ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к технике высоковольтной коммутации и, в частности, к высоковольтным разъединителям, снабженным вспомогательным контактом со встроенным энергорассеивающим высоковольтным резистором для подавления (демпфирования) высокочастотных перенапряжений, возникающих при коммутациях остаточных токов: емкостного тока холостой ошиновки или тока намагничивания ненагруженного трансформатора. Такие перенапряжения приводят к ускоренному старению изоляции электрооборудования, к сбоям в работе аппаратуры релейной защиты и автоматики высоковольтных подстанций.
Уровень техники
Известен высоковольтный разъединитель, содержащий главный и вспомогательный контакты, подвижные электроды которых установлены с возможностью задержанной (опережающей) коммутации на размыкание (замыкание) вспомогательного контакта относительно главного, при этом в подвижный электрод вспомогательного контакта встроен энергорассеивающий резистор [Патент СССР №1269754, МПК Н 01 H 31/00, 1986 г.]. Подвижные электроды этого разъединителя установлены на общей продольной оси и при коммутации перемещаются вдоль нее.
Недостаток разъединителей с продольным перемещением подвижных электродов - большая длительность интервала искровой коммутации вспомогательного контакта, что при коммутации больших остаточных токов приводит к перегреву и разрушению энергорассеивающего резистора в цепи вспомогательного контакта.
Известен выбранный в качестве прототипа высоковольтный разъединитель, содержащий главный контакт и включенный параллельно ему вспомогательный контакт со встроенным энергорассеивающим резистором [Патент
РФ на полезную модель №35039, МПК Н 01 Н 33/16, 2003 г.]. Подвижные электроды разъединителя прототипа установлены на осях поворота и снабжены приводами с возможностью задержанной коммутации на размыкание и опережающей коммутации на замыкание вспомогательного контакта относительно главного. Поворотное перемещение подвижных контактов разъединителя-прототипа позволяет сократить длительность искровой коммутации и, тем самым, уменьшить нагрев резисторов при коммутациях больших остаточных токов.
Недостаток прототипа - отсутствие общего приводного механизма для связанного поворота подвижных электродов главного и вспомогательного контактов.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели - создание высоковольтного разъединителя с простым и надежным приводным механизмом поворота подвижного электрода вспомогательного контакта со встроенным энергорассеивающим резистором от привода главного контакта (ножа разъединителя).
Сущность полезной модели состоит в том, что высоковольтный разъединитель с поворотным перемещением подвижных электродов главного и вспомогательного контактов содержит первый и второй валы поворота, на которых фиксированы подвижные электроды главного и вспомогательного контактов соответственно, первое зубчатое колесо на первом валу, второе и третье зубчатые колеса на третьем валу, четвертое зубчатое колесо на втором валу, при этом первое зубчатое колесо установлено в зацеплении со вторым зубчатым колесом и выполнено с частью круговой поверхности делительного диаметра, свободной от зубьев, третье зубчатое колесо установлено в зацеплении с четвертым зубчатым колесом и выполнено в виде сегмента круга, а делительные диаметры первого и третьего зубчатых колес, по меньшей мере, в полтора раза больше, чем делительные диаметры второго и четвертого зубчатых колес соответственно.
Это позволяет решить задачу полезной модели.
Полезная модель имеет развития и уточнения, которые состоят в том, что:
- свободная от зубьев часть круговой поверхности первого зубчатого колеса составляет 270-300 градусов;
- третье зубчатое колесо выполнено в виде сегмента круга в 50-60 градусов;
- второй вал поворота может быть установлен соосно с первым валом с возможностью свободного вращения в гнезде, выполненном в первом зубчатом колесе.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлены состояния приводного механизма, связывающего подвижные электроды главного и вспомогательного контактов разъединителя, на четырех стадиях коммутации.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг.1 показаны: первый вал 1 поворота, на котором фиксирован подвижный электрод 2 главного контакта разъединителя и второй вал 3 поворота, на котором фиксирован подвижный электрод 4 вспомогательного контакта разъединителя. В электрод 4 встроен энергорассеивающий резистор (на фиг.1 не показан).
На фиг.1 также показаны: первое зубчатое колесо 5, фиксированное на валу 1; второе 6 и третье 7 зубчатые колеса, фиксированные на третьем валу 8; четвертое зубчатое колесо 9, фиксированное на валу 3.
Зубчатые колеса 5 и 6 установлены в зацеплении. Часть круговой поверхности делительного диаметра колеса 5, например 270-300 градусов, свободна от зубьев.
Зубчатые колеса 7 и 9 также установлены в зацеплении. Зубчатое колесо 7 выполнено в виде сегмента круга, например в 50-60 градусов.
Делительные диаметры зубчатых колес 5 и 7, по меньшей мере, в полтора раза больше делительных диаметров находящихся с ними в зацеплении зубчатых колес 6 и 9 соответственно.
Для повышения компактности конструкции второй вал 3 поворота установлен с возможностью свободного вращения в гнезде, выполненном в
первом зубчатом колесе 5. При этом вал 3 установлен соосно с первым валом 1.
