы, каждый из которых закреплен на соответствующем участке внешней поверхности соответствующих нижних концов штоков (22);
- три пружины (11) поджатая подвижных контактов к неподвижным контактам, внутри каждой из трех вакуумных дугогасительных камер (5), каждая из которых расположена своей внутренней поверхностью над соответствующим участком внешней поверхности нижнего конца штока (22) каждого из трех электромагнитных приводов и упирающаяся своим верхним концом в соответствующий выступ выполненный на соответствующем участке нижнего конца одного из трех тяговых электрических изоляторов (10) и (упирающаяся) своим нижним концом в один из соответствующих выступов, выполненных на соответствующем участке корпуса штока (22) одного из трех электромагнитных приводов;
- три пружины (26) отключения подвижных контактов от неподвижных контактов внутри каждой из трех вакуумных дугогасительных камер (5), каждая из которых расположена между электромагнитными приводами (12), смонтированы на штоках (27) внутри «П» - образных скоб (28), закрепленных на плите (13) и установлены своими нижними концами на опорных шайбах (29), также распложенных на штоках (27);
- три механизма фиксации якорей (25) каждого из трех электромагнитных приводов (12) выполненных в виде постоянных магнитов (21), установленных между верхними торцевыми поверхностями каждой одной из электрических катушек, каждого из трех электромагнитных приводов (12) и нижней поверхностью плиты (13), расположенной в верхней части корпуса (1);
- синхронизирующий вал (31), выполненный в форме шестигранника и закрепленный своими концами на противоположных стенках корпуса (1), в подшипниках качения (32);
- рычаг (34) подсоединенный одним своим концом к соответствующему участку внешней поверхности синхронизирующего вала (31);
- три одноплечих рычага (33), шарнирно закрепленных соответствующими участками своих корпусов, посредством тяг (35), на нижних концах штока (22) и жестко закрепленных одними своими концами на соответствующих участках внешней поверхности синхронизирующего вала (31);
- рычаги (36), закрепленные на вспомогательном валу (37) и шарнирно подсоединенные к другим своим концам трех одноплечих рычагов (33);
- съемную рукоятку (41), зафиксированную на упоре (42) выполненном на соответствующем участке внутренней поверхности корпуса (1);
Все вышеперечисленные признаки являются общими с предлагаемым техническим решением для патентования за исключением рычага (34), подсоединенного одним своим концом к соответствующему участку внешней поверхности синхронизирующего вала (31), рычагов (36), закрепленных на вспомогательном валу (37) и шарнирно подсоединенные к другим своим концам трех одноплечих рычагов (33) и съемной рукоятки (41), зафиксированной на упоре (42) выполненном на соответствующем участке внутренней поверхности корпуса (1);
Известно также аналогичное техническое решение см., руководство по эксплуатации «Выключатели вакуумные высоковольтные серии BB/AST-10 с магнитной защелкой» предприятия ООО «Астер Электро» в котором представлена конструкция трехфазного вакуумного выключателя (см. сайт ООО «Астер Электро»: https://www.asterelectro.ru.), который выбран в качестве ближайшего аналога, прототипа и который содержит следующую совокупность существенных признаков:
- корпус трехфазного вакуумного выключателя;
- синхронизирующий вал, подвижно закрепленный своими концами на противоположных стенках корпуса;
- три корпуса полюса, закрепленные своими нижними основаниями на верхней поверхности корпуса трехфазного вакуумного выключателя;
- три верхних электрических вывода, установленных одним своим концом в верхней части корпуса полюса и выходящего другим своим концом наружу;
- три нижних электрических вывода, установленных одним своим концом в средней части корпуса полюса и выходящего другим своим концом наружу;
- три вакуумных дугогасительных камеры, установленных во внутренней полости верхней части каждого корпуса полюса и подсоединенных своими неподвижными контактами к соответствующему участку поверхности верхнего электрического вывода;
- три гибких электрических связи, закрепленных своими верхними участками на корпусе подвижного контакта каждой вакуумной дугогасительной камеры и другими своими нижними участками на соответствующем участке поверхности каждого нижнего электрического вывода;
