СТУПЕНЧАТЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, СНАБЖЕННЫЙ ВАКУУМНЫМИ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИМИ ЛАМПАМИ
STEP SWITCH WITH VACUUM SWITCHING LAMPS

Изобретение касается ступенчатого переключателя, снабженного вакуумными переключающими лампами, согласно ограничительной части первого пункта формулы изобретения.
Ступенчатые переключатели уже много лет применяются во всем мире в большом количестве для безразрывного переключения между разными ответвлениями обмотки ступенчатых трансформаторов. Такие ступенчатые переключатели обычно состоят из селектора для предварительного выбора без затрат мощности соответствующего ответвления обмотки ступенчатого трансформатора, на которое должно осуществляться переключение, а также переключателя нагрузки для, собственно, переключения с подключенного на новое, предварительно выбранное ответвление обмотки. Это скачкообразное переключение происходит, как правило, с помощью аккумулятора энергии, при активировании которого быстро вращается распределительный вал. Переключатель нагрузки, кроме того, обычно имеет рабочие контакты и омические контакты. При этом рабочие контакты служат для непосредственного соединения соответствующего ответвления обмотки с отводом нагрузки, омические контакты - для кратковременного подключения, то есть перемыкания посредством одного или нескольких промежуточных сопротивлений.
Такой переключатель нагрузки ступенчатого переключателя, который использует вакуумные переключающие лампы для безразрывного переключения, известен из DE 1951089 C1. При этом для каждого из переключающих элементов, которые должны приводиться в действие, и каждого направления движения приводного вала соответственно предусмотрены кулачковые диски. Соответствующие торцевые стороны отдельных кулачковых дисков имеют заданный, отличающийся от формы круга контур, посредством которого при вращении распределительного вала приводятся в действие отдельные вакуумные переключающие лампы или же механические контакты.
В DE 4231353 A1 приведение в действие отдельных вакуумных переключающих ламп осуществляется посредством распределительного вала, выполненного с возможностью вращения в двух направлениях, который быстро вращается после активирования аккумулятора энергии. При этом для приведения в действие вакуумных переключающих ламп на распределительном валу жестко установлен кулачковый диск, имеющий на своей торцевой стороне для каждой вакуумной переключающей лампы управляющий кулачок, в котором с геометрическим замыканием принудительно направляется ролик, воздействующий на приводной рычаг предусмотренных вакуумных переключающих ламп. Управляющий кулачок управления реализуется в данном случае в виде горизонтально отклоняющегося от контура круга окружного паза, в который с геометрическим замыканием входит в зацепление соответствующий ролик.
Кроме того, из DE 4011019 C1 известен переключатель нагрузки, работающий по принципу реактора, в котором кулачковый диск для приведения в действие контактов имеет не отличающийся от формы круга контур на расположенной по периметру торцевой стороне, а имеет на своей верхней и нижней стороне пазы различной с геометрической точки зрения конфигурации. В этом известном решении возможно двухстороннее приведение в действие разных переключающих элементов с различной последовательностью переключения.
В разных случаях применения таких известных ступенчатых переключателей, снабженных вакуумными переключающими лампами, для регулирования силовых трансформаторов требуется, однако, высокая прочность по отношению к импульсному напряжению, до 100 кВ и значительно выше. Такие нежелательные импульсные напряжения, величина которых в значительной степени обусловлена конструкцией ступенчатого трансформатора и частей обмотки между отдельными ступенями ответвления, представляют собой, во-первых, напряжения грозовых импульсов, которые возникают при ударе молнии в сеть. Во-вторых, могут также возникать напряжения коммутационных импульсов, которые обусловлены возникновением непредвиденных коммутационных импульсов в подлежащей регулированию сети.
При недостаточной прочности ступенчатого переключателя по отношению к импульсному напряжению может происходить кратковременное короткое замыкание ступеней или, соответственно, нежелательный пробой керамики или, соответственно, парового экрана вакуумных переключающих ламп в не проводящей ток нагрузки ветви нагрузки, что не только может приводить к их долговременному повреждению, но и в принципе нежелательно.
