РАЗЪЕМ ТИПА "ТЮЛЬПАН" И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА
RCA JACK AND ELECTRIC CONTACT SYSTEM FOR SWITCHING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к области электроэнергетического оборудования и систем электроэнергетики, а более конкретно - к механизму электрических разъемов и электрической контактной системе для коммутационного аппарата.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Электрический разъем типа «тюльпан» обычно применяется в коммутационных аппаратах, предназначенных для работы в сетях среднего и/или высокого напряжения. Контактные штыри предназначены по существу для того, чтобы разрывать цепь электрического тока номинальной величины и проводить номинальный ток за счет формирования гнезда из контактных штырей, в которое вставляется сопрягаемый разъем.
В патентной заявке № US 4072392 A описан разъем типа «тюльпан», образованный пружинными проводниками, который содержит цилиндрический втычной разъем 11 и розеточные элементы 12 разъема, как показано на фиг.1А. Розеточные элементы 12 сформированы путем размещения контактных штырей 13, выполненных из пружинных проводников, вокруг внешней огибающей поверхности цилиндрического стержня 14 таким образом, что они образуют розеточную втулку 15 разъема. Каждый из штырей 13 выгнут в осевом направлении внутрь относительно стержня 14 для того, чтобы внутренний диаметр розеточной контактной втулки 15 был меньше, чем внешний диаметр цилиндрического втычного разъема 11. Штыри 13 могут электрически и механически контактировать с цилиндрическим втычным разъемом 11. В разъеме типа «тюльпан» используются недорогие пружинящие проводники, которые всегда имеются в продаже и свободны от дефектов. Причем отдельные проводящие штыри могут быть сформированы в желаемую конфигурацию за счет использования одноэтапной операции обработки на автоматизированном формовочно-отрезном станке. Однако при этом разъем типа «тюльпан» не имеет большой эффективной контактной зоны.
В патентной заявке № ЕР 0856860 В1 описан разъем типа «тюльпан», предназначенный для высоковольтных коммутационных аппаратов, как показано на фиг.1B. Разъем типа «тюльпан» 16 сконструирован таким образом, что он удерживает в себе сопрягаемый разъем 17 в форме стержня с контактными штырями 18, сгруппированными в округлую форму. Цилиндр 19 имеет продольные прорези, которые интегрально сформированы на кольце 20. Кольцо интегрально формируется на конце цилиндра 19, противоположном кольцу, и его поперечное сечение вместе с цилиндром 19 имеет форму клюшки для игры в гольф. Свободный продольный конец кольца имеет радиальную кольцевую поверхность 21, на которой смонтирована секция 17 из материала, стойкого к истиранию. Внутренний диаметр разъема типа «тюльпан» 16, соответствующий сопрягаемому контакту, меньше, чем внутренний диаметр секции 17, изготовленный из материала, стойкого к истиранию. Этот разъем типа «тюльпан» имеет недостаток, заключающийся в том, что его конструкция очень жесткая.
В патентной заявке № US 20070246444 A1 описана электрическая контактная система для коммутационного аппарата, как показано на фиг.1С. Эта система содержит разъем 23, включающий в себя контактный блок в форме тюльпана, который закреплен на неподвижной пластине 25. Пластина 25 прикреплена к осевой трубке 26, изготовленной из меди. Контактный блок имеет контактные штыри 24 с внутренней и внешней поверхностями. Эти поверхности входят в сопрягаемый разъем 27, когда коммутационный аппарат находится в замкнутом рабочем состоянии, для формирования контактирующих поверхностей с целью подачи электрического тока к разъему 27. Внутренняя и внешняя поверхности контактных штырей приводят к уменьшению количества контактных штырей 24 и позволяют увеличить допуски на изготовление, обеспечивающие центровку разъема. Неподвижная пластина, на которой смонтирован контактный блок типа «тюльпан», крепится к осевой трубке, благодаря чему уменьшается величина электрического переходного сопротивления от контактного блока типа «тюльпан» к осевой трубке.
Кроме указанных выше недостатков традиционных разъемов типа «тюльпан», эти разъемы обладают такими важными качественными характеристиками, как высокая электрическая проводимость, низкий уровень тепловыделения и хороший отвод тепла за счет вентиляции.
Краткое описание изобретения
Чтобы преодолеть вышеуказанные недостатки, основная цель данного изобретения - предложить разъем типа «тюльпан» и электрическую контактную систему с разъемом типа «тюльпан» для коммутационного аппарата, которые обладали бы такими качественными характеристиками, как более высокая электрическая проводимость, более низкое тепловыделение, лучшая вентиляция для отвода тепла, более прочная конструкция и более высокая надежность. Разъем типа «тюльпан» и электрическая контактная система данного изобретения могут выдерживать более высокую величину электрического тока. Кроме того, они обеспечивают легкость и простоту монтажа.