- три электроизоляционных тяги, расположенные соответствующими участками своих внешних боковых поверхностей в отверстии, выполненном в каждом корпусе нижнего электрического вывода, закрепленных своими верхними концами к подвижным контактам вакуумных дугогасительных камер;
- три привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры выполненных, например, в виде:
- первого цилиндрического стакана из магнитомягкой стали с отверстием в дне стакана соединенными своими соответствующими участками верхнего основания с вставками, из магнитомягкой стали и с постоянными магнитами, установленным на внутренней поверхности верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры;
- электрических катушек цилиндрической формы, установленных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности первых цилиндрических стаканов и расположенных своими верхними торцевыми концами у соответствующих участков, установленных на соответствующих участках верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры и подсоединяемых своими выводами к соответствующим выводам импульсного источника питания;
- трех якорей, выполненных в виде второго цилиндрического стакана со ступенчатой выемкой и отверстием, выполненном во внутренней центральной части их дна, с кольцеобразным выступом выполненном на нижнем участке внешней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря), расположенного в области торцевой поверхности нижнего конца, каждого первого цилиндрического стакана, с двумя откидными болтами вкрученными в торцевую поверхность каждого якоря и шарнирно соединенными с синхронизирующим валом;
- трех верхних и нижних оснований, соединенных между собой и с соответствующими участками корпуса трехфазного вакуумного выключателя, и нижними основаниями каждого корпуса полюса, посредством болтовых соединений;
- трех механизмов поджатая подвижных контактов к неподвижным контактам в вакуумных дугогасительных камерах, выполненных в виде первых цилиндрических пружин, расположенных своей внутренней поверхностью над соответствующими участками внешней поверхности нижних концов электроизоляционных тяг и упирающихся своими верхними концами в выступы, выполненные на соответствующих участках внешних поверхностей электроизоляционных тяг и своими нижними концами установленными на соответствующих участках внутренних поверхностей ступенчатых выемок, выполненных в каждом дне вторых цилиндрических стаканов(якорей);
- трех механизмов отключения подвижных контактов от неподвижных каждой дугогасительной камеры, выполненных в виде вторых цилиндрических пружин, расположенных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря) и упирающихся своими верхними концами в соответствующие участки каждой нижней поверхности верхних оснований привода через вставку и своими нижними концами установленными на соответствующем участке внутренней поверхности ступенчатой выемки, выполненной в дне каждого второго цилиндрического стакана (якоря) для размещения в нем электроизоляционных тяг с выступом на соответствующем участке внешней поверхности электроизоляционной тяги и кольцеобразным упором, расположенным на нижнем конце каждой электроизоляционной тяги;
- трех механизмов защелки якоря, выполненных в виде постоянных магнитов прямоугольной формы, установленных одними своими боковыми поверхностями в области верхней торцевой поверхности электрической катушки цилиндрической формы и другими соответствующими боковыми сторонами на нижней внутренней поверхности верхнего основания и зафиксированных друг относительно друга посредством вставок; -механизма ручного отключения трехфазного вакуумного выключателя при отсутствии оперативного питания, выполненный в виде рычагов управления с возвратной пружиной, взаимодействующих своими соответствующими концами с соответствующими участками синхронизирующего вала.
Все вышеперечисленные признаки прототипа являются общими с техническими решениями, предлагаемыми к патентованию
Технический результат, который невозможно достичь не одним из выше охарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в отсоединении подвижного контакта от неподвижного контакта в каждой из вакуумных дугогасительных камера, с минимально возможными усилиями.
