ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ДВА ПРЕРЫВАТЕЛЯ, ТАКИХ КАК ШИННЫЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ И ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ, И СОДЕРЖАЩЕЕ ОБЩЕЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ КОНТАКТОВ ПРЕРЫВАТЕЛЕЙ
ELECTRICAL SWITCH HAVING TWO BREAKERS, SUCH AS BUS DISCONNECTOR AND EARTHING DISCONNECTOR, AND HAVING COMMON ACTUATOR FOR MOVABLE CONTACTS OF BREAKERS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству переключения высокого напряжения, которое содержит два прерывателя, таких как шинный разъединитель и заземляющий разъединитель. В частности, изобретение относится к устройству переключения, в котором один из прерывателей является шинным разъединителем, а другой прерыватель - заземляющим разъединителем.
Более конкретно, изобретение относится к устройству переключения, в котором каждый прерыватель, например разъединитель, содержит пару контактов, один из которых является неподвижным контактом, а второй контакт выполнен с возможностью прямолинейного перемещения для отделения контактов друг от друга при переключении.
6
Основной областью применения изобретения являются устройства высокого напряжения, в которых шинный и заземляющий разъединители расположены в изолированных корпусах переключателей, каждый из которых наполнен газообразным диэлектриком, например, SF, при регулируемых атмосферных условиях.
Уровень техники
Механические действия, выполняемые в подобных устройствах, обычно независимы и осуществляются двумя отдельными механическими блоками управления, которые управляются механическими или электрическими блокировочными устройствами.
Эти блокировочные устройства, предназначенные для обеспечения безопасности персонала и оборудования, размыкают шинный разъединитель, когда заземляющий разъединитель находится в замкнутом состоянии, так как заземляющий разъединитель не должен находиться в замкнутом состоянии, когда основная цепь находится под напряжением.
Ранее было предложено приводить в движение каждый подвижный контакт двух отдельных прерывателей, таких как шинный и заземляющий разъединители, с помощью одной поворотной оси управления. В частности, известно, что можно перемещать два подвижных контакта прямолинейно с помощью одной поворотной оси.
В документе ЕР 0735637 В1 описано показанное на его фиг.8 устройство переключения, содержащее два шинных разъединителя 25, 35 и 29, 36, при этом каждый из двух контактов 35 и 36, выполненных с возможностью прямолинейного перемещения, соединен с помощью по существу прямого соединительного рычага 42, 43 с одноплечим рычагом 45. Рычаг 45 установлен на оси 21, ось вращения которой расположена на пересечении соответствующих осей прямолинейного перемещения контактов 35 и 36.
В документе ЕР 1082791 В1 описано показанное его на фиг.2 устройство переключения, содержащее шинный разъединитель 53, 31 и заземляющий разъединитель 55, 16, при этом каждый из двух контактов 53 и 55, выполненных с возможностью прямолинейного перемещения, соединен с помощью соединительного стержня или рычага 74, 75 по существу прямой формы с одноплечим рычагом 71. Рычаг 71 установлен на оси 7, ось вращения которой расположена на расстояниях а1, а2 от соответствующих осей прямолинейного перемещения контактов 53 и 55.
В документе ЕР 1068659 В1 описано показанное на его фиг.2 устройство переключения, содержащее два прерывателя 25, 22, 23 и 24, 22, 23, в которых один контакт 22, выполненный с возможностью прямолинейного перемещения, соединен с помощью расположенного на нем пальца 26 с одноплечим рычагом 61. Рычаг 61 установлен на оси 5, ось вращения которой расположена на расстоянии от осей прямолинейного перемещения подвижного контакта 22. Передаточное отношение (то есть отношение между величиной прямолинейного хода подвижного контакта 22 и углом поворота оси 5) и параллелограмм сил не оптимизированы вблизи замкнутых положений (то есть положения вхождения в контакт подвижного контакта 22 с соответствующим неподвижным контактом 23 или неподвижным контактом 24). При таком высоком передаточном отношении для поворота оси 5 необходимо прилагать большой крутящий момент. Кроме того, вблизи замкнутых положений на подвижный контакт 22 действует радиальное усилие, в результате чего существует риск его поворота.
Все конструкции устройства переключения, описанные в упомянутых выше документах, имеют один серьезный недостаток, а именно, они очень громоздки для двух функций заземляющего и шинного разъединителей.
Кроме того, конструкции этих известных устройств не оптимальны с точки зрения использования при очень высоких напряжениях, так как тяжело добиться диэлектрической прочности передающих элементов (то есть оси, рычагов и соединительного стрежня).
Наконец, известные устройства переключения являются дорогими.
