КОМБИНИРОВАННЫЙ ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ АППАРАТ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
COMBINED GAS-FILLED HIGH-VOLTAGE APPARATUS

Изобретение относится к высоковольтному оборудованию, а именно к комбинированному газонаполненному аппарату высокого напряжения с внешними заземлителями, объединяющему функции выключателя и разъединителя.
Применение внешних заземлителей в комбинированном газонаполненном аппарате позволяет зрительно убедиться обслуживающему персоналу, что аппарат и соответствующая линия электропередачи заземлены и можно приступать к ремонтным работам.
Известен высоковольтный силовой выключатель, описанный в патенте RU №2410789, патентообладатель СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (патент RU №2410789, опубликованный 27.01.2011, Н01Н 31/28, стр. 6), который может выполнять функции разъединителя и содержит внешний заземлитель. Высоковольтный силовой выключатель, выполненный в так называемом исполнении типа Dead-Tank, содержит горизонтально расположенный газонаполненный бак, блоки, расположенные на фланцах бака, включающие проходные изоляторы (вводы с узлом вывода), заземляющие выключатели, далее «заземлители». Заземлители выполнены поворотного типа, то есть один поворотный контакт заземлителя, установленный на газонаполненном баке, движется по круговой траектории поворота и входит во время процесса включения в неподвижный контакт, расположенный в верхней части проходного изолятора (узле вывода ввода). Газонаполненный бак выключателя может быть выполнен с объединением функции таким образом, что расположенный внутри его прерывательный блок может выполнять условия разъединения, что позволяет экономить разъединители.
Недостатком такой конструкции является выполнение газонаполненного бака выключателя с объединением функции, когда прерывательный блок выполняет условия разъединения. Такая конструкция хоть и позволяет экономить отдельные разъединители, но при случайном включении выключателя может привести к аварийной ситуации.
Известны конструкции многофазных комбинированных газонаполненных аппаратов, включающих установленные на общей опорной раме три полюса, каждый из которых включает герметизирующий газонаполненный корпус, содержащий размыкающий выключатель, выполняющий функцию разъединителя, проходные изоляторы, содержащие вводы с узлами выводов (патент RU №2389103 на изобретение «Многофазный коммутационный аппарат с, по крайней мере, тремя подобными размыкающими блоками», опубликованный 10.05.2010, Н01Н 33/02; Н01Н 13/035, фиг. 3 [1]; сайт http://www.beso.by/DTC/DTC_main.htm. Высоковольтное компактное распределительное устройство 3АР1 DTC 145 кВ, Технические данные «Высоковольтное компактное распределительное устройство 3АР1 DTC для напряжения 145 кВ», стр. 3, 5 [2]).
В многофазном коммутационном аппарате высокого напряжения, описанном в патенте RU №2389103 [1], один из полюсов расположен асимметрично по отношению к другим двум полюсам, при этом заземляющий выключатель содержит неподвижные контакты, установленные на проходных изоляторах, и поворотные штанги (поворотные контакты) на каждой фазе. На обеих внешних фазах заземляющие штанги расположены лежащими снаружи, а на средней фазе заземляющая штанга расположена в пространстве, полученном за счет асимметричного распределения полюсов.
В высоковольтном компактном распределительном устройстве 3АР1 DTC для напряжения 145 кВ (DTC модуль SM1) [2] заземлители выполнены в виде неподвижных контактов, закрепленных при помощи кронштейнов на узлах выводов вводов и поворотных контактов, жестко установленных на валах механизмов поворота с возможностью поворота вовнутрь устройства.
Недостатком описанных в источниках [1] и [2] многофазных комбинированных газонаполненных аппаратов является совмещение выключателем функции разъединителя, что при случайном включении выключателя может привести к тяжелой аварии.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является комбинированный газонаполненный аппарат высокого напряжения с внешними заземлителями - компактное распределительное устройство 3AP1DTC фирмы Siemens в модульном исполнении SM6 (презентационный каталог фирмы Siemens, Берлин, 13 сентября, 2007 г., стр. 7; сайт http://www.energy.siemens.com/ru/ru/power-transmission/high-voltage-products/shvp-dtc.htm, DTC (Компактные распределительные устройства).