Причиной, невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что вопросам отсоединения подвижного контакта от неподвижного контакта в каждой из вакуумных дугогасительных камер, с приложением минимально возможных усилий, должного внимания не уделялось
Учитывая характеристику и анализ известных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания трехфазных вакуумных выключателей с большими усилиями поджатая и удержания подвижных и неподвижных контактов в замкнутом состоянии во включенном положении и обладающих возможностью отключения подвижных контактов от неподвижных в каждой из вакуумных дугогасительных камер, с приложением минимально возможных усилий является актуальной на сегодняшний день, особенно в условиях повышенной вибрации.
Технический результат, указанный выше достигается тем, что трехфазный вакуумный выключатель, содержащий - корпус трехфазного вакуумного выключателя;
- синхронизирующий вал, подвижно закрепленный своими концами на противоположных стенках корпуса;
- три корпуса полюса, закрепленные своими нижними основаниями на верхней поверхности корпуса трехфазного вакуумного выключателя;
- три верхних электрических вывода, установленных одним своим концом в верхней части корпуса полюса и выходящего другим своим концом наружу;
- три нижних электрических вывода, установленных одним своим концом в средней части корпуса полюса и выходящего другим своим концом наружу;
- три вакуумных дугогасительных камеры, установленных во внутренней полости верхней части каждого корпуса полюса и подсоединенных своими неподвижными контактами к соответствующему участку поверхности верхнего электрического вывода;
- три гибких электрических связи, закрепленных своими верхними участками на корпусе подвижного контакта каждой вакуумной дугогасительной камеры и другими своими нижними участками на соответствующем участке поверхности каждого нижнего электрического вывода;
- три электроизоляционных тяги, расположенные соответствующими участками своих внешних боковых поверхностей в отверстии, выполненном в каждом корпусе нижнего электрического вывода, закрепленных своими верхними концами к подвижным контактам вакуумных дугогасительных камер;
- три привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры выполненных, например, в виде:
- первого цилиндрического стакана из магнитомягкой стали с отверстием в дне стакана соединенными своими соответствующими участками верхнего основания с вставками, из магнитомягкой стали и с постоянными магнитами,
установленным на внутренней поверхности верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры;
- электрических катушек цилиндрической формы, установленных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности первых цилиндрических стаканов и расположенных своими верхними торцевыми концами у соответствующих участков постоянных магнитов, установленных на соответствующих участках верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры и подсоединяемых своими выводами к соответствующим выводам импульсного источника питания;
- трех якорей, выполненных в виде второго цилиндрического стакана со ступенчатой выемкой и отверстием, выполненном во внутренней центральной части их дна, с кольцеобразным выступом, выполненном на нижнем участке внешней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря), расположенного в области торцевой поверхности нижнего конца, каждого первого цилиндрического стакана, с двумя откидными болтами вкрученными в торцевую поверхность каждого якоря и шарнирно соединенными с синхронизирующим валом;
- трех верхних и нижних оснований, соединенных между собой и с соответствующими участками корпуса трехфазного вакуумного выключателя, и нижними основаниями каждого корпуса полюса, посредством болтовых соединений;
- трех механизмов поджатая подвижных контактов к неподвижным контактам в вакуумных дугогасительных камерах, выполненных в виде первых цилиндрических пружин, расположенных своей внутренней поверхностью над соответствующими участками внешней поверхности нижних концов электроизоляционных тяг и упирающихся своими верхними концами в выступы, выполненные на соответствующих участках внешних поверхностей электроизоляционных тяг и своими нижними концами установленными на соответствующих участках внутренних поверхностей ступенчатых выемок, выполненных в каждом дне вторых цилиндрических стаканов(якорей);