Электроды 2 и 4 установлены на поворотных изолирующих колонках 10 и 11 соответственно. Валы 1, 3 и 8 размещены в корпусе, закрепленном на неподвижном изоляторе (на фиг.1 не показано).
Разъединитель работает следующим образом.
В положении, показанном на фиг.1А, подвижный электрод 2 главного контакта разъединителя и подвижный электрод 4 вспомогательного контакта разъединителя расположены параллельно друг другу и замыкают электрический промежуток разъединителя. Зубчатое колесо 5 соприкасается своей гладкой поверхностью с вершинами двух соседних зубьев колеса 6. Это препятствует повороту вокруг своей оси зубчатого колеса 6 и, как следствие, вала 8, зубчатого колеса 7 и электрода 4 вспомогательного контакта разъединителя.
На стадии коммутации, показанной на фиг.1Б, электрод 2 выходит из замыкания, а электрод 4, в который встроен резистор продолжает замыкать электрический промежуток разъединителя. Это снижает напряжение между электродами главного контакта, что способствует быстрому погасанию дуги при их размыкании. На этой стадии электрод 2 поворачивается на угол ≤60° и гладкая часть колеса 5 по-прежнему находится в соприкосновении с вершинами двух соседних зубьев колеса 6, что обеспечивает фиксацию вала 8 в начальном положении и, как следствие, сохранение исходного состояния электрода 4.
На следующей стадии коммутации, показанной на фиг.1С, угол поворота электрода 2 главного контакта разъединителя превышает 60° и зубья колеса 5 входят в зацепление с зубьями колеса 6, которое начинает поворачиваться. Это приводит к повороту вала 8, сцепленных зубчатых колес 7, 9, вала 3 и повороту закрепленного на валу 3 подвижного электрода 4 со встроенным резистором. При этом подвижный электрод 4 отделяется от неподвижного и между ними возникает дуга, образованная высокочастотными токами,
энергия которых рассеивается на резисторе, встроенном в подвижный электрод 4 вспомогательного контакта. В этой стадии коммутации (стадия искровой коммутации) поворот электрода 4 происходит с угловой скоростью, превышающей угловую скорость поворота электрода 2 (например, в 2 раза при отношениях 2:1 делительных диаметров ведущих зубчатых колес 5 и 7 к делительным диаметрам ведомых зубчатых колес 6 и 9 соответственно). Это обеспечивает высокую скорость увеличения электрического промежутка разъединителя и, тем самым, уменьшает энергию, которую на стадии искровой коммутации должен рассеивать встроенный в электрод 4 резистор.
При дальнейшем повороте электрода 2 до конечного положения (фиг.1Д) зубчатое колесо 5 остается в зацеплении с зубчатым колесом 6, а зубчатое колесо 7 - в зацеплении с зубчатым колесом 9. Это обеспечивает поворот электрода 4 до конечного положения, при котором электрод 4 вспомогательного контакта разъединителя устанавливается параллельно электроду 2 главного контакта разъединителя. За счет сцепления зубчатых колес 5 с 6 и 7 с 9 обеспечивается фиксация электрода 4 параллельно электроду 2 в положении, при котором обеспечивается необходимая величина видимого разрыва электрического промежутка разъединителя.
В процессе перевода разъединителя из разомкнутого состояния в замкнутое поворот электродов 2 и 4 осуществляется в обратном порядке. В начальный момент процесса замыкания пары зубчатых колес 5, 6 и 7, 9 находятся в зацеплении (фиг.1Д). Поворот электрода 2 главного контакта сопровождается одновременным поворотом электрода 4 вспомогательного контакта (фиг.1С) до того момента, когда зубчатое колесо 5 выходит из зацепления с зубчатым колесом 6 и гладкая часть колеса 5 входит в соприкосновение с двумя вершинами соседних зубьев колеса 6 (фиг.1Б). За счет разницы угловых скоростей электродов электрод 4 поворачивается на угол 90° и замыкает промежуток разъединителя при повороте электрода 2 на угол менее 30° от своего начального положения. После этого электрод 2 главного контакта продолжает поворачиваться до замыкания им промежутка разъединителя
(Фиг.1А), а электрод 4 вспомогательного контакта на этой стадии коммутации остается фиксированным в состоянии замыкания промежутка.
Расстояние между электродами 2 и 4 в процессе коммутации остается достаточно большим для предотвращения электрического пробоя между ними.
Таким образом, описанный выше разъединитель с приводным механизмом, связывающим подвижные электроды 2 и 4 главного и вспомогательного контактов разъединителя, обеспечивает:
- в замкнутом и разомкнутом состояниях разъединителя - фиксацию электрода 4 в положении, параллельном электроду 2;
- при размыкании разъединителя - запаздывание начала поворота электрода 4 до поворота электрода 2 на угол не менее 50-60 град;
- при замыкании разъединителя - одновременное начало поворота электрода 4 с электродом 2;
- при замыкании и размыкании разъединителя - поворот электрода 4 с угловой скоростью, превышающей угловую скорость поворота электрода 2.
Это позволяет с помощью простого и надежного механизма поворотного перемещения подвижных электродов обеспечить прохождение разъединителем всех стадий коммутации с сохранением низкого уровня коммутационных перенапряжений.