Компактное распределительное устройство 3AP1DTC в модульном исполнении SM6 включает расположенные один за другим три полюса, установленные на основной раме. Каждый полюс содержит выключатель, размещенный в горизонтально расположенном корпусе, и установленные на корпусе блоки, содержащие ввод с узлом вывода. Один из блоков каждого полюса содержит разъединитель, установленный в газонаполненном корпусе. Газонаполненный корпус разъединителя закреплен на корпусе выключателя и соединен с основанием ввода. Блоки полюсов снабжены заземлителями, которые расположены с двух сторон устройства и выполнены в виде неподвижных контактов, установленных при помощи кронштейнов на узлах выводов вводов, и поворотных контактов, жестко установленных на валах механизма поворота. Механизм поворота закреплен на дополнительной раме и выполнен в виде шарнирно установленных с двух противоположных сторон валов, связывающих закрепленные на валах поворотные контакты заземлителей между собой и с приводами заземлителей.
Недостатком такого комбинированного газонаполненного аппарата является наличие громоздкой, практически опоясывающей все устройство дополнительной рамы, на которой шарнирно установлены валы с жестко закрепленными на них поворотными контактами заземлителей, при этом установка поворотных контактов с возможностью поворота в вертикальной плоскости и размещение их в положении «отключено» во внутреннем пространстве аппарата привело к тому, что соответствующие им неподвижные контакты заземлителей установлены на узлах выводов вводов при помощи различных по длине кронштейнов, приводящих к увеличению расстояния между полюсами, что значительно увеличило металлоемкость как основной, так и дополнительной рамы и, как следствие, привело к увеличению себестоимости газонаполненного аппарата.
Задачей настоящего изобретения является снижение себестоимости комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения с внешними заземлителями за счет уменьшения его металлоемкости.
Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение габаритов основной рамы, на которой закреплены полюса, за счет уменьшения расстояния между полюсами, а также исключение дополнительной рамы благодаря установке поворотных контактов заземлителей на боковых поверхностях газонаполненных корпусов разъединителей, что привело к уменьшению металлоемкости и снижению себестоимости комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения с внешними заземлителями.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в комбинированном газонаполненном аппарате высокого напряжения, включающем закрепленные на общей опорной раме расположенные один за другим, по крайней мере, три полюса, каждый из которых содержит выключатель, размещенный в горизонтально расположенном корпусе, и блоки, включающие ввод с узлом вывода, при этом, по крайней мере, один блок каждого полюса содержит разъединитель, установленный в газонаполненном корпусе, который соединен с основанием ввода, каждый блок с разъединителем снабжен внешним заземлителем, выполненным в виде неподвижного контакта, закрепленного на узле вывода ввода, и поворотного контакта, установленного с возможностью взаимодействия с неподвижным контактом, при этом поворотные контакты установленных один за другим внешних заземлителей связаны между собой и с приводом заземлителей механизмом поворота, согласно изобретению, поворотные контакты внешних заземлителей шарнирно установлены при помощи элементов механизма поворота на боковых поверхностях газонаполненных корпусов разъединителей, при этом соответствующие им неподвижные контакты закреплены на узлах выводов вводов таким образом, что при взаимодействии неподвижных и поворотных контактов поворотные контакты располагаются вдоль вводов.
В частном случае выполнения комбинированного газонаполненного аппарата механизм поворота выполнен в виде кронштейнов, каждый из которых жестко закреплен на боковой поверхности газонаполненного корпуса разъединителя и снабжен подшипниковым узлом и валом, на котором жестко установлен поворотный контакт и рычаг, и тяг, шарнирно установленных на этих рычагах и связывающих поворотные контакты установленных один за другим внешних заземлителей между собой и с приводом заземлителей.