- трех механизмов отключения подвижных контактов от неподвижных каждой дугогасительной камеры, выполненных в виде вторых цилиндрических пружин, расположенных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря) и упирающихся своими верхними концами в соответствующие участки каждой нижней поверхности верхних оснований привода через вставку и своими нижними концами установленными на соответствующем участке внутренней поверхности ступенчатой выемки, выполненной в дне каждого второго цилиндрического стакана (якоря) для размещения в нем электроизоляционных тяг с выступом на соответствующем участке внешней поверхности электроизоляционной тяги и кольцеобразным упором, расположенным на нижнем конце каждой электроизоляционной тяги;
- трех механизмов защелки якоря, выполненных в виде постоянных магнитов прямоугольной формы, установленных одними своими боковыми поверхностями в области верхней торцевой поверхности электрической катушки цилиндрической формы и другими соответствующими боковыми сторонами на нижней внутренней поверхности верхнего основания и зафиксированных друг относительно друга посредством вставок;
- механизма ручного отключения трехфазного вакуумного выключателя при отсутствии оперативного питания, выполненный в виде рычагов управления с возвратной пружиной, взаимодействующих своими соответствующими концами с соответствующими участками синхронизирующего вала, при этом трехфазный вакуумный выключатель снабжен первым и вторым расцепителями магнитной цепи, выполненными в виде полуцилиндрического продольного стержня с продольным скосом, выполненным на одном из продольных ребер полуцилиндрического продольного стержня, и установленный своей внешней продольной полуцилиндрической поверхностью в полуцилиндрические продольные пазы, выполненные симметрично на соответствующих участках нижней поверхности первого цилиндрического стакана, и прилегающие своей противоположной плоской поверхностью к соответствующим участкам внутренней верхней поверхности первого кольцеобразного выступа второго цилиндрического стакана и ручек расцепителей, жестко закрепленных на одной из торцевых поверхностей полуцилиндрического продольного стержня.
Введение первого и второго расцепителей, в каждый из трех приводов для перемещения подвижных контактов каждой дугогасительной камеры и их выполнения как это указано выше, при подаче импульса от источника импульсного напряжения на вводы электрических катушек и по воздействием возникшего магнитного поля якоря втягиваются в катушки, обеспечивая электрические соединения между подвижными и неподвижными контактами вакуумных дугогасительных камер, фиксацию положения якоря с помощью механизмов защелки якоря за счет действия постоянных магнитов, обеспечивая нормированное поджатие контактов вакуумных дугогасительных камерах за счет пружин поджатая подвижных контактов к неподвижным и удержание во взведенном состоянии вторых цилиндрических пружин механизмов отключения и обеспечивая таким образом нормальную работу трехфазного вакуумного выключателя.
При возникновении аварийной ситуации (отсутствие оперативного питания систем управления) и необходимости произвести экстренное отключение подвижного контакта от неподвижного контакта в вакуумных дугогасительных камерах осуществляется поворот полуцилиндрических продольных стержней расцепителей магнитной цепи в полуцилиндрических продольных пазах, используя для этого рычаги ручного управления объединенных например валом отключения, в результате такого поворота полуцилиндрического продольного стержня второй цилиндрический стакан смещается вниз, разрывая магнитную цепь и обеспечивая практически мгновенный возврат в положение отключено всех механизмов защелки якорей, всех механизмов поджатая подвижных контактов к неподвижным и механизмов возврата якорей и обеспечивая таким образом отключение подвижных контактов от неподвижных в дугогасительных камерах трехфазного вакуумного выключателя с приложением незначительных усилий. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результат
Проведенный анализ существенных признаков предлагаемого для патентования технического решения показал, что не в одном из известных технических решений не содержится, как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о наличии «новизны» и «изобретательского уровня» предлагаемого для патентования трехфазного вакуумного выключателя,
Предлагаемый для патентования трехфазный вакуумный выключатель. Поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция трехфазного вакуумного выключателя на фиг. 2 представлена конструкция одного из полюсов выключателей трехфазного вакуумного выключателя, и на фиг. 3 представлена конструкция расцепите ля магнитной цепи.