Согласно одному аспекту этого изобретения, предлагается разъем для коммутационного аппарата. Разъем типа «тюльпан» содержит множество контактных штырей, и эти контактные штыри разделяются на наружные контактные штыри и внутренние контактные штыри. Поперечное сечение, сформированное указанным множеством наружных контактных штырей, является дополняющим по отношению к поперечному сечению внешней поверхности неподвижного разъема, так что контактная поверхность каждого из этих контактных штырей может соприкасаться с внешней поверхностью неподвижного разъема, а поперечное сечение, образованное указанным множеством внутренних контактных штырей является дополняющим по отношению к поперечному сечению внутренней поверхности неподвижного разъема, так что контактная поверхность каждого из этих контактных штырей может соприкасаться с внутренней поверхностью неподвижного разъема.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, каждый из вышеупомянутых контактных штырей содержит первый выпуклый контактный участок для обеспечения контакта с внутренней поверхностью или внешней поверхностью неподвижного разъема и второй выпуклый контактный участок для обеспечения контакта с втулкой.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, каждый из выпуклых контактных участков имеет контактную прорезь на его поверхности. Контактная прорезь предназначена для того, чтобы контактные штыри прижимались к неподвижному разъему более плотно.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, каждый из контактных штырей содержит канавку и удерживающий блок. Кроме того, разъем типа «тюльпан» включает в себя пружину и диск. Вышеупомянутая пружина закрепляет контактные штыри на вышеупомянутом диске.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, один конец пластинчатой пружины вмонтирован в канавки каждого из контактных штырей, и это касается наружных контактных штырей, а другой конец пластинчатой пружины прижимает наружные контактные штыри к диску вовнутрь в осевом направлении, а что касается внутренних контактных штырей, то другой конец пружины прижимает внутренние контактные штыри к диску в осевом направлении наружу.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, пружинное кольцо вмонтировано в канавки наружных контактных штырей и окружает их, а второе пружинное кольцо вмонтировано в канавки внутренних контактных штырей и окружает их.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, воображаемая плоскость, на которой размещено множество первых выпуклых контактных участков наружных контактных штырей, не перекрывается с воображаемой плоскостью, на которой размещаются первые выпуклые контактные участки внутренних контактных штырей.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предложена электрическая контактная система для коммутационного аппарата. Электрическая контактная система включает в себя неподвижный разъем и разъем типа «тюльпан», как описано выше, предназначенный для контактирования с вышеупомянутым неподвижным разъемом.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, вышеупомянутый неподвижный разъем включает в себя множество проемов для вентиляции.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, конец вышеупомянутого неподвижного разъема, контактирующий с разъемом типа «тюльпан», имеет радиальную кольцевую поверхность.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, электрическая контактная система включает в себя дополнительно втулку и кольцевую гайку. Кольцевая гайка предназначена для крепления диска и всех контактных штырей на втулке.
Краткое описание чертежей
Предмет данного изобретения будет объяснен более подробно в приведенном ниже описании, со ссылками на предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, проиллюстрированные на чертежах, в которых:
На фиг.1 показан схематически вид традиционных разъемов типа «тюльпан», причем на фиг.1А показана конструкция разъема типа «тюльпан», образованного пружинными проводниками, на фиг.1В показана конструкция разъема типа «тюльпан» с наружными контактными штырями, а на фиг.1С показана контактная система для электрического коммутационного аппарата с разъемом, имеющим конструкцию типа «тюльпан в тюльпане».
На фиг.2 показана конструкция разъема типа «тюльпан» согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, причем на фиг.2А приведено увеличенное изображение разъема типа «тюльпан», на фиг.2В дан общий вид разъема типа «тюльпан», а на фиг.2С дан вид сбоку на разъем типа «тюльпан».
На фиг.3 изображен схематически разъем типа «тюльпан», соединенный с неподвижным разъемом.
На фиг.4 показан схематически вид контактного штыря разъема типа «тюльпан», в котором на фиг.4А показан общий вид контактного штыря, а на фиг.4В показаны контактные прорези на контактном штыре.
На фиг.5 приведена в увеличенном виде контактная прорезь на контактном штыре, в котором фиг.5А показывает конструкцию контактной прорези согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, а на фиг.5В показана другая разновидность конструкции контактной прорези на контактном штыре.
На фиг.6 дан схематически вид пластинчатой пружины разъема типа «тюльпан».
На фиг.7 показаны в увеличенном виде пластинчатая пружина, фиксирующая наружный контактный штырь на диске, и пластинчатая пружина, фиксирующая внутренний контактный штырь на диске.
На фиг.8 показаны первые выпуклые контактные участки наружных контактных штырей, которые находятся не в том же поперечном сечении, что первые выпуклые контактные участки внутренних контактных штырей.
На фиг.9 показана конструкция разъема типа «тюльпан» согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, которая включает в себя кольцевые пружины.