Эта проблема в уровне техники решается, в частности, путем того, что для подвижного толкателя вакуумной переключающей лампы, схемотехнически предрасположенной к воздействию этого напряжения грозовых импульсов, предусмотрен ход такой величины, то есть промежуток между контактными поверхностями ответных неподвижного и подвижного толкателя внутри вакуумной переключающей лампы, чтобы при этом диэлектрические промежутки между контактными поверхностями ответных толкателей имели достаточно большие размеры и при этом не могли возникать нежелательные перекрытия во время удара молнии.
Однако недостатком решения, известного из DE 4231353 A1, является, что требуемый большой ход подвижного толкателя приводит к необходимости осуществления управляющего кулачка с соответственно большими отклонениями кулачка. Это, в свою очередь, предполагает наличие большого конструктивного пространства внутри переключателя нагрузки, которое, однако, часто отсутствует, и с технической точки зрения приводит к конструктивно неудачному решению. Кроме того, при каждом процессе переключения происходит эрозия материала на контактных поверхностях системы контактов внутри вакуумной переключающей лампы, вызванная возникновением электрических дуг при механическом размыкании контактных поверхностей вакуумной переключающей лампы под нагрузкой. DE 4231353 A1 не предлагает в данном случае никакого решения по компенсации воздействий на приводной рычаг надлежащей вакуумной переключающей лампы, вызванных эрозией материала на контактных поверхностях, которые со временем приводят к допускам в системе контактов. Эта проблема все больше выходит на передний план в связи с обещанными длинными интервалами технического обслуживания, составляющими несколько сотен тысяч переключений на каждый ступенчатый переключатель, которые изготовители обеспечат заказчику в ступенчатом переключателе, снабженного вакуумными переключающими лампами.
Хотя DE 1951089 C1 компенсирует допуски, возникающие вследствие эрозии материала на контактных поверхностях, при этом приводной рычаг, находящийся в данном случае в активном соединении с подвижным толкателем вакуумной переключающей лампы, создает необходимое усилие контакта исключительно посредством пружины, а не за счет механического принудительного движения. При этом пружина наряду со своей функцией создания необходимого усилия контакта имеет другую задачу - передавать усилие замыкания на приводной рычаг. Другими словами, пружина выполняет в данном случае двойную функцию компенсации допусков и создания необходимого усилия контакта в замкнутом состоянии вакуумных переключающих ламп. То есть если в этом известном из DE 1951089 C1 решении ход подвижного толкателя вакуумных переключающих ламп должен увеличиваться, то для этого необходима пружина сжатия увеличенных размеров с соответствующим коэффициентом сжатия пружины и большим ходом пружины. Однако в сумме это приводит к значительно большему расходу энергии для приведения в действие вакуумных переключающих ламп и вместе с тем к выбору увеличенных размеров отдельных конструктивных элементов, что, в свою очередь, связано со значительными недостатками с конструктивных и экономических точек зрения. Так как, как описано выше, контактное усилие контактных поверхностей вакуумной переключающей лампы ограничено усилием установленной пружины, в случае нагрузке при коротком замыкании может, кроме того, происходить кратковременное разведение контактных поверхностей вакуумных переключающих ламп и при этом возникать электрически неопределенное состояние внутри силового трансформатора.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить ступенчатый переключатель, снабженный вакуумными переключающими лампами, вышеназванного рода, который имеет достаточно высокое усилие замыкания вакуумной переключающей лампы даже в случае нагрузки при коротком замыкании, при одновременно значительно увеличенном ходе, и, кроме того, значительно сокращает допуски в системе контактов вакуумной переключающей лампы, возникающие со временем вследствие эрозии материала.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью ступенчатого переключателя, снабженного вакуумными переключающими лампами, с признаками первого пункта формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения раскрываются особенно предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения.
При этом общая идея изобретения заключается в том, чтобы наряду с известным из уровня техники, предусмотренным на приводном валу без возможности вращения первым кулачковым диском для передачи усилия хода размыкания системы контактов вакуумной переключающей лампы, в соответствии с изобретением предусмотреть установленный на приводном валу без возможности вращения второй кулачковый диск, который через пружинно-рычажную систему, предусмотренную в системе качающихся рычагов, оказывает достаточно большое усилие замыкания на подвижный толкатель вакуумной переключающей лампы даже в случае нагрузки при коротком замыкании и, кроме того, обеспечивает возможность компенсации допусков системы контактов.
