ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ УСТРОЙСТВО
HIGH-VOLTAGE DEVICE

Изобретение относится к высоковольтному устройству с коммутационным механизмом. Такое высоковольтное устройство известно, например, из DE 10219055.
В основе изобретения лежит задача создания высоковольтного устройства, которое обеспечивало бы высокую степень гибкости при его монтаже.
Эта задача решается согласно изобретению посредством высоковольтного устройства по п.1 формулы. Предпочтительные варианты его выполнения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.
Согласно изобретению, предусмотрено, что коммутационный механизм содержит передачу, позволяющую изменять его коммутационное положение, причем в первом коммутационном положении коммутационный механизм соединяет первый вывод со вторым выводом, во втором коммутационном положении - первый вывод с третьим выводом, а в третьем коммутационном положении - все три вывода, причем привод расположен в корпусе на проходящей через его середину центральной оси, ось привода перпендикулярна центральной оси, а путь перемещения одного из электрических контактных элементов лежит на центральной оси и параллельно ей.
Существенное преимущество изобретения заключается в том, что передача и коммутационный механизм могут быть установлены внутри корпуса по-разному, например повернутыми на 180°, без необходимости конструктивных изменений передачи или коммутационного механизма.
Преимущественно корпус выполнен осесимметричным, а центральная ось образует предпочтительно ось симметрии корпуса. Ось или путь перемещения обоих электрических контактных элементов преимущественно перпендикулярна/перпендикулярен оси привода.
Кроме того, предпочтительно, если высоковольтное устройство содержит корпус с первым и вторым отверстиями, причем оба отверстия подходят для размещения на них на выбор глазка или вывода для заземляющего контакта. Следовательно, в этом варианте глазок или вывод для заземляющего контакта можно поменять местами, так что высоковольтное устройство может быть легко переконфигурировано.
Преимущественно в случае осесимметричного корпуса оба его отверстия расположены напротив друг друга относительно оси симметрии. Они предпочтительно идентичны, чтобы можно было легко поменять местами глазок и вывод для заземляющего контакта, если передача должна быть смонтирована в корпусе повернутой на 180°.
Вывод для заземляющего контакта образует, например, третий вывод высоковольтного устройства, который посредством коммутационного механизма соединяется с первым контактом.
В остальном предпочтительно, если оба отверстия корпуса и вставленный в одно из них глазок рассчитаны и ориентированы так, что через него извне можно различить положение первого электрического контактного элемента, который может соединять между собой первый и второй выводы, и положение второго электрического контактного элемента, который может соединять между собой первый и третий выводы.
Один из обоих контактных элементов образует, например, заземляющий контактный элемент, а другой - например, размыкающий контактный элемент коммутационного механизма.
Также предпочтительно, если коммутационный механизм содержит передачу с двумя связующими тягами, которые установлены с возможностью поворота в заданной плоскости поворота и при повороте перемещают каждый соответствующий электрический контактный элемент, в результате чего коммутационное положение коммутационного механизма изменяется, причем в первом коммутационном положении коммутационный механизм соединяет первый и второй выводы, во втором коммутационном положении - первый и третий выводы, а в третьем коммутационном положении оставляет несоединенными все три вывода, ось привода высоковольтного устройства перпендикулярна оси поворота связующих тяг, причем обе связующие тяги установлены таким образом, что по меньшей мере одна из них при изменении коммутационного положения коммутационного механизма может поворачиваться через зону оси привода, в которой ось привода проходит через ось поворота обеих связующих тяг или пересекает ось их поворота. Преимущество этого варианта высоковольтного устройства заключается в том, что внутренняя конструкция передачи обеспечивает энергосберегающее переключение коммутационного механизма. Кинематика связующих тяг оказывает положительное влияние на движение контактных элементов. За счет того, что связующие тяги могут проходить через зону оси привода, достигается, например, то, что при изменении коммутационного положения коммутационного механизма