В частном случае выполнения комбинированный газонаполненный аппарат содержит три полюса, при этом поворотные контакты установленных один за другим внешних заземлителей связаны между собой и с приводом заземлителей тягами механизма поворота так, что обеспечивается вращение двух соседних поворотных контактов в одном направлении, а третьего поворотного контакта - в противоположном направлении.
Сущность изобретения поясняется следующим образом.
Шарнирная установка поворотных контактов заземлителей при помощи элементов механизма поворота на боковых поверхностях газонаполненных корпусов разъединителей позволила исключить применение дополнительной рамы и установленных на ней валов, что привело к значительному снижению металлоемкости комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения.
Кроме того, установка поворотных контактов внешних заземлителей на боковых поверхностях газонаполненных корпусов при установке неподвижных контактов на узлах выводов вводов так, что при взаимодействии неподвижных и поворотных контактов каждый поворотный контакт располагается вдоль ввода, позволило приблизить полюса друг к другу на допустимое расстояние, что привело к уменьшению размеров основной рамы и, как следствие, к еще большему снижению металлоемкости комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения.
Выполнение механизма поворота в виде кронштейнов, каждый из которых жестко закреплен на боковой поверхности газонаполненного корпуса разъединителя и снабжен подшипниковым узлом и валом, позволило жестко установить на этих валах поворотные контакты заземлителей вблизи вводов, а неподвижные контакты закрепить на узлах выводов вводов над подвижными контактами без увеличения расстояния между полюсами.
Выполнение механизма поворота с жестко закрепленными на валах рычагами и с шарнирно установленными на них тягами, позволило связать поворотные контакты установленных один за другим внешних заземлителей между собой и приводом заземлителей без увеличения габаритов аппарата.
Выполнение в частном случае комбинированного газонаполненного аппарата с тремя полюсами и обеспечение вращения двух соседних поворотных контактов внешних заземлителей, которые установлены один за другим, в одном направлении, а третьего поворотного контакта - в противоположном направлении позволило максимально приблизить полюса друг к другу, что привело к уменьшению габаритов основной рамы и снижению металлоемкости.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в области высоковольтного оборудования с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого в качестве изобретения технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники, что позволило сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности изобретения «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения, содержащего три полюса, каждый из которых включает выключатель, на корпусе которого установлено два блока с газонаполненными корпусами и размещенными в них разъединителями.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен общий вид трехполюсного комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения с отключенными внешними заземлителями;
- на фиг. 2 изображен вид сбоку (по стрелке А на фиг. 1) комбинированного газонаполненного аппарата высокого напряжения с включенными внешними заземлителями, с двумя аналогичными блоками.
Комбинированный газонаполненный аппарат высокого напряжения включает общую опорную раму 1 с закрепленными на ней один за другим тремя полюсами. Каждый полюс содержит выключатель (на чертеже не показан), размещенный в горизонтально расположенном корпусе 2 (фиг. 2), и закрепленные на корпусе 2 два аналогичных блока (правый и левый), каждый из которых включает разъединитель, установленный в газонаполненном корпусе 3, и ввод 4 с узлом вывода 5. Газонаполненный корпус 3 связан с основанием ввода 4. Каждый блок с разъединителем снабжен внешним заземлителем.
Заземлитель выполнен в виде неподвижного контакта 6, закрепленного на узле вывода 5 ввода 4, и поворотного контакта 7. Поворотный контакт 7 шарнирно установлен на боковой поверхности газонаполненного корпуса 3 при помощи элементов механизма поворота с возможностью взаимодействия с соответствующим неподвижным контактом 6.
