КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО С ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ, КОТОРЫЙ ОГРАНИЧИВАЕТ ОТКЛОНЕНИЕ ПОДВИЖНОЙ КОНТАКТ-ДЕТАЛИ
CONTACT DEVICE WITH LIMITING ELEMENT, WHICH LIMITS DEVIATION OF MOVABLE CONTACT-PART

Изобретение относится к контактному устройству заземляющего выключателя или разъединителя с первой и второй контакт-деталью, которые являются подвижными относительно друг друга вдоль траектории движения.
Подобный заземляющий выключатель известен из описания к патенту Швейцарии СН 480725. Там на проходных изоляторах наружной установки для подведения токоподводов силового выключателя, выполненного в форме бака, расположены дополнительные заземляющие выключатели. Заземляющие выключатели содержат соответственно первую качающуюся на круговой траектории контакт-деталь, а также неподвижную вторую контакт-деталь. Во включенном состоянии заземляющего выключателя цепь тока, расположенная внутри соответствующего проходного изолятора наружной установки, а также цепь тока заземления заземляющего выключателя проходят приблизительно параллельно. В аварийном случае ток может течь через цепь тока, расположенную внутри соответствующего проходного изолятора наружной установки, а также заземляющий выключатель относительно потенциала земли. Расположенная внутри соответствующего проходного изолятора наружной установки цепь тока, а также цепь тока заземления заземляющего выключателя обтекаются одним и тем же током, однако вследствие геометрических соотношений он имеет противоположное направление течения. Обусловленные прохождением тока магнитные поля вследствие противоположно направленного протекания вызывают силы отталкивания между цепью тока и цепью тока заземления. Вследствие этих сил происходит механическая нагрузка системы и тем самым также контактного устройства. За счет этого появляется опасность отброса контакт-деталей друг от друга и возникновения электрических дуг. Далее существует опасность, что место контакта неконтролированно открывается. Решение для устранения этих проблем раскрыто в документе ЕР 0123941, 07.11.1984. В основе настоящего изобретения лежит задача, указать контактное устройство названного вначале вида, которое обеспечивает надежное контактирование подвижных относительно друг друга контакт-деталей и предотвращает прерывание контакта также при затрудненных условиях и без дополнительной механической нагрузки на пальцевые элементы. В контактном устройстве названного выше вида эта задача решается признаками п.1 формулы, при том, что по меньшей мере одной из контакт-деталей придан ограничительный элемент, который ограничивает отклонение по меньшей мере одной подвижной контакт-детали поперек к траектории движения. Контакт-детали расположены подвижно относительно друг друга. По меньшей мере одна из контакт-деталей установлена подвижно. Во время движения включения к концу движения происходит контактирование обеих контакт-деталей. Это контактирование происходит, например, за счет вхождения контакт-деталей друг в друга. Типичным образом подобное контактное устройство является устройством скользящих или врубных контактов, которое может многократно замыкаться и размыкаться. Подобные контактные устройства вследствие необходимого пружинно-упругого контактирования являются, однако, зависимыми от того, что в соответствующих конечных положениях происходит достаточная стабилизация положения контакт-деталей. За счет использования ограничительного элемента избегается поперечное отклонение контакт-деталей. Непреднамеренный выход, например, из конечного положения вследствие внешних сил, которые могут происходить, например, от силовых воздействий между магнитными полями проводников, по которым протекает ток, может таким образом избегаться. Сами контакт-детали остаются защищенными от дополнительных изгибающих нагрузок. За счет этого срок службы контакт-деталей повышается и обеспечивается надежное замыкание контакта. Подобные контактные устройства могут применяться на различных коммутационных аппаратах, например, на разъединителях, выключателях нагрузки, заземляющих выключателях или так называемых быстродействующих заземляющих выключателях.
Следующая предпочтительная форма выполнения может предусматривать, что траектория движения проходит в плоскости и ограничительный элемент воспринимает силы, действующие поперек к плоскости.