На фиг.10 показана конструкция электрической контактной системы для коммутационного аппарата с разъемом типа «тюльпан» согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения.
На фиг.11 дан вид в разрезе электрической контактной системы.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения со ссылками на указанные выше рисунки.
На фиг.2 показана конструкция разъема типа "тюльпан» согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, причем на фиг.2А дано увеличенное изображение разъема типа «тюльпан», а на фиг.2В дан общий вид разъема типа «тюльпан». Разъем типа «тюльпан» включает в себя множество наружных контактных штырей 51 и внутренних контактных штырей 51'. Каждый из контактных штырей содержит канавку 514 и удерживающий блок 516. Как показано на фиг.2 и фиг.3, пластинчатая пружина 522 вмонтирована в канавки 514 каждого из наружных контактных штырей 51 и закрепляет наружные контактные штыри 51 на диске 53. Наружные контактные штыри 51 расположены по окружности и предназначены для обеспечения контактирования контактной поверхности 511 каждого из этих контактных штырей с внешней поверхностью 41 неподвижного разъема 4. Как показано на фиг.2С и фиг.3, внутренний диаметр 501 окружности, образованной наружными контактными штырями 51, немного меньше, чем внешний диаметр 401 неподвижного разъема, и это сделано" для того, чтобы" наружные контактные штыри 51 плотно прижимались к неподвижному разъему 4. Кроме того, пластинчатая пружина 522 вмонтирована в канавки 514 каждого из внутренних контактных штырей 51' и закрепляет внутренние контактные штыри 51' на вышеупомянутом диске 53. Внутренние контактные штыри 51' распложены по окружности и предназначены для того, чтобы обеспечить контактирование контактной поверхности 51' каждого из этих контактных штырей с внутренней поверхностью 42 неподвижного разъема 4. Внешний диаметр 502 окружности, образованной внутренними контактными штырями 51', немного больше, чем внутренний диаметр 402 неподвижного разъема, и это сделано для того, чтобы внутренние контактные штыри 51' плотно прижимались к внутренней поверхности 42 неподвижного разъема 4. На фиг.3 показан разъем типа «тюльпан» 5, соединенный с неподвижным разъемом 4.
На фиг.4 показана конструкция контактного штыря разъема типа «тюльпан» 5. Наружные контактные штыри 51 содержат первый выпуклый контактный участок 512 на контактной поверхности 511' для контактирования с поверхностями 41 неподвижного разъема 4 и второй выпуклый контактный участок 513 для контактирования с втулкой 6. Аналогичным образом, внутренние контактные штыри 51' содержат первый выпуклый контактный участок 512' на контактной поверхности 511' для контактирования с поверхностями 42 неподвижного разъема 4 и второй выпуклый контактный участок 513 для контактирования с втулкой 6. Такая конструкция позволяет разъему типа «тюльпан» 5 более плотно удерживать неподвижный разъем 4 и допускает большие погрешности в относительной центровке между разъемом типа «тюльпан» 5 и неподвижным разъемом 4.
Как показано на фиг.4 и фиг.5, каждый из контактных штырей 51, 51' имеет контактную прорезь 515 на поверхности выпуклых контактных участков. Контактная прорезь 515 позволяет увеличить зону контактирования контактных штырей с поверхностями неподвижного разъема 4. Это увеличивает электрическую проводимость разъема типа «тюльпан» и улучшает отвод выделяющегося тепла. На фиг.5А показана конструкция контактной прорези согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, а на фиг.5В показана другая разновидность контактной прорези на контактном штыре. На выпуклых контактных участках может быть больше одной контактной прорези 515, и форма контактной прорези может быть различной.
Контактные штыри 51, 51' изготовлены из меди или сплава меди с вольфрамом. Эти материалы имеют высокую электропроводность и стойкость к истиранию. Чтобы обеспечить более высокую электропроводность, контактные штыри 51, 51' имеют дополнительно покрытие серебром. Контактные штыри 51, 51' обеспечивают легкость сборки, разборки и их замены. Конструкция контактных штырей обеспечивает хороший контакт контактных штырей 51, 51' с неподвижным разъемом 4 и даже их давление на неподвижный разъем 4.
Конструкция пластинчатой пружины 522 показана на фиг.6. Пластинчатая пружина 522 изготовлена из высокопрочной пластины из нержавеющей стали. Она содержит окаемок для ее завальцовки в канавку 514 контактных штырей, две прорези 525 и две изогнутых ножки 524 с промежутком 526 между ними. Промежуток 526 имеет несколько большую длину, чем ширина контактного штыря. Таким образом, две изогнутые ножки 524 могут захватывать и удерживать контактный штырь. Как показано на фиг.7, две прорези 525 используются для фиксации контактных штырей 51, 51' на диске 53. Пластинчатая пружина 522, изготовленная из высокопрочной нержавеющей стали, позволяет уменьшать тепловыделение, образующееся за счет