выключающий контактный элемент движется меньше включающего контактного элемента. Исходя, например, из третьего коммутационного положения, в котором оба контактных элемента выключены и, тем самым, отстоят соответственно на достаточное изолирующее расстояние от соответствующих им ответных контактных элементов, можно избежать того, что при включении одного контактного элемента он будет синхронно перемещать заодно другой, остающийся выключенным контактный элемент. Такого синхронного перемещения, с электрической точки зрения, вообще не требуется, поскольку расстояние между контактным и ответным контактным элементами при выключенном контактном элементе уже достаточно, и его не требуется увеличивать. За счет возможности сквозного поворота связующих тяг достигается то, что движение отклонения выключающего контактного элемента может быть заметно меньше движения отклонения включающего контактного элемента и, тем самым, остающийся выключенным контактный элемент движется меньше включающего контактного элемента. Поскольку в результате трения любое движение привода требует приводной энергии, за счет уменьшенного хода движения остающегося выключенным контактного элемента экономится приводная энергия по сравнению с другими коммутационными механизмами, в которых включающий и остающийся выключенным контактные элементы синхронно соединяются или движутся с одинаковыми по величине ходами отклонения. Преимущество этого выполнения высоковольтного устройства заключается в том, что за счет возможности сквозного поворота или сквозного прохождения связующих тяг через зону оси привода путь перемещения одного из электрических контактных элементов и привод коммутационного механизма могут располагаться посередине в корпусе высоковольтного устройства. Например, путь перемещения одного из электрических контактных элементов может проходить параллельно центральной оси корпуса, а ось привода может располагаться перпендикулярно центральной оси, а именно, тем не менее, посередине корпуса.
Чтобы корпус имел простую и недорогую конструкцию, предпочтительно, если передача содержит первую и вторую пластины, которые посредством первой и второй соединительных тяг удерживаются параллельно и на расстоянии друг от друга, причем обе соединительные тяги расположены перпендикулярно пластинам передачи и параллельно оси привода, первая соединительная тяга образует первую поворотную опору для первой связующей тяги, а вторая соединительная тяга - вторую поворотную опору для второй связующей тяги.
Сквозное прохождение связующих тяг достигается особенно просто, если привод косвенно или непосредственно связан с первой пластиной передачи, а промежуток между обеими пластинами передачи в зоне оси привода остается свободным для сквозного поворота связующих тяг.
Преимущественно обе соединительные тяги отстоят на одинаковое расстояние от оси привода, чтобы характеристика движения контактных элементов из третьего коммутационного положения во второе коммутационное положение совпадала с характеристикой их движения из третьего коммутационного положения в первое коммутационное положение.
Преимущественно привод связан с первой пластиной передачи с возможностью ее вращения вокруг своей оси; в этом случае вторая пластина передачи вращается обеими соединительными тягами заодно с первой пластиной передачи.
Вторая пластина передачи предпочтительно связана с расположенным коаксиально оси привода приводным связующим элементом, так что он при вращении обеих пластин передачи вращается заодно с ними. Например, приводной связующий элемент одним своим концом соединен со второй пластиной передачи, а другим концом - с первой пластиной передачи другого или второго коммутационного механизма высоковольтного устройства. Второй коммутационный механизм может быть придан, например, другому электрическому полюсу высоковольтного устройства. При таком расположении единственный привод с центральной осью может одновременно переключать несколько полюсов высоковольтного устройства.
Предпочтительно высоковольтное устройство выполнено двух- или более полюсным и содержит для каждого электрического полюса коммутационный механизм, причем один из коммутационных механизмов соединен с приводом, а остальные коммутационные механизмы соединены с ним косвенно соответственно через вышестоящие коммутационные механизмы и вышестоящие приводные связующие элементы.
Для достижения компактной конструкции корпуса предпочтительно, если обе связующие тяги расположены в одной плоскости между пластинами передачи.
Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:
- фиг. 1 - первый пример выполнения высоковольтного устройства в сечении, причем высоковольтное устройство имеет два отверстия корпуса для монтажа вывода для заземляющего контакта и глазка;
- фиг. 2 - высоковольтное устройство на фиг. 1 с переменой мест глазка и вывода для заземляющего контакта при монтаже в обоих отверстиях корпуса;
- фиг. 3 - упрощенный вид сбоку конструкции передачи высоковольтного устройства на фиг. 1;
- фиг. 4 - другой упрощенный схематичный вид передачи высоковольтного устройства на фиг. 3;
- фиг. 5 - второй пример выполнения высоковольтного устройства, причем расположение глазка относительно передачи не поясняется и показано первое коммутационное положение коммутационного механизма;
- фиг. 6 - высоковольтное устройство на фиг. 5 во втором коммутационном положении коммутационного механизма;
- фиг. 7 - третье коммутационное положение коммутационного механизма высоковольтного устройства на фиг. 5;
- фиг. 8 - упрощенный вид конструкции передачи высоковольтного устройства на фиг. 5, причем показано третье коммутационное положение коммутационного механизма;
- фиг. 9 - каскадное расположение коммутационных механизмов, один из которых связан непосредственно с приводом, а остальные связаны с ним косвенно через приводные связующие элементы.
На чертежах для наглядности одинаковые или сопоставимые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 изображено высоковольтное устройство 10, коммутационный механизм 20 которого взаимодействует с первым 30, вторым 40 и третьим 50 выводами.
Коммутационный механизм 20 содержит передачу 60, снабженную первой 70 и второй 80 соединительными тягами. Первая соединительная тяга 70 образует первую поворотную опору для первой связующей тяги 90 передачи 60. Вторая соединительная тяга 80 образует вторую поворотную опору для второй связующей тяги 100.
За счет поворотной опоры обеих связующих тяг 90, 100 они могут поворачиваться в заданной плоскости поворота, соответствующей плоскости фиг. 1.
Обеим связующим тягам 90, 100 придано по одному контактному элементу, а именно первой связующей тяге 90 - первый контактный элемент 110, а второй связующей тяге 100 - второй контактный элемент 120. Оба контактных элемента 110, 120 установлены с возможностью перемещения и при повороте соответствующей связующей тяги могут перемещаться в ее продольном направлении. Так, например, за счет поворота первой связующей тяги 90 первый контактный элемент 110 может перемещаться в направлении второго вывода 40, так что первый вывод 30 соединяется с ним. В случае такого движения поворота связующей тяги 90 вторая связующая тяга 100 поворачивается так, что второй контактный элемент 120 отводится от третьего вывода 50 и втягивается в корпус передачи 60.
Соответственно, второй контактный элемент 120 соединяется с третьим контактным выводом 50 за счет того, что он с помощью второй связующей тяги 100 сдвигается в направлении третьего контактного вывода 50. В случае такого движения сдвига, первая связующая тяга 90 оттягивает первый контактный элемент 110 от второго контактного вывода 40 и втягивает в корпус передачи 60.
Движение обоих контактных элементов 110, 120 и движение поворота обеих связующих тяг 90, 100 вызваны двумя пластинами 160, 150 передачи, из которых на фиг. 1 показана только верхняя пластина 150. Нижняя пластина 160 на фиг. 1 закрыта верхней пластиной 150.
Расположение обеих пластин 150, 160 передачи по отношению друг к другу подробно показано на фиг. 3, 4. Обе пластины 150, 160 расположены параллельно на расстоянии друг от друга. Они соединены между собой обеими соединительными тягами 70, 80 и удерживаются на расстоянии друг от друга.
Для обеспечения поворота обеих связующих тяг 90, 100 нижняя пластина 160 передачи косвенно или непосредственно связана с приводом 200, ось 210 которого перпендикулярна плоскости фиг. 1. При включении привода 200 нижняя пластина 160 вращается вокруг его оси 210, в результате чего вращается также верхняя пластина 150, поскольку обе пластины 150, 160 соединены между собой обеими соединительными тягами 70, 80 или образованными ими поворотными опорами. За счет вращения пластин 150, 160 вокруг оси 210 привода 200 поворачиваются поворотные связующие тяги 90, 100, в результате чего перемещаются, как уже сказано, контактные элементы 110, 120.