Размер, цена и сборка устройств переключения, содержащих два известных прерывателя, могут быть улучшены.
Задачей изобретения является создание устройства переключения, в котором устранены указанные выше недостатки.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решена в механизме управления для электрического устройства переключения, содержащего два прерывателя, например, заземляющий разъединитель и шинный разъединитель, каждый из которых содержит пару контактов, при этом один из контактов является неподвижным, а второй контакт переключателя выполнен с возможностью прямолинейного перемещения, причем контакты переключателя отделены друг от друга в ходе операции переключения, а механизм управления содержит общее исполнительное устройство для приведения в действие подвижных контактов для размыкания одного из прерывателей, оставляя другой прерыватель замкнутым и наоборот, при этом геометрия, размеры и расположение подвижных контактов и их исполнительных устройств обеспечивают возможность пересечения прямолинейных ходов подвижных контактов.
Выражение «пересечение прямолинейных ходов» надо понимать следующим образом: если смотреть в направлении вдоль оси вращения, подвижные контакты перекрываются при их прямолинейных перемещениях.
Таким образом, благодаря перекрытию перемещений подвижных контактов можно уменьшить расстояния от текущего входа до неподвижных контактов каждого из двух прерывателей, таких как шинный разъединитель или заземляющий разъединитель. В результате уменьшается общий размер устройства переключения в плоскости перемещения двух прерывателей согласно изобретению по сравнению с известным устройством переключения.
Кроме того, благодаря уменьшению общего размера, также уменьшается цена такого устройства. Кроме того, уменьшаются размеры металлического корпуса, в котором расположено устройство переключения, соответствующее изобретению, и, следовательно, уменьшаются затраты на материалы, транспортировку и другие затраты.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения общее исполнительное устройство содержит:
- поворотную ось;
- элемент, установленный на поворотной оси и содержащий два отдельных рычага, один из которых имеет U-образную форму;
- механизм с двумя парами рычагов, шарнирно соединенных друг с другом, причем один из рычагов в каждой паре представляет собой один из отдельных рычагов элемента, установленного на поворотной оси, а другой рычаг каждой пары шарнирно соединен с одним из подвижных контактов; размеры и расположение рычагов, а также расположение поворотной оси таковы, что U-образный рычаг окружает подвижный контакт, к которому он присоединен на, по меньшей мере, части его прямолинейного хода.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения подвижный контакт, такой как подвижный контакт шинного разъединителя, соединенный с U-образным рычагом, выполнен в виде полой трубки, а другой рычаг, шарнирно соединенный с полой трубкой и с U-образным рычагом, имеет удлиненную форму, шарнирное соединение удлиненного рычага с полой трубкой расположено внутри полой трубки на высоте, достаточной для расположения части удлиненного рычага в полой трубке при прямолинейном ходе полой трубки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения полая трубка имеет прорезь, выполненную на части ее высоты и проходящую от конца трубки, противоположного концу, обращенному к соответствующему неподвижному контакту переключателя, причем прорезь предназначена для вставки в нее удлиненного рычага при прямолинейном перемещении полой трубки и для увеличения длины прямолинейного хода от разомкнутого положения до замкнутого положения.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения полая трубка имеет прорезь, выполненную на части ее высоты и проходящую от конца трубки, противоположного концу, обращенному к соответствующему неподвижному контакту переключателя, причем прорезь предназначена для введения в нее удлиненного рычага при прямолинейном перемещении полой трубки и для увеличения длины прямолинейного хода другого подвижного контакта от разомкнутого положения до замкнутого положения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения:
- другой рычаг элемента, установленного на поворотной оси, имеет прямую форму;
- подвижный контакт, такой как подвижный контакт заземляющего разъединителя, соединенного с прямым рычагом, выполнен в виде сплошного стержня.
Таким образом, благодаря наложению полой трубки на сплошной стержень уменьшенных размеров, общий размер устройства в направлении оси вращения уменьшен по сравнению с устройством, содержащим два подвижных контакта в виде полых трубок.
В этом варианте осуществления изобретения рычаг, шарнирно соединяющий установленный на поворотной оси прямой рычаг и сплошной стержень, имеет изогнутую форму для уменьшения радиальных усилий, действующих на стержень вблизи замкнутого положения.
В том же варианте осуществления изобретения сплошной стержень имеет прорезь, выполненную на части его высоты и проходящую от конца стержня, противоположного концу, обращенному к соответствующему неподвижному контакту переключателя, причем прорезь предназначена для ввода в нее изогнутого рычага при прямолинейном перемещении стержня и для увеличения длины прямолинейного хода от разомкнутого положения до замкнутого положения и одновременно величины прямолинейного перемещения полой трубки.
