Механизм ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкциям приводов высоковольтных вакуумных выключателей с возможностью их ручного отключения.
Известны конструкции высоковольтных вакуумных выключателей, состоящих из включающего (выключающего) электромагнита, удерживающего устройства, механизма передачи усилия от электромагнита к вакуумным дугогасительным камерам и вала синхронизации, который, как правило, также выполняет функцию механизма ручного отключения.
Например, известно техническое решение «Высоковольтный вакуумный выключатель» по патенту на полезную модель №6870 Республики Беларусь (МПК H01H 33/66, опубл. 30.12.2010), которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
корпус;
три корпуса полюса;
три вакуумных дугогасительных камеры;
три гибких электрических связи;
три электроизоляционных тяги;
три привода для перемещения подвижных контактов вакуумных камер, содержащие магнитопровод, якорь, статор, катушку, постоянные магниты и вставку для фиксации магнита;
синхронизирующий вал;
механизм ручного отключения, выполненный в виде съёмной рукояти с возможностью фиксирования в корпусе выключателя посредством упора.
Основным недостатком известного технического решения является невозможность быстрого выполнения аварийного ручного отключения, так как для этого "необходимо вставить рукоять ручного отключения в специальное отверстие в фасадной крышке выключателя и зафиксировать на упоре внутри выключателя", после чего можно произвести выключение. Таким образом, использование съёмной рукояти ручного отключения может иметь катастрофические последствия в случае возникновения аварийной ситуации, когда счёт идёт на секунды.
Также известно техническое решение трёхфазного вакуумного выключателя по патенту на изобретение РФ №2684175 (МПК H01H 33/66, опубл. 04.04.2019), патентообладатель АО «Радио и Микроэлектроника», выбранное в качестве прототипа, которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
корпус;
три корпуса полюса;
три вакуумных дугогасительных камеры;
три гибких электрических связи;
три электроизоляционных тяги;
три привода для перемещения подвижных контактов вакуумных камер, содержащие магнитопровод, якорь, статор, катушку, постоянные магниты и вставку для фиксации магнита;
синхронизирующий вал;
механизм ручного отключения трёхфазного 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 трёхфазный вакуумный выключатель снабжён первым и вторым расцепителями магнитной цепи, выполненными в виде полуцилиндрического продольного стержня с продольным скосом, выполненным на одном из продольных рёбер 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, жёстко закреплённых на одной из торцевых поверхностей полуцилиндрического продольного стержня.
В известной конструкции для отключения высоковольтного вакуумного выключателя в режиме ручного отключения нажимают на рычаги управления, при этом осуществляется синхронный поворот стержней в продольных пазах и отрыв якоря (второго цилиндрического стакана) от магнитопровода (первого цилиндрического стакана). При повороте расцепители магнитных цепей работают как классические рычаги с той особенностью, что начальный отрыв якоря от вставки обеспечивается сначала ребром А, а после того как произошёл начальный отрыв якоря работа переходит с ребра А на ребро В. Таким образом, за счёт последовательного воздействия на якорь рычага с величиной плеча L1 и первой гранью А, имеющей малое плечо L2, а затем второй гранью, имеющей большое плечо, производится последовательный подъём якоря от вставки на нужную высоту, и при достижении необходимой величины магнитного зазора происходит разрыв магнитного поля и отключение привода.
Основным недостатком известного технического решения является то, что отключение привода производится путём отрыва якоря от магнитопровода в строго параллельной плоскости синхронным поворотом двух рычагов через преодоление максимально возможного в данной конструкции усилия удержания. При этом данная конструкция не позволяет значительно (в два и более раз) увеличить усилие удержания приводов выключателя, так как усилие, прикладываемое для ручного отключения, строго ограничено и нормируется по ГОСТ12.2.007.3.
Таким образом, известный механизм ручного отключения может быть реализован только в выключателях, рассчитанных на номинальный ток 630 – 1000А, так как для высоковольтных вакуумных выключателей, рассчитанных на большие токи, например, 1250А, 1600А и 2000А требуется увеличение массы приводов, более значительные усилия поджатия главных контактов и, соответственно, как минимум двукратное увеличение усилия удержания, что не позволит обеспечить надёжность отключения таких высоковольтных вакуумных выключателей в ручном режиме.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой конструкции является «Механизм ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя» по патенту на полезную модель РФ № 193399, МПК H01H 33/66, опубл. 28.10.2019, содержащий магнитопровод и установленный в него якорь, между которыми симметрично установлены расцепители, выполненные в виде полуцилиндрических стержней, установленных своими цилиндрическими поверхностями в пазы, выполненные симметрично на поверхности магнитопровода и прилегающие своими плоскими поверхностями к внутренней поверхности якоря, а к концам расцепителей жёстко прикреплены ручки расцепителей, соединённые посредством элементов крепления с рычагом управления, при этом одна ручка расцепителя соединена с рычагом управления посредством элемента крепления, установленного в круглом отверстии, а вторая ручка расцепителя соединена с рычагом управления посредством элемента крепления, установленного в овальном отверстии рычага управления, за счёт чего обеспечивается последовательный поворот расцепителей и достигается технический результат, состоящий в снижении усилия, необходимого для ручного отключения высоковольтного вакуумного выключателя и повышении надёжности механизма ручного отключения привода без внесения принципиальных изменений в существующие конструкции выключателей.
Однако, для такого конструктивного решения у расцепителей, выполненных в виде тонких и длинных полуцилиндрических стержней, размеры сечения ограничены узкими диапазонами, обусловленными размерами опорной поверхности магнитопровода. Таким образом, в случае применения в приводах высоковольтных вакуумных выключателях усилий удержания, превышающих 25 кгс, прочности расцепителей может оказаться недостаточно, в результате чего они могут деформироваться во время их эксплуатации, что влияет на безопасность и это совершенно недопустимо.
Решаемой технической проблемой является недостаточная надёжность расцепителей механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя известных конструкций в случае их применения для приводов, имеющих усилия удержания более 25 кгс.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя, вне зависимости от усилий удержания, развиваемых приводом.
Заявленный технический результат достигается за счёт того, что расцепители выполнены в виде коротких полуцилиндрических стержней, которые устанавливают их цилиндрическими поверхностями в пазы, выполненные на опорной поверхности магнитопровода вдоль оси, проходящей через его геометрический центр, и прилегающие своими плоскими поверхностями к внутренней поверхности якоря, при этом к концам расцепителей жёстко прикреплены ручки расцепителей, соединённые при помощи соединительных тяг к валу ручного отключения, который, в свою очередь соединён с кнопкой ручного отключения высоковольтного вакуумного выключателя.
За счёт такой конструкции размер сечения коротких расцепителей, устанавливаемых вдоль оси, проходящей через геометрический центр магнитопровода, может быть увеличен в несколько раз по сравнению с размером сечения длинных расцепителей, располагаемых с двух сторон от этой оси, так как он не ограничен размерами опорной поверхности магнитопровода. Таким образом, за счёт возможности увеличения сечения расцепителей их прочность может быть увеличена многократно. Кроме того, за счёт использования эффекта рычага, получаемого за счёт применения ручек расцепителей возможно увеличение усилия, передаваемого от кнопки ручного выключения более чем в двенадцать раз.
Также ручки двух расцепителей одного привода могут быть соединены с валом ручного отключения высоковольтного вакуумного выключателя посредством соединительных тяг, имеющих разную длину, за счёт чего воздействие расцепителей на якорь одного привода будет производиться поэтапно с задержкой их срабатывания относительно друг друга. Таким образом, за счёт последовательного воздействия на якорь со стороны расцепителей также достигается снижение усилия, необходимого для отключения привода еще в 2 раза.
Заявляемая конструкция поясняется чертежами:
на фиг. 1 показана конструкция привода высоковольтного вакуумного выключателя;
на фиг. 2 показан механизм ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя;
на фиг. 3 показан расцепитель в сборе с ручкой расцепителя;
на фиг. 4 показана схема работы механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя.
Якорь 1 (фиг. 1) привода высоковольтного вакуумного выключателя установлен в магнитопровод 2, при этом между якорем 1 и магнитопроводом 2 вдоль оси, проходящей через его геометрический центр установлены расцепители 3 и 4, которые выполнены в виде коротких полуцилиндрических стержней и своими полуцилиндрическими поверхностями установлены в соответствующие пазы, выполненные в опорной поверхности магнитопровода 2, а своими плоскими поверхностями прилегают к внутренней поверхности якоря 1. Также в якоре 1 установлена пружина 5, предназначенная для отрыва якоря 1 от магнитопровода 2, а также вокруг магнитопровода 2 установлена катушка индуктивности 6 и вся конструкция установлена на статоре 7, внутри которого размещён постоянный магнит 8.
Механизм ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя (фиг. 2) содержит кнопку ручного (аварийного) отключения 9, снабжённую штоком 10 и соединённую с валом ручного отключения 11, а также ручки расцепителей 12 и 13, которые также соединены при помощи соединительных тяг 14 с валом ручного отключения 11, при этом расцепители 3 и 4 выполнены в виде коротких полуцилиндрических стержней и жёстко соединены с соответствующими ручками расцепителей 12 и 13 (фиг. 3).
Заявляемая конструкция работает следующим образом (фиг. 2 и 4): в начальном положении (фиг. 4а) расцепители располагаются в соответствующих пазах, выполненных в опорной поверхности магнитопровода 2 вдоль оси, проходящей через его геометрический центр. При воздействии на кнопку ручного отключения 9 через шток 10, и далее через вал ручного отключения 11 и соединительные тяги 14, выполненные разной длиной, усилие последовательно передаётся на ручки расцепителей 12 и 13, которые поворачивают соответственно расцепители 3 и 4 в полуцилиндрических пазах, выполненных на опорной поверхности магнитопровода 2 (фиг. 4б) поочерёдно отрывая якорь 1 от опорной поверхности магнитопровода 2 сначала с одной стороны, а затем, с другой стороны.
За счёт того, что расцепители могут иметь сечение, не ограниченное размерами опорной поверхности магнитопровода, и которое будет достаточным для их использования в высоковольтных вакуумных выключателях, имеющих усилие удержания, значительно превышающее 25 кгс, то это значительно повышает надёжность механизма ручного отключения привода.
Кроме того, за счёт такой конструкции усилие, необходимое для отрыва одной стороны якоря от опорной поверхности магнитопровода будет примерно в 2 раза меньше по сравнению с усилием, необходимым для отрыва якоря от магнитопровода одновременно с двух сторон, а также, поскольку ручки расцепителей по сути являются рычагами, позволяющими увеличить усилие, прилагаемое к расцепителям, то это также уменьшает общее усилие, необходимое для отрыва якоря от магнитопровода примерно в 12 раз.
Таким образом, за счёт применения такой конструкции возможно увеличение усилия удержания привода высоковольтного вакуумного выключателя, при этом обеспечивается надёжность работы механизма ручного отключения.