Конструкция передачи 60 более подробно поясняется с помощью фиг. 3, 4. На них передача 60 изображена схематично при виде сбоку. При этом на фиг. 3 показаны верхняя пластина 150 передачи, изображенная также на фиг. 1, и дополнительно нижняя пластина 160. Кроме того, видна соединительная тяга 70, соединяющая пластины 150, 160. Соединительная тяга 70 образует поворотную опору для первой связующей тяги 90, которая может поворачиваться в пространство между обеими пластинами 150, 160.
Чтобы первая связующая тяга 90 и аналогично ей также вторая связующая тяга 100 могли поворачиваться сквозь зону 220 оси 210 привода 200, в которой та проходит через плоскость Е поворота обеих связующих тяг 90, 100, привод 200 расположен так, что он косвенно или непосредственно связан исключительно с нижней на фиг. 3 пластиной 160 передачи. Другими словами, привод 200 не входит в зону 220 своей оси 210 или в пространственную зону между обеими пластинами 150, 160. Следовательно, пространственная зона между обеими пластинами 150, 160 свободна от привода.
Механическая связь между обеими пластинами 150, 160 передачи осуществляется посредством обеих соединительных тяг 70, 80, так что при вращении нижней пластины 160 вокруг оси 210 привода соответственно вращается заодно и верхняя пластина 150. В результате такого вращения обе соединительные тяги 70, 80 поворачиваются вокруг оси 210 привода, так что возникает движение поворота также соответствующих связующих тяг 90, 100.
На фиг. 4 показан другой вид передачи 60. Здесь изображены обе соединительные тяги 70, 80 и соединенные с ними связующие тяги 90, 100. Видно, что на фиг. 4 первая связующая тяга 90 повернута внутрь зоны 220 оси 210 привода и, тем самым, пересекает ось 210. Вторая связующая тяга 100 повернута из зоны 220.
Расстояние между обеими пластинами 150, 160 передачи, расположенными параллельно, по меньшей мере, приблизительно параллельно, обозначено на фиг. 3 буквой А.
Кроме того, на фиг. 1 видно, что высоковольтное устройство 10 содержит корпус 300 с центральной осью 310. Последняя проходит через середину корпуса 300 и образует преимущественно ось его симметрии. Другими словами, корпус 300 выполнен преимущественно осесимметричным вокруг оси 310 симметрии.
Корпус 300 снабжен двумя отверстиями 320, 330, выполненными предпочтительно идентичными. На отверстии 320 посредством крепежного элемента 340 смонтирован третий вывод 50 высоковольтного устройства 10. На отверстии 330 размещен глазок 350, через который можно заглянуть внутрь корпуса 300, чтобы проверить коммутационное состояние коммутационного механизма 20.
За счет того, что оба отверстия 320, 330 выполнены идентичными, можно при монтаже поменять местами третий вывод 50 и глазок 350. В отличие от фиг. 1 крепежный элемент 340 и третий вывод 50 можно смонтировать на отверстии 330, а глазок 350 - на отверстии 320.
Такой монтаж крепежного элемента 340 и глазка 350 изображен на фиг. 2. Видно, что третий вывод 50 посредством крепежного элемента 340 смонтирован на отверстии 330. Глазок 350 находится в отверстии 320.
Чтобы обеспечить взаимодействие третьего вывода 50 с коммутационным механизмом 20, последний смонтирован повернутым на 180° за счет того, что передача 60 надета на привод 200, повернутой на 180°. Такой поворот передачи 60 и коммутационного механизма 20 на 180° возможен, поскольку привод 200 и его ось 210 расположены посередине корпуса, т.е. на центральной оси 310. Если бы ось 210 привода была расположена внецентрово, то поворот передачи 60 описанным образом был бы невозможен.
Кроме того, видно, что расположение контактного элемента 110 в передаче 60 выбрано так, что его перемещение происходит вдоль центральной оси 310. Другими словами, путь Δх перемещения лежит на центральной оси 310. За счет соответствующего расположения пути Δх перемещения или контактного элемента 110 обеспечивается уже упомянутая возможность поворота передачи 60 или коммутационного механизма 20 вокруг центральной оси 310.