В еще одном варианте выполнения механизма, соответствующего изобретению:
- один из -подвижных контактов, такой как подвижный контакт шинного разъединителя, выполнен в виде полой трубки;
- другой подвижный контакт, такой как подвижный контакт заземляющего разъединителя, выполнен в виде сплошного стержня;
- общее исполнительное устройство содержит поворотную ось;
- механизм содержит два исполнительных узла, каждый из которых выполнен с возможностью преобразования вращательного движения оси в прямолинейное перемещение одного из подвижных контактов, при этом каждый узел содержит исполнительный элемент, установленный на поворотной оси, причем два исполнительных узла расположены параллельно друг другу так, что когда подвижный сплошной стержень и полая трубка находятся в промежуточном положении между замкнутым и разомкнутым положениями, узлы расположены непосредственно рядом друг с другом, а расстояние г между ними достаточно для совершения ими прямолинейного движения друг относительно друга без трения, как между однородным стержнем и полой трубкой.
Достаточное расстояние между двумя исполнительными узлами позволяет сплошному стержню и полой трубке перемещаться без трения между ними и уменьшает общий размер в плоскости, перпендикулярной прерывателям и вдоль оси вращения.
В еще одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один из исполнительных узлов содержит пару рычагов, один из которых представляет собой исполнительный рычаг, установленный на поворотной оси, а другой шарнирно соединен с одним из подвижных контактов и с исполнительным рычагом.
В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретения один из исполнительных узлов, например, узел подвижного контакта шинного разъединителя, содержит дисковый кулачок, установленный на поворотной оси, и пару рычагов, у одного из которых один конец шарнирно соединен с неподвижной точкой, а другой - с другим рычагом указанной пары, который шарнирно соединен с одним из подвижных контактов, причем рычаг, шарнирно соединенный с неподвижной точкой, содержит выступ, расположенный между двух концов и входящий в зацепление с канавкой в кулачке, так что выступ действует в качестве следящего элемента, при этом геометрия, длина и расположение пары рычагов и профиль канавки кулачка таковы, что между дисковым кулачком и связанным с ним подвижным контактом существует дополнительное передаточное отношение. Выражение «дополнительное передаточное отношение между дисковьм кулачком (или кулачками) и связанным с ним подвижным контактом» означает передаточное отношение, являющееся дополнительным к приводу, согласно которому подвижный контакт шарнирно соединен непосредственно с канавкой дискового кулачка, такого, как, например, кулачок, описанный в документе СН 696476.
Другим объектом изобретения является электрическое устройство переключения, содержащее корпус, в котором, по меньшей мере частично, установлены подвижные контакты двух прерывателей, таких как шинный разъединитель и заземляющий разъединитель, и дополнительно содержащее механизм управления, описанный выше.
Это устройство может содержать направляющую трубку для направления одного из подвижных контактов при его прямолинейном ходе.
Преимущественно подвижным контактом, направляемым направляющей трубкой, является заземляющий стержень.
Наконец, еще одним объектом изобретения является переключатель с газовой изоляцией для высокого напряжения (ПГИ), содержащий металлический корпус и описанное выше устройство переключения для, по меньшей мере, одной фазы.
Переключатель с газовой изоляцией для высокого напряжения (с металлическим корпусом), соответствующий изобретению, предпочтительно содержит для каждой фазы корпус вышеописанного устройства переключения, установленный в собственном металлическом корпусе. Таким образом, переключатель, соответствующий изобретению, может содержать три металлических корпуса, соединенных друг с другом системой рычагов, предназначенной для прямолинейного перемещения с помощью исполнительного устройства и одновременного вращения механизмов управления указанного устройства.
Краткое описание чертежей
Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из нижеследующего описания со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показан вид в перспективе в разрезе части переключателя с газовой изоляцией (ПГИ) с одним из устройств переключения, которое соответствует одной из фаз (2А) в одном из вариантов осуществления изобретения и которое показано и изображено в промежуточном положении, в котором шинный и заземляющий разъединители разомкнуты;
на фиг.2 - другой вид с частичным разрезом того же устройства, что и на фиг.1, при этом указанное устройство находится в положении заземления, а заземляющий разъединитель замкнут;
на фиг.3 - еще один вид с частичным разрезом того же устройства, что и на фиг.1, при этом указанное устройство находится в замкнутом положении, а шинный разъединитель замкнут;
на фиг.4 - схема, показывающая некоторые положения при прямолинейном перемещении подвижных контактов устройства, изображенного на фиг.1-3;
на фиг.5А и 5В - виды с частичными разрезами одного из устройств переключения, которое соответствует одной из фаз, например 2А, в другом варианте осуществления изобретения, отличном от варианта показанного по фиг.1-3, при этом указанное устройство показано в промежуточном положении, в котором шинный и заземляющий разъединители разомкнуты;
на фиг.6 - вид с частичным разрезом устройства, соответствующего варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.5А и 5В, и вариант привода подвижного контакта шинного разъединителя, при этом подвижный контакт показан в замкнутом положении,
Осуществление изобретения
На чертежах показано соответствующее изобретению устройство А переключения для одного полюса. Очевидно, описанная ниже конструкция устройства переключения может быть повторена для каждого полюса многополюсной системы.