Трехфазный вакуумный выключатель, содержит:
- корпус трехфазного вакуумного выключателя (1);
- синхронизирующий вал (2), закрепленный своими концами на противоположных стенках корпуса в подшипниках скольжения (3);
- три корпуса полюса (4), закрепленные своими нижними основаниями на верхней поверхности корпуса трехфазного вакуумного выключателя (1);
- три верхних электрических вывода (5), установленных одним своим концом в верхней части корпуса полюса (4) и выходящего другим своим концом наружу;
- три нижних электрических вывода (6), установленных одним своим концом в средней части корпуса полюса (4) и выходящего другим своим концом наружу;
-три вакуумных дугогасительных камеры (7), установленных во внутренней полости верхней части каждого корпуса полюса (4) и подсоединенных своими неподвижными контактами (8) к соответствующему участку поверхности верхнего электрического вывода (5);
- три гибких электрических связи (9), закрепленных своими верхними участками на корпусе подвижного контакта (10) каждой вакуумной дугогасительной камеры (7) и другими своими нижними участками на соответствующем участке поверхности каждого нижнего электрического вывода (6);
- три электроизоляционных тяги (11), расположенные соответствующими участками своих внешних боковых поверхностей в отверстии, выполненном в каждом корпусе нижнего электрического вывода (6), закрепленных своими верхними концами к подвижным контактам (10) вакуумных дугогасительных камер (7);
- три привода для перемещения подвижных контактов (10) каждой вакуумной дугогасительной камеры (7) выполненных, например, в виде:
- первого цилиндрического стакана (12) из магнитомягкой стали с отверстием в дне стакана соединенными своими соответствующими участками верхнего основания с вставками (13), (14) из магнитомягкой стали и с постоянными магнитами (15), установленным на внутренней поверхности верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры (7);
- электрических катушек (16) цилиндрической формы, установленных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности первых цилиндрических стаканов (12) и расположенных своими верхними торцевыми концами у соответствующих участков, установленных на соответствующих участках верхнего основания корпуса привода для перемещения подвижных контактов каждой вакуумной дугогасительной камеры (7) и подсоединяемых своими выводами к соответствующим выводам импульсного источника питания (на чертежах не представлен);
- трех якорей (17), выполненных в виде второго цилиндрического стакана из магнитомягкой стали со ступенчатой выемкой и отверстием, выполненном во внутренней центральной части их дна, с кольцеобразным выступом - (18) выполненном на нижнем участке внешней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря) расположенного в области торцевой поверхности нижнего конца, каждого первого цилиндрического стакана (12), с двумя откидными болтами (19) вкрученными в торцевую поверхность каждого якоря (17) и шарнирно соединенными с тремя одноплечими рычагами (20) синхронизирующего вала, (2)
- трех верхних - (21) и нижних - (22) оснований, выполненных из немагнитного материала и соединенных между собой и с соответствующими участками корпуса трехфазного вакуумного выключателя (1), и нижними основаниями каждого корпуса полюса (4), посредством болтовых соединений - (23),
- трех механизмов поджатия подвижных контактов (10) к неподвижным контактам (8) в вакуумных дугогасительных камерах (7), выполненных в виде первых цилиндрических пружин (24), расположенных своей внутренней поверхностью над соответствующими участками внешней поверхности нижних концов электроизоляционных тяг (11) и упирающихся своими верхними концами в выступы (25), выполненные на соответствующих участках внешних поверхностей электроизоляционных тяг (11) и своими нижними концами, установленными на соответствующих участках внутренних поверхностей ступенчатых выемок, выполненных в каждом дне вторых цилиндрических стаканов(якорей) (17);