Кроме того, на фиг. 1 видно, что путь Δх перемещения первого контактного элемента 110 проходит перпендикулярно оси 210 привода; то же относится к пути перемещения второго контактного элемента 120, также ориентированному перпендикулярно оси 210 привода.
Величина обоих отверстий 320, 330 выбрана преимущественно так, что через глазок 350 видно положение обоих контактных элементов 110, 120, чтобы можно было проверить извне визуальным путем коммутационное положение коммутационного механизма 20. Предпочтительные выполнение и расположение обоих отверстий 320, 330 более подробно поясняются ниже с помощью фиг. 5-7.
На фиг. 5 изображен второй пример выполнения высоковольтного устройства. Видно, что и в этом примере корпус 300 имеет центральную ось и выполнен преимущественно осесимметричным, по меньшей мере, в основном, осесимметричным, так что монтаж глазка 350 возможен как на отверстии 330, так и на отверстии 320. В примере на фиг. 5 глазок 350 смонтирован на отверстии 330, а третий вывод 50 - на отверстии 320.
На фиг. 5 показано первое коммутационное положение коммутационного механизма 20 высоковольтного устройства 10. В этом положении коммутационный механизм 20 соединяет первый вывод 30 со вторым выводом 40, перемещая контактный элемент 110 в направлении второго вывода 40. Соответствующее перемещение вызвано первой связующей тягой 90, смещаемой посредством соединительной тяги 70 в направлении второго вывода 40.
За счет соответствующего вращательного движения обеих пластин 150, 160 передачи 60 поворачивается также соединительная тяга 80, что вызывает движение поворота второй связующей тяги 100. Таким образом, на фиг. 5 видно, что вторая связующая тяга 100 поворачивается в зону 220 оси 210 привода 200, пересекая ось 210. Такой поворот второй связующей тяги 100 возможен, поскольку пространство между обеими пластинами 150, 160 свободно и привод не проходит внутрь этой зоны.
За счет показанного на фиг. 5 движения поворота второй связующей тяги 100 второй контактный элемент 120 отводится от третьего вывода 50 и втягивается в корпус передачи 60. Второй контактный элемент 120 не имеет, тем самым, электрического контакта с третьим выводом 50. За счет описанной кинематики, вызванной расположением обеих соединительных тяг 70, 80 на пластинах 150, 160 передачи 60, движение перемещения обоих контактных элементов 110, 120 неодинаковое. Другими словами, исходя из третьего (нейтрального положения) коммутационного положения, показанного на фиг. 1, 2, при настройке первого коммутационного положения, показанного на фиг. 5, путь Δх перемещения первого контактного элемента 110 становится заметно большим, чем путь Δl перемещения второго контактного элемента 120, втягиваемого в корпус передачи 60.
Более короткий путь перемещения второго контактного элемента 120 уменьшает затраты усилия и, тем самым, энергии, необходимой для переключения коммутационного механизма 20. Другими словами, кинематика передачи 60 гарантирует, что, исходя из третьего коммутационного положения, отводимый или размыкаемый контактный элемент должен перемещаться лишь настолько, насколько это необходимо для размыкания электрического соединения. Контактный элемент, который должен создавать электрическое соединение, в отличие от этого полностью отклоняется или больше перемещается.
На фиг. 6 показано второе коммутационное положение коммутационного механизма 20 на фиг. 5. Видно, что в этом положении первый вывод 30 соединен с третьим выводом 50. За счет электрического соединения третьего вывода 50 с корпусом 300 высоковольтного устройства 10 этот вывод 50 образует заземляющий вывод, в результате чего во втором коммутационном положении на фиг. 6 первый вывод 30 заземляется. Второй вывод 40 остается во втором коммутационном положении несоединенным и, например, свободным от потенциала.
На фиг. 6 хорошо видны также принцип работы передачи 60 и движение поворота обеих связующих тяг 90, 100. Во втором коммутационном положении первая связующая тяга 90 поворачивается через зону оси 210 привода 200 или проходит сквозь нее и, тем самым, пересекает ось 210.