На фиг.1 показана часть трехфазного переключателя 1 (распределительного блока), содержащего три аналогичных корпуса. Показан только один корпус 2А переключателя. Устройство переключения согласно изобретению расположено внутри корпуса переключателя. Каждая из трех аналогичных фаз расположена в собственном металлическом корпусе. Здесь показан только один из этих корпусов - корпус 3А, содержащий соответствующий корпус 2А.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1-3, заземляющий разъединитель 20 и шинный разъединитель 21 фазы 2А расположены по существу в одной плоскости, накладываясь, или другими словами смещаясь вдоль оси вращения X. Угол между разъединителями 20 и 21 составляет 90°. Ясно, что относительное расположение заземляющего разъединителя 20 и шинного разъединителя 21 может быть различным, и угол между разъединителями может составлять от 70° до 180°.
Подвижные контакты 200 и 210 одной фазы и исполнительное устройство 22 (или средство привода) для любой фазы, называемое средством передачи усилия, расположены в общем корпусе 2А переключателя. Подвижные контакты 200, 210 выполнены с возможностью перемещения в выполненных в корпусе 2А отверстиях 200А, 210А, соответственно. Неподвижный контакт 201 каждого заземляющего разъединителя прикреплен к внутренней части металлического корпуса 3А. Неподвижный контакт 211 каждого шинного разъединителя прикреплен к проводнику (не показан).
В показанном варианте осуществления изобретения общее исполнительное устройство 22 подвижных контактов 200 и 210 осуществляет размыкание заземляющего разъединителя 20 при сохранении шинного разъединителя замкнутым, и наоборот. Тот факт, что подвижные контакты 200 и 210 не перемещаются в разомкнутое положение, позволяет экономить место в корпусах 2А, 2В или 2С.
Общее исполнительное устройство 22 в показанном варианте осуществления изобретения содержит ось 220. Эта ось 220 выполнена с возможностью поворота с помощью исполнительного устройства (не показано), выполненного с возможностью прямолинейного перемещения рычажной системы, соединенной с тремя осями 220 фаз переключателя с газовой изоляцией (ПГИ) согласно изобретению.
Согласно изобретению, геометрия, размеры и расположение подвижных контактов 200 и 210 и их исполнительных средств, описанных ниже, позволяют увеличить прямолинейные ходы C1, C2 подвижных контактов 200 и 210.
На фиг.4 в виде схемы на общей плоскости, пересекающей ось 220 вращения, показаны положения подвижных контактов 200 и 210 в конце ходов, соответствующие их разомкнутому и замкнутому положениям. Конкретнее, ось хода (прямолинейное перемещение) каждого подвижного контакта 200 или 210 является его осью симметрии, причем разомкнутое положение обозначено позицией О, замкнутое положение - позицией F, ход подвижного контакта 200 заземляющего разъединителя 20 обозначен позицией C1, а ход подвижного контакта 210 шинного разъединителя 21 обозначен позицией C2. Положения О и F - это положения концов каждого из подвижных контактов 200 и 210, причем указанные концы противоположны концам, направленным к соответствующим неподвижным контактам 201 и 211.
Как показано на фиг.4, механизм управления согласно изобретению позволяет пересекаться ходам С1 и С2 соответствующих подвижных контактов 200 и 210 заземляющего разъединителя 20 и шинного разъединителя 21.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1-3, общее исполнительное устройство дополнительно содержит элемент 221 с двумя отдельными рычагами 2210 и 2211, при этом элемент 221 прикреплен к поворотной оси 220. Рычаг 2211 имеет U-образную форму, а рычаг 2210 - прямую удлиненную форму.
Каждый из двух рычагов 2210 и 2211 элемента 221, установленного на оси 220, шарнирно соединен в точке 222 поворота с соответствующим соединительным стержнем 2220, 2221, которые также являются соединительными рычагами.