Другими словами, на распределительном валу переключателя нагрузки таким образом установлены без возможности вращения два отличающихся от контура круга, расположенных параллельно на расстоянии друг от друга кулачковых диска, на надлежащих торцевых сторонах которых соответствующие ролики с замыканием контакта прокатываются по меньшей мере по одному участку сектора круга ответной торцевой стороны, причем ролики, со своей стороны, также установлены в выполненной под углом с возможностью поворота вокруг оси системе качающихся рычагов. Как известно из уровня техники, система качающихся рычагов имеет при этом продолговатый главный качающийся рычаг, имеющий первое плечо, на котором установлен первый ролик, который прокатывается с замыканием контакта по меньшей мере по одному участку сектора круга торцевой стороны первого кулачкового диска. Кроме того, в системе качающихся рычагов в соответствии с изобретением на противоположной первому плечу стороне на главном качающемся рычаге предусмотрены два U-образно выполненных других плеча, между которыми установлен также опертый с возможностью вращения вокруг оси рычаг, на свободной торцевой стороне которого закреплен второй ролик, который тоже прокатывается с замыканием контакта по меньшей мере по одному участку сектора круга торцевой стороны второго кулачкового диска, причем между рычагом и одним из других плеч установлена пружина сжатия, таким образом, что при этом создается пружинно-рычажная система, которая оказывает на подвижный толкатель вакуумной переключающей лампы достаточно большое усилие замыкания даже в случае нагрузки при коротком замыкании и, кроме того, обеспечивает возможность компенсации допусков системы контактов.
Ниже изобретение поясняется более подробно на примере со ссылкой на чертеж, на котором показано:
фиг. 1 - схематичное изображение части предлагаемого изобретением ступенчатого переключателя, снабженного вакуумными переключающими лампами.
В целях наглядности ниже на фиг. 1 показаны и описаны только существенные для изобретения части предлагаемого изобретением ступенчатого переключателя, снабженного вакуумными переключающими лампами. Описание и изображение собственно известных признаков и конструктивных элементов, не релевантных для сущности изобретения, было опущено. Соответственно этому на фиг. 1 показан распределительный вал 1, который приводится в движение также не изображенным пружинным аккумулятором энергии и на котором установлены без возможности вращения два расположенных параллельно на расстоянии друг от друга, отличающихся от круглого контура кулачковых диска 2 и 3, а именно первый кулачковый диск 2 и второй кулачковый диск 3. Контуры периметров обоих кулачковых дисков 2 и 3 в изображенном варианте осуществления по существу звездообразны, однако расположены на распределительном валу 1, будучи противоположно направлены на 180°. Количество применяемых кулачковых дисков и контур их периметра зависит от лежащей в основе ступенчатого переключателя последовательности переключений и необходимых для этого вакуумных переключающих ламп на одну фазу. Поэтому описание этой фиг. 1 следует использовать только в качестве примера для понимания изобретения. Разумеется, в соответствии с сущностью изобретения при этом также могли бы приводиться в действие несколько вакуумных переключающих ламп на одну фазу. Характерное переключение ступенчатого переключателя, снабженного несколькими вакуумными переключающими лампами на одну фазу, описано в качестве примера в DE 102009 048813 A1 заявителя.
По меньшей мере по одному заданному участку сектора круга соответственно ответных торцевых сторон первого и второго кулачкового диска 2 и 3 прокатываются ролики 4 или, соответственно, 5, которые, со своей стороны, предусмотрены в выполненной под углом системе 6 качающихся рычагов. В каких именно отдельных областях торцевых сторон ролики 4 и 5 взаимодействуют с первым и вторым кулачковыми дисками 2 и 3 во время процесса переключения, более подробно поясняется в нижестоящем описании. Система 6 качающихся рычагов оперта с возможностью поворота вокруг оси 7 и установлена внутри не изображенного на данной фигуре переключателя нагрузки. Кроме того, система 6 качающихся рычагов состоит их главного качающегося рычага 8, имеющего на стороне, обращенной к приводному валу 1, отверстие 9, в которое может помещаться ось 7 с возможностью вращения. От отверстия 9 перпендикулярно вниз, то есть по существу параллельно приводному валу 1, от главного качающегося рычага 8 ответвляется первое плечо 10, на свободной торцевой стороне которого установлен, будучи оперт с возможностью вращения, первый ролик 4.