- трех механизмов отключения подвижных контактов от неподвижных каждой дугогасительной камеры, выполненных в виде вторых цилиндрических пружин (26), расположенных своей внешней боковой поверхностью у внутренней поверхности каждого второго цилиндрического стакана (якоря) (17) и упирающихся своими верхними концами в соответствующие участки каждой нижней поверхности верхних оснований привода (21) напрямую или через вставку (13) и своими нижними концами, установленными на соответствующем участке внутренней поверхности ступенчатой выемки, выполненной в дне каждого второго цилиндрического стакана (якоря)-(17); для размещения в нем электроизоляционных тяг (11) с выступом на соответствующем участке внешней поверхности электроизоляционной тяги (25) и кольцеобразным упором (27), расположенным на нижнем конце каждой электроизоляционной тяги
- трех механизмов защелки якоря, выполненных в виде постоянных магнитов (15) прямоугольной (или кольцеобразной) формы, установленных одними своими боковыми поверхностями в области верхней торцевой поверхности электрической катушки (16) цилиндрической формы и другими соответствующими боковыми сторонами на нижней внутренней поверхности верхнего основания (21) и зафиксированных друг относительно друга посредством вставок (13), (14) из магнитомягкой стали. Первый и второй расцепители магнитной цепи для каждого из трех приводов, выполненные в виде полуцилиндрического продольного стержня (28) (см. фиг. 3) с продольным скосом (29), выполненным на одном из продольных ребер полуцилиндрического продольного стержня (28), и установленные своей внешней продольной полуцилиндрической поверхностью в полуцилиндрические продольные пазы - (30) (см. фиг. 2), выполненные симметрично на соответствующих участках нижней поверхности первого цилиндрического стакана - (12), и прилегающие своей противоположной плоской поверхностью к соответствующим участкам внутренней верхней поверхности первого кольцеобразного выступа - (18)второго цилиндрического стакана -- (17) и ручек - 31, закрепленных на одной из торцевых поверхностей полуцилиндрического продольного стержня (28);
Механизм ручного отключения предназначен для отключения выключателя при отсутствии оперативного питания и содержит рычаги ручного управления (32) с возвратной пружиной (33) вал отключения (34) соединенный с расцепителями трех полюсов выключателя.
Предлагаемый вакуумный выключатель работает следующим образом. Включение выключателя осуществляется только электрическим способом по соответствующей команде из внешней схемы управления (не представленной на чертежах) путем подачи импульса тока на соответствующие выводы электрических катушек (16) приводов для перемещения подвижных контактов (10) вакуумных дугогасительных камер (7). При этом полярность импульса выбирается таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые электрическими катушками (16) совпадали по направлению с магнитными потоками постоянных магнитов (15) создаваемыми в магнитной цепи.
В результате суммарного воздействия этих магнитных потоков силы притяжения якорей (17) к вставкам (13) становятся значительно больше усилий начального натяжения, создаваемых пружинами отключения - (26) и якоря (17) перемещаются вверх. Вместе с якорями (17) перемещаются электроизоляционные тяги (11) и подвижные контакты (10) до соприкосновения с неподвижными контактами (8).
Дальнейшее движение якорей (17) под воздействием магнитных полей постоянных магнитов (15) и электрических катушек (16) сжимает пружины (24) и (26), создавая пружинами поджатия (24) нормированные усилия поджатия подвижных контактов (10) к неподвижным -8 и запас энергии в пружинах отключения (26), необходимый для возврата якорей в исходное положение.
По мере движения якорей (17) воздушные зазоры между вставками (13) и якорями (17) уменьшаются, при этом, следовательно, уменьшается магнитное сопротивление, создаваемое воздушными зазорами, а сила притяжения якорей (17) к вставкам (13) возрастает. В момент соприкосновения якорей (17) и вставок (13) воздушные зазоры становятся практически равными нулю, а сила притяжения якорей возрастает до своего максимального значения. В этот момент импульс тока прекращается и якоря удерживаются магнитными полями постоянных магнитов (15). Синхронизирующий вал (2) обеспечивает одновременность замыкания (размыкания) контактов вакуумных дугогасительных камер, который неизбежно возникает из-за разброса параметров катушек, магнитов, магнитопроводов.