Соединительный рычаг 2220, шарнирно соединенный с рычагом 2210, изогнут для уменьшения радиальных усилий, возникающих на заземляющем контакте 200. Рычаг 2220 шарнирно соединен в точке 223 поворота с подвижным контактом 200 заземляющего разъединителя 20.
Соединительный рычаг 2221, шарнирно соединенный с рычагом 2211, имеет прямую удлиненную форму и шарнирно соединен в точке 223 поворота с подвижным контактом 210 шинного разъединителя 21.
Размеры и расположение рычагов 2211 и 2221, а также расположение поворотной оси 220 выбраны так, что U-образный рычаг 2211 окружает подвижный контакт 210, к которому он присоединен в течение по меньшей мере части хода С2.
Подвижный контакт 210 шинного разъединителя 21, соединенный с U-образным рычагом 2211, представляет собой полую трубку (фиг.2).
Точка 223 поворота, в которой соединены прямой рычаг 2221 и полая трубка 210, расположена внутри полой трубки на высоте, достаточной для того, чтобы часть прямого рычага 2221 могла располагаться внутри полой трубки в течение хода С1 полой трубки.
Подвижный контакт 200 заземляющего разъединителя 20, соединенный с прямым рычагом 2210, выполнен в виде сплошного стержня.
Рычаг 2220, шарнирно установленный между прямым рычагом 2210, соединенным с поворотной осью 220, и сплошным стержнем 200, имеет изогнутую форму для уменьшения радиальных усилий, действующих на стержень вблизи его замкнутого положения (фиг.2).
В показанных устройствах переключения также имеется направляющая трубка 23, направляющая стержень заземляющего контакта 200 в его прямолинейном перемещении в течение большей части хода (фиг.2).
На фиг.5А-6 показан еще один вариант осуществления изобретения.
В этом варианте осуществления изобретения подвижный контакт 210 шинного разъединителя 21 выполнен в виде полой трубки, а подвижный контакт 200 заземляющего разъединителя 20 выполнен в виде сплошного стержня.
Механизм управления содержит два исполнительных (приводных) узла, каждый из которых преобразует вращательное движение оси 220 в прямолинейное движение одного из подвижных контактов 200, 210.
Каждый из этих узлов содержит исполнительный элемент 2210, 2211, установленный на поворотной оси 220. Два исполнительных узла расположены параллельно друг другу таким образом, что когда подвижные контакты 200 и 210 находятся в промежуточном положении между замкнутым и разомкнутым положениями, узлы расположены непосредственно рядом друг с другом, а расстояние е между ними достаточно для совершения перемещения друг относительно друга без возникновения трения.
Как показано на фиг.5 В, исполнительный узел подвижного стержня 200 заземляющего разъединителя 20 содержит пару рычагов 2210 и 2220. Исполнительный рычаг 2210, установленный на поворотной оси 220, шарнирно соединен непосредственно с другим рычагом 2220, шарнирно соединенным с подвижным стержнем 200.
Как показано на фиг.6, подвижная полая трубка 210 шинного разъединителя может быть приведена в движение с помощью дискового кулачка 2211', установленного на поворотной оси 220, и пары рычагов 2221 и 226, шарнирно соединенных друг с другом. Один из рычагов, например 226, содержит конец 2260, который может поворачиваться относительно неподвижной точки 227 сочленения. Другой конец 2261 рычага 226 шарнирно соединен с рычагом 2221, который шарнирно соединен с подвижной полой трубкой 210. Рычаг 226, установленный в точке 227, содержит выступ 2262, расположенный между двух концов 2260 и 2261 и входящий в зацепление с канавкой 2110' кулачка, выполненной в кулачке 211', при этом выступ действует в качестве следящего элемента.
Устройство, показанное на фиг.1-6, имеет три положения переключения:
- положение №1: заземляющий разъединитель 20 разомкнут, шинный разъединитель 21 разомкнут (фиг.1 и 5А и 5В);
- положение №2: заземляющий разъединитель 20 замкнут, шинный разъединитель 21 разомкнут (фиг.2);
- положение №3: заземляющий разъединитель 20 разомкнут, шинный разъединитель 21 замкнут (фиг.3 и 6).
Конструкция согласно изобретению обладает следующими преимуществами:
- благодаря перекрытию ходов подвижных контактов, общий размер устройства переключения уменьшен по сравнению с известными устройствами переключения, содержащими шинный разъединитель и заземляющий разъединитель;
- боковые усилия, действующие на подвижные контакты устройства, уменьшены по сравнению с известными устройствами;
- устройство переключения работает полностью безопасно и надежно.