На противоположной первому плечу 10 стороне от главного качающегося рычага 8 ответвляются, кроме того, два других плеча 11 и 12, которые образуют по существу U-образную конструкцию. В перпендикулярном продолжении первого плеча 10 между этими двумя другими плечами 11 и 12 предусмотрен также выполненный с возможностью вращения вокруг оси 7 рычаг 13, на свободной торцевой стороне которого установлен второй ролик 5, будучи оперт с возможностью вращения. Кроме того, между третьим плечом 12 и рычагом 13 установлена пружина 14 сжатия. Также на отвернутом от распределительного вала 1 конце основного держателя 8 предусмотрены расположенные с противоположных сторон пальцы 15 и 16, из которых в изображенной перспективе, однако, показан только палец 15. Пальцы 15 и 16 вставляются при этом в соответствующие продолговатые отверстия 17 и 18 расположенного перпендикулярно, то есть по существу параллельно приводному валу 1, приводного рычага 19, который в своем продольном направлении направляется механически линейно, например, посредством детально не изображенной шины. На верхней торцевой стороне приводного рычага 19 предусмотрена пружина 20 сжатия, которая механически опирается сверху, в отличие от чего нижняя сторона приводного рычага 19 находится в активном соединении с подвижным толкателем 21 вакуумной переключающей лампы 22. При общем рассмотрении, благодаря предлагаемой изобретением системе 6 качающихся рычагов получается геометрическая конструкция, в которой при передаче усилия посредством кулачковых дисков 2 и 3 на подвижном толкателе 21 вакуумной переключающей лампы 22 за счет рычажного действия в итоге может получаться по сравнению с уровнем техники большой, в частности многократно превышающий известный до сих пор ход.
На фиг. 1 показано подключенное состояние вакуумной переключающей лампы 22. Внутри вакуумной переключающей лампы 22 контактные элементы подвижного толкателя 21, а также неподвижного толкателя создают, таким образом, электрически проводящее соединение. Торцевая сторона имеющей форму сердца вершины кулачкового диска 3 прижимает рычаг 13 через ролик 5 против упругого усилия пружины 14 сжатия в направлении другого плеча 12, так что при этом пружина 14 сжатия находится под определенным предварительным натягом и в итоге оказывает усилие замыкания через основной держатель 8 и приводной рычаг 19 на подвижный толкатель 21 вакуумной переключающей лампы 22. Если в ходе эксплуатации вакуумной переключающей лампы 22 происходит эрозия материала на контактных поверхностях, то за счет предварительного натяга пружины 14 сжатия при взаимодействии с другой пружиной 20 сжатия обеспечивается компенсация допусков системы 6 качающихся рычагов в соответствии с изменяющимися при этом условиями перемещения системы 6 качающихся рычагов. Ролик 4 в подключенном состоянии вакуумной переключающей лампы 22 находится на определенном расстоянии от торцевой поверхности ответного кулачкового диска 2. В процессе переключения, то есть во время вращательного движения, передаваемого посредством аккумулятора энергии на распределительный вал 1, кулачковые диски 2 и 3, соединенные без возможности вращения с распределительным валом 1, совершают вращательное движение. Как только ролик 5 с замыканием контакта скатился по вершине имеющего форму сердца кулачкового диска 3, ролик 5 выходит из контакта со звездообразным контуром ответного кулачкового диска 3. Вместо этого в этот момент времени переключения ролик 4 входит в контакт со звездообразным контуром со своей стороны ответного кулачкового диска 2, механически катится по нему и при этом перемещает систему 6 качающихся рычагов верх, то есть размыкает контакты вакуумной переключающей лампы 22.