Созданная передачей 60 кинематика достигается и в этом случае за счет того, что путь перемещения включаемого контактного элемента, здесь второго контактного элемента 120, больше пути перемещения размыкаемого контактного элемента, здесь первого контактного элемента 110. Таким образом, процесс движения внутри передачи 60 сокращает путь перемещения размыкаемого контактного элемента, как только он войдет в зону корпуса передачи 60.
Также на фиг. 6 с помощью стрелок Р1, Р2 хорошо видно, что величина обоих отверстий 320, 330 и их расположение выбраны так, что через глазок 350 можно различить положение обоих контактных элементов 110, 120.
На фиг. 7 показано третье коммутационное положение коммутационного механизма 20 высоковольтного устройства 10 на фиг. 5. В этом положении все три вывода 30, 40, 50 не соединены. Возникающее в таком положении отклонение обеих связующих тяг 90, 100 показано еще раз схематично при виде сбоку на фиг. 8.
Чтобы упростить различение коммутационного положения коммутационного механизма 20, может быть, кроме того, предусмотрено, что корпус передачи 60 имеет отверстия, через которые можно заглянуть внутрь нее для определения положения контактных элементов. Эта возможность обозначена на фиг. 5-7 стрелками Р1, Р2.
С помощью фиг. 1-8 пояснялся принцип действия высоковольтного устройства 10 для единственного электрического полюса. Ниже на примере еще раз поясняется, что возможно также многополюсное высоковольтное устройство, например, за счет каскадного расположения приводных устройств.
На фиг. 9 изображен пример выполнения высоковольтного устройства, у которого для трех полюсов трехполюсного энергопередающего устройства предусмотрены три коммутационных механизма 20, 20', 20''. Каждый из них содержит передачу 60, 60', 60'', причем каждая из них снабжена двумя пластинами 150, 160, 150', 160', 150'', 160''. Только нижний на фиг. 9 коммутационный механизм 20 соединен непосредственно с приводом 200 высоковольтного устройства 10. Остальные коммутационные механизмы 20', 20'' лишь косвенно соединены с приводом 200, а именно посредством приводных связующих элементов 400, 400', которые соединяют между собой передачи 60, 60', 60''.
Принцип действия высоковольтного устройства на фиг. 9 может выглядеть, например, следующим образом. При включении привода 200 вращается пластина 160 нижней передачи 60, что неизбежно вызывает вращение ее верхней пластины 150. Поскольку верхняя пластина 150 передачи 60 соединена с нижней пластиной 160' передачи 60', будет вращаться заодно и нижняя пластина 160', пока привод 200 активен. Это приводит, в свою очередь, к вращению верхней пластины 150' передачи 60' и через второй приводной связующий элемент 400' - также к вращению обеих пластин 150'', 160'' передачи 60''.
Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что за счет каскадного расположения коммутационных механизмов 20, 20', 20'' может быть создано трехполюсное высоковольтное устройство, у которого привод 200 и его ось 210 могут быть расположены в зоне центральной оси 310 или оси симметрии корпуса 300. За счет расположения оси 210 в зоне центральной оси 310 достигается то, что при условии соответствующего выполнения передачи 60 последняя может быть смонтирована внутри корпуса 300 высоковольтного устройства в разных положениях.
Перечень ссылочных позиций
10 - высоковольтное устройство
20 - коммутационный механизм
20' - коммутационный механизм
20'' - коммутационный механизм
30 - вывод
40 - вывод
50 - вывод
60 - передача
60' - передача
60'' - передача
70 - соединительная тяга
80 - соединительная тяга
90 - соединительная тяга
100 - связующая тяга
110 - контактный элемент
120 - контактный элемент
150 - пластина передачи
150' - пластина передачи
150'' - пластина передачи
160 - пластина передачи
160' - пластина передачи
160'' - пластина передачи
200 - привод
210 - ось привода
220 - зона оси привода
300 - корпус
310 - центральная ось/ось симметрии
320 - отверстие корпуса
330 - отверстие корпуса
340 - крепежный элемент
350 - глазок
400 - приводной связующий элемент
400' - приводной связующий элемент
E - плоскость поворота
A - расстояние
Δx - путь перемещения
Δl - путь перемещения
P1 - стрелка
P2 - стрелка