Механизм поворота выполнен в виде кронштейнов 8, каждый из которых жестко закреплен на боковой поверхности газонаполненного корпуса 3 разъединителя и снабжен подшипниковым узлом и валом 9, на котором жестко установлен поворотный контакт 7 и рычаг 10. Кроме того, механизм поворота включает тяги 11 и 12. Для обеспечения независимой работы поворотных контактов 7 заземлителей каждого из участков линии на основной раме установлено два привода 13 заземлителей. Тяги 12 шарнирно установлены на рычагах 10 и связывают между собой поворотные контакты 7 установленных один за другим заземлителей, при этом тяги 11 через рычаги 10 связывают ближайшие к приводам 13 поворотные контакты 7 заземлителей с соответствующим приводом 13.
Комбинированный газонаполненный аппарат работает следующим образом.
При необходимости вывести для ревизии или ремонта участок линии, защищенный этим комбинированным газонаполненным аппаратом, выключатели, расположенные в горизонтальном корпусе полюсов, отключаются, затем отключаются разъединители, расположенные в газонаполненных корпусах 3. После этого установленные на общей опорной раме 1 приводы 13 заземлителей через тяги 11 и 12 и рычаги 10 механизмов поворота начинают вращать установленные на валах 9 в положении «отключено» (см. фиг. 1) поворотные контакты 7 заземлителей. При этом рычаги 10 связаны тягами 12 таким образом, что установленные на двух смежных полюсах поворотные контакты 7 заземлителей вращаются в одном направлении, например, по часовой стрелке, а на третьем полюсе поворотные контакты 7 заземлителей вращаются в противоположном направлении - против часовой стрелки и вращаются до тех пор, пока они не сомкнутся с неподвижными контактами 6 и не заземлят выводы 5 вводов 4, как это показано на фиг. 2, где в положении «включено» поворотные контакты 7 заземлителей обоих блоков с разъединителями расположены вдоль ввода, почти соосно ему.
Возможно заземление, например, только установленных с правой стороны один за другим блоков с разъединителями путем включения только одного привода 13 заземлителей, обеспечивающих вращение установленных справа поворотных контактов 7 заземлителей до взаимодействия с неподвижными контактами 6. При этом установленные с левой стороны блоки будут оставаться под напряжением.
При выполнении комбинированного газонаполненного аппарата, включающего полюса с двумя блоками, содержащими разъединители, установленные в газонаполненном корпусе, кроме приведенной на чертежах (фиг. 1, фиг. 2) установки поворотных контактов 7 внешних заземлителей, а именно с одной (правой) стороны боковых поверхностей газонаполненных корпусов 3 возможна установка поворотных контактов 7 на обращенных друг к другу или противоположных сторонах боковых поверхностей газонаполненных корпусов 3. При этом неподвижные контакты 6 устанавливаются на узлах выводов вводов в соответствии с расположением подвижных контактов 7.
Кроме того, возможно выполнение газонаполненного аппарата высокого напряжения более чем с тремя полюсами, каждый из которых содержит как два, так и большее количество блоков, снабженных разъединителем, установленным в газонаполненном корпусе 3, или когда только один из блоков каждого полюса будет содержать разъединитель, установленный в газонаполненном корпусе 3. При этом во всех указанных случаях возможна установка поворотных контактов 7 заземлителей на боковых поверхностях газонаполненных корпусов разъединителей при помощи элементов механизма поворота, связывающего расположенные один за другим блоки посредством рычагов и тяг между собой и с приводами 13 заземлителей.
Таким образом, создание компактного комбинированного газонаполненного аппарата, способного выполнять функции выключателя, разъединителя и заземлителя, с внешними заземлителями в виде неподвижных контактов, закрепленных на узлах выводов вводов, и поворотных контактов, установленных на боковых поверхностях корпусов разъединителей так, что при взаимодействии с соответствующими неподвижными контактами подвижные контакты располагаются вдоль вводов, позволило снизить металлоемкость аппарата и, как следствие, его себестоимость.