Отключение выключателя может осуществляться либо электрическим способом, либо в ручном режиме посредством механизма ручного отключения. Для отключении электрическим способом из блока управления по соответствующей команде от внешней схемы на обмотки катушек (16) подается импульс тока обратной полярности. Обмотки катушек (16) создают в магнитопроводах магнитные потоки, противоположные по направлению относительно магнитных потоков, создаваемых постоянными магнитами (15). В результате этого суммарные магнитные потоки, проходящие через якоря (17) и вставки (13) уменьшаются, соответственно уменьшаются усилия удержания якорей (17), и они под действием энергии пружин отключения (26) и пружин поджатия (24) с большим ускорением перемещается в низ до соударения с упорами (27)
В этот момент вся кинетическая энергия, которой обладают якоря (17) к моменту удара передается через кольцеобразные упоры (27) и электроизоляционные тяги (11) на подвижные контакты (10) вакуумных дугогасительных камер (7), развивает силу удара необходимую для отрыва подвижных контактов (10) и отрывает подвижный контакт (10) от неподвижных контактов (8).
Для отключения вакуумного выключателя в режиме ручного отключения, выполняется нажатие на рычаги ручного управления (32), при этом осуществляется поворот полуцилиндрических продольных стержней (28) расцепителей магнитной цепи в полуцилиндрических продольных пазах (30). При их повороте, расцепители магнитных цепей, работают как классические рычаги с той особенностью, что начальный отрыв якоря (при большом усилии удержания якоря) от магнитопровода обеспечивается ребром А. После того как произошел начальный отрыв якоря (17) от вставки (13) усилие удержания существенно падает, из-за возникающего воздушного зазора в магнитной цепи, работа рычага переходит с ребра А на ребро В, тем самым придавая ускорение отрыва якоря при малых усилиях ручного управления. Воздушный зазор в магнитной цепи стремительно возрастает окончательно ослабляя действие магнитного потока соответственно и усилия удержания якоря и якорь под действием энергии пружин отключения (26) и пружин поджатия (24) с большим ускорением перемещается в низ до соударения с упорами (27) В этот момент вся кинетическая энергия, которой обладает якорь (17) (к моменту удара) передается через кольцеобразный выступ якоря (17), через кольцеобразный упор (27) и электроизоляционную тягу (11) на подвижный контакт (10) вакуумной дугогастельной камеры (7) и развивает силу удара необходимую для отрыва подвижного контакта (10) от неподвижного контакта (8) и отсоединяет подвижный контакт (10) от неподвижного контакта (8).
Таким образом предлагаемый вакуумный выключатель, за счет введения расцепителей магнитной цепи и приведение их в действие, в случае необходимости, обеспечивает практически мгновенное отрывание якоря привода от постоянных магнитов, без использования электрической энергии и, в конечном счете, обеспечивает отключение подвижного контакта от неподвижного контакта в вакуумной дугогасительной камере при незначительных усилиях на отключение, что в свою очередь позволяет увеличить усилие удержания контактов во включенном состоянии.
Проведенные исследования заявляемой конструкции выключателя подтвердили его работоспособность и достижение поставленной задачи. Величина усилия удержания подвижных контактов в вакуумной камере при включенном состоянии вакуумного выключателя увеличена с 1,18 кН до 2,94 кН, что практически в 2,5 раза больше, чем у выключателя-прототипа, при одинаковых габаритных размерах и массе электромагнитных приводов. При этом усилие ручного отключения уменьшилось с 32 кгс до 6 кгс, т.е. в 5 раз.
В целом конструктивное исполнение вакуумного выключателя обеспечивает существенное повышение величины усилия удержания подвижных контактов в вакуумной камере при включенном состоянии вакуумного выключателя, и обеспечивает его безусловное отключение при облегченном воздействии на механизм ручного отключения тем самым обеспечивается повышенная надежность предлагаемого вакуумного выключателя в эксплуатации даже в условиях повышенной вибрации и сейсмичности.