Траектории движения, которые проходят в плоскости, являются легкодостигаемыми с помощью соответствующих приводных устройств или, соответственно, передач. Так, например, может быть предусмотрено, что относительное движение между обоими контакт-деталями происходит вдоль линии. Дальнейшая предпочтительная форма движения представляет собой качающееся движение, причем по меньшей мере одна из контакт-деталей качается вокруг оси вращения. Повернутая контакт-деталь движется при этом на радиальном расстоянии относительно оси вращения. В простом случае это радиальное расстояние остается постоянным, так что описывается по меньшей мере один сегмент круговой траектории. За счет применения ограничительного элемента необходимая поворотная опора может выполняться упрощенной, так как поперечные силы воспринимаются ограничительным элементом. При этом может быть предусмотрено, что в зависимости от появляющихся поперечных сил ограничительный элемент выполнен таким образом, что общая траектория движения является стабилизированной за счет ограничительного элемента или также только отрезки или точки траектории движения являются защищенными ограничительным элементом.
Предпочтительная форма выполнения может предусматривать, что первая контакт-деталь расположена на одном конце подвижно установленного несущего элемента и в замкнутом состоянии контактного устройства ограничительный элемент опирает несущий элемент на второй контакт-детали или/и удерживающем элементе второй контакт-детали.
Ограничительный элемент при этом должен бы быть выполнен таким образом, что в замкнутом состоянии контактное устройство механически шунтировано, так что силы направляются вне контакт-деталей, предусмотренных для электрического контактирования. За счет этого место собственно электрического контактирования является защищенным от механических перегрузок. Например, может быть предусмотрено, что после достижения положения включения контактного устройства добавляется ограничительный элемент, чтобы воспринимать механические силы. Однако, может быть также предусмотрено, что ограничительный элемент, например, закреплен на неподвижной второй контакт-детали и подвижная первая контакт-деталь с достижением своего положения включения опирается ограничительным элементом.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено, что ограничительный элемент прикреплен на несущем элементе.
Для достижения круговой траектории движения несущий элемент может быть установлен поворотно, причем на несущем элементе с расстоянием относительно оси вращения расположена первая контакт-деталь. Жесткое угловое соединение между несущим элементом и ограничительным элементом представляет собой выгодный вариант крепления ограничительного элемента. При поворотном движении несущего элемента соответственно вместе движется первая контакт-деталь. В простом случае для получения круговой траектории может быть предусмотрено, что несущий элемент во время своего поворотного движения остается неизменным по своей форме. Однако может быть также предусмотрено, что несущий элемент во время своего поворотного движения изменяется даже по своей форме. Например, могут выдвигаться телескопические удлинения или посредством пантографных передач создаваться траектории движения, которые не соответствуют ни линейному движению, ни круговому движению.
В замкнутом состоянии защита контактного устройства с помощью ограничительного элемента имеет особенное значение, так как в этом состоянии исходят из надежного, свободного от прерываний контактирования первой и второй контакт-детали. В частности, при применении устройств скользящих или вставных контактов между первой и второй контакт-деталью контактное устройство само защищается от внешних механических нагрузок. Далее избегается опасность, которая может появляться за счет временного отброса контакт-деталей вследствие отклонений. В частности, это должно по возможности избегаться в существенных для безопасности контактных устройствах, как, например, на заземляющих выключателях. Кроме того, при отбросе контакт-деталей друг от друга существует возможность, что нагрузочный ток, ток заземления или зарядный ток и т.д. вызывает явления электрической дуги на контактном устройстве. Эти явления электрической дуги могут приводить к обгоранию контактов, за счет чего оказывается отрицательное влияние на срок службы самого контактного устройства.
Предпочтительная форма выполнения может предусматривать, что вторая контакт-деталь установлена неподвижно.
За счет неподвижной установки второй контакт-детали возникает механически простое контактное устройство. Нужно лишь перемещать первую контакт-деталь на соответствующей траектории движения, чтобы создавать контакт или разъединять контактное устройство. Далее, вторая контакт-деталь может быть выполнена сравнительно массивной, так как не должны производиться движения, например, с помощью соответствующего приводного устройства.
Вследствие стабильного выполнения вторая контакт-деталь может использоваться как механически стабилизирующий элемент контактного устройства.
Предпочтительным образом при этом может быть далее предусмотрено, что ограничительный элемент электрически изолирующе соединяет вторую контакт-деталь и/или удерживающий элемент с несущим элементом.
Электрически изолирующее соединение между второй контакт-деталью и/или удерживающим элементом и ограничительным элементом препятствует образованию параллельных путей тока на контактном устройстве. Подобные параллельные пути тока могут приводить к нежелательным разрядным явлениям и нагревам. За счет этого может оказываться отрицательное влияние на стабильность самой контактного устройства. Для электрического изолирования может быть предусмотрена, например, соответствующая изолирующая установка ограничительного элемента. Электрически изолирующая установка может быть предусмотрена, например, в области жесткого углового соединения с несущим элементом. Может быть однако также предусмотрено, что на протяжении ограничительного элемента расположены сооответствующие изолирующие участки.
Предпочтительная форма выполнения может предусматривать далее, что ограничительный элемент имеет упор, который в замкнутом состоянии контактного устройства проходит сбоку траектории движения рядом с точкой упора на второй контакт-детали и/или удерживающем элементе.
За счет использования электрически изолирующего упора на ограничительном элементе предоставлена следующая возможность, электрически изолировать ограничительный элемент. Предпочтительно для этого может быть также предусмотрено, что ограничительный элемент выполнен приблизительно полностью из электрически изолирующего материала. Этим электрически изолирующими материалом может быть, например, неорганический материал, как, например, керамика, органический материал, как дерево, или пластмасса, как, например, политетрафторэтилен или усиленные волокном пластмассы. Применение пластмассы имеет далее преимущество, что она при малой массе имеет достаточную прочность к разрушению и при восприятии поперечных сил имеет место достаточная упругость. За счет расположения упоров ограничительного элемента по обе стороны траектории движения рядом со второй контакт-деталью на контактное устройство могут действовать силы из различных направлений. Поперечные силы могут воздействовать под различными углами в основном поперек к траектории движения и улавливаться ограничительным элементом. Для образования упора по обе стороны траектории движения рядом со второй контакт-деталью может быть предусмотрено, например, подобное вилке выполнение ограничительного элемента, которое имеет выемку, в которую в ходе достижения положения включения погружается вторая контакт-деталь. Упор однако может быть выполнен также таким образом, что он расположен только односторонне рядом со второй контакт-деталью. Таким образом, масса ограничительного элемента уменьшается. Подобный вид является преимущественно применимым тогда, когда силы действуют только из одного направления, так что односторонний упор прижимается против второй контакт-детали. Соответствующее справедливо в случае, когда дополнительно или альтернативно используется удерживающий элемент второй контакт-детали. Как уже описано выше, вторая контакт-деталь может быть сконструирована механически стабильно таким образом, что появляющиеся силы могут вводиться во вторую контакт-деталь.
При этом упор выбран с такими размерами, что он только легко прилегает ко второй контакт-детали или расположен на некотором расстоянии. За счет этого не должны прикладываться никакие дополнительные силы вдвижения.
В предпочтительной форме выполнения может быть далее предусмотрено, что вторая контакт-деталь является ножевой контакт-деталью.
Ножевые контакт-детали имеют прочную, износостойкую конструкцию. Поэтому они являются особенно пригодными для восприятия больших сил, как они могут передаваться, например, от ограничительного элемента.
Следующая предпочтительная форма выполнения может соответственно предусматривать, что первая контакт-деталь содержит противостоящие друг другу упругодеформируемые пальцевые элементы.
В качестве встречной контакт-детали для ножевой контакт-детали первая контакт-деталь может иметь, например, упругодеформируемые пальцевые элементы, которые надвигаются на ножевую контакт-деталь. Вследствие упругой деформируемости пальцевые элементы прижимаются на ножевую контакт-деталь или, соответственно, вторую контакт-деталь. Частое перерастяжение пальцевых элементов, например, за счет появляющихся поперечных сил, могло бы приводить к преждевременному старению контактного устройства. За счет применения ограничительного элемента подобное перерастяжение и расширение пальцевых элементов исключается.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено, что несущий элемент установлен поворотно.
Поворотный несущий элемент является подходящим, чтобы использовать конструктивно простые контактные устройства. Вставной контакт с ножевой контакт-деталью может просто замыкаться и размыкаться.
В последующем изобретение схематически показывается на основе примера выполнения на чертеже и описывается ниже более подробно.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - высоковольтный силовой выключатель с несколькими контактными устройствами.
Фигура 2 - деталь контактного устройства.
Фигура 3 - вид сверху на высоковольтный силовой выключатель.
На Фигуре 1 высоковольтный силовой выключатель 1 представлен в виде сбоку. Высоковольтный силовой выключатель 1 выполнен в так называемом исполнении типа Dead-Tank, то есть внутри находящегося на потенциале земли, изготовленного из электрически проводящего материала бака 1а расположен прерывательный блок 1b высоковольтного силового выключателя 1. Прерывательный блок 1b может быть сконструирован, например, таким образом, что выполнены также условия разъединения. За счет этого экономятся отдельные разъединители. Так может быть предусмотрено, что подвижные относительно друг друга контакт-детали прерывательного блока 1b являются разводимыми в выключенном положении соответственно далеко друг от друга. Для уменьшения типоразмеров высоковольтного силового выключателя 1 внутреннее пространство бака 1а является герметически закрытым и заключает в себе электроотрицательный газ, например, шестифтористую серу под высоким давлением.
Для прокладки электрических линий 15а, 15b внутрь бака 1а высоковольтного силового выключателя 1 на фланцах бака 1а расположены соответствующие проходные изоляторы наружной установки 2, 3. Может быть предусмотрено, что при применении высоковольтного силового выключателя 1 в исполнении типа Dead-Tank в системах передачи электроэнергии с несколькими фазами внутри общего бака расположены прерывательные блоки нескольких фаз. Соответственно на баке высоковольтного силового выключателя должно быть расположено большое число проходных изоляторов наружной установки. Альтернативно, однако, может быть предусмотрена форма выполнения, как на Фигуре 1, причем для каждой фазы системы передачи электроэнергии применяется отдельный высоковольтный силовой выключатель 1 с отдельным баком 1а. Например, для коммутации трехфазной системы переменного напряжения устанавливают рядом друг с другом три однотипных высоковольтных силовых выключателя 1.
Для приложения потенциала земли к электрическим линиям 15а, b, которые подключены к местам присоединения соответствующих проходных изоляторов наружной установки 2, 3, предусмотрены заземляющие выключатели 4, 5. Заземляющие выключатели 4, 5 служат соответственно для заземления участков, которые находятся по обе стороны прерывательного блока 1b высоковольтного силового выключателя 1. Заземляющие выключатели 4, 5 выполнены в виде заземляющих выключателей 4, 5 поворотного типа, то есть одна из контакт-деталей движется на круговой траектории поворота и входит во время процесса включения в неподвижную, расположенную на проходных изоляторах наружной установки 2, 3 контакт-деталь. Так как бак 1а высоковольтного силового выключателя 1 находится на потенциале земли, является предпочтительным располагать соответственно ось вращения заземляющих выключателей 4, 5 на баке 1а высоковольтного силового выключателя 1 и предусматривать соответствующее электрическое контактирование.
На оси вращения расположен несущий элемент 6, который изготовлен из электропроводящего материала. Несущий элемент 6 соединен электрически проводяще с баком 1а высоковольтного силового выключателя 1. Для этого может, например, служить поворотная опора на высоковольтном силовом выключателе 1. Альтернативно, однако, может быть предусмотрено выполнение стойкого к нагрузке электропроводящего соединения с помощью дополнительных контактных элементов, как, например, гибких многопроволочных проводов или системы скользящих контактов. Однако может быть также предусмотрено контактировать несущий элемент 6 с отдельным местом заземления и применять электроизолирующий соединительный элемент на баке 1а высоковольтного силового выключателя 1. Представленный на Фигуре 1 в своем включенном положении заземляющий выключатель 4, а также представленный на Фигуре 1 в своем выключенном положении заземляющий выключатель 5 имеют принципиально одинаковую конструкцию. В последующем конструкция и взаимодействие контакт-деталей должно быть описано на основе представленного на Фигуре 1 в своем включенном положении заземляющего выключателя 4.
Фигура 2 показывает деталь представленного на Фигуре 1 в своем включенном положении заземляющего выключателя 4. На несущем элементе 6 на расстоянии относительно его оси вращения расположена первая контакт-деталь 7. Несущий элемент 6 и первая контакт-деталь 7 электропроводяще связаны друг с другом. Первая контакт-деталь 7 содержит попарно расположенные упругодеформируемые пальцевые элементы 8 a, b, c, d. Пальцевые элементы должны быть расположены попарно, причем число пар пальцевых элементов является выбираемым в зависимости от подлежащей передаче мощности. Соответственно два пальцевых элемента расположены противостоящими друг другу, так что между ними образован раствор, в который во включенном состоянии заземляющего выключателя 4 при деформации пальцевых элементов 8 a, b, c, d является вводимой вторая контакт-деталь 9. Вследствие упругости пальцевых элементов 8 a, b, c, d они прилегают ко второй контакт-детали 9, так что имеет место гальваническое соединение. Вторая контакт-деталь 9 установлена подвижно и выполнена в виде ножевой контакт-детали. Вторая контакт-деталь 9 при этом выполнена таким образом, что сформирован участок в форме дуги, так что в процессе включения пальцевые элементы 8 a, b, c, d сначала прижимаются против выпуклого изгиба дуги и может происходить надежное выполнение гальванического соединения. Вторая контакт-деталь 9 закреплена на удерживающем элементе 10. Удерживающий элемент 10 закреплен соответственно на конце наружной установки электрического провода проходного изолятора наружной установки 2. За счет этого вторая контакт-деталь 9 удерживается проходным изолятором наружной установки 2.
На несущем элементе 6 расположен далее соединительный элемент 11. Соединительный элемент 11 служит, во-первых, для крепления на несущем элементе 6 первой контакт-детали 7. Во-вторых, соединительный элемент 11 используется также для соединения ограничительного элемента 12 с несущим элементом 6. Ограничительный элемент 12 изготовлен в настоящем примере из пластмассы и выполнен в основном в виде пластины. Ограничительный элемент 12 может быть выполнен по заданной характеристике изгибающего момента. Так, внутри односторонне зажатого ограничительного элемента 12 получается равномерная прочность. Ограничительный элемент 12 покрывает большую часть первой контакт-детали 7. На своем обращенном от соединительного элемента 11 конце ограничительный элемент 12 имеет вилкообразную форму. Между вилочными зубцами этой вилки образована выемка, в которой во включенном состоянии, как представлено на Фигуре 2, лежит вторая контакт-деталь 9. Внутренние поверхности вилочных зубцов опираются соответственно на лежащие противоположно друг другу точки упора второй контакт-детали 9. Однако может быть также предусмотрено, что дополнительно или альтернативно удерживающий элемент 10 или расположенные на удерживающем элементе 10 пристройки служат для опирания ограничительного элемента 12. Вследствие выполнения ограничительного элемента 12 из электроизолирующего материала избегается образование параллельной цепи тока наряду с цепью тока, образованной между двумя контакт-деталями 7, 9. За счет ограничительного элемента 12 могут восприниматься лежащие поперек к траектории движения силы. За счет этого предотвращается, что несущий элемент 6 с закрепленной на нем первой контакт-деталью 7 отклоняется поперек к траектории движения. За счет использования ограничительного элемента 12 контакт-деталям 7, 9 в точках механического соприкосновения передается функция передачи электрического тока. Механическое удерживание и позиционирование первой контакт-детали 7 относительно второй контакт-детали 9 обеспечивается с помощью ограничительного элемента 12. Для обеспечения соответствующей стабилизации поворотный несущий элемент 6, а также соответствующая поворотная опора должны выполняться механически стабильными.
На Фигуре 3 показан вид сверху высоковольтного силового выключателя 1. На проходных изоляторах наружной установки 2, 3 соответствующими удерживающими элементами 10 соответственно закреплены жестко под углом вторые контакт-детали 9. На Фигуре 3 оба заземляющих выключателя 4, 5 представлены соответственно в их положениях включения. Пальцевые элементы 8 a, b, c, d соответствующих первых контакт-деталей 7 надвинуты на соответствующие вторые контакт-детали 9. Траектория поворота 13 первых контакт-деталей 7, а также несущих элементов 6 при этом ориентированы таким образом, что электрические цепи тока, проходящие внутри проходных изоляторов наружной установки 2, 3, проходят вне плоскости траектории поворота 13. За счет этого обеспечено, что направление врубания или, соответственно, направления введения контактных устройств расположено поперек к появляющимся при известных обстоятельствах поперечным силам 14. Может быть также предусмотрено, что траектории поворота первых контакт-деталей 7 лежат в различных плоскостях. Поперечные силы 14 могут возникать, например, за счет того, что происходит замыкание на землю, которое обуславливает течение тока через проходящие внутри проходных изоляторов наружной установки 2, 3 электрические цепи тока. Тот же самый электрический ток отводится через соответствующий заземляющий выключатель на землю. За счет этого между несущим элементом 6 и цепью тока внутри проходных изоляторов наружной установки 2, 3 возникает система двух приблизительно лежащих параллельно друг к другу электрических проводников, через которые протекает ток с различным направлением. Вследствие соответственно действующих магнитных полей между двумя проходящими приблизительно параллельно электрическими проводниками возникают силы отталкивания. Эти силы отталкивания с помощью соответствующего изобретению расположения ограничительного элемента 12 могут не допускаться к контакт-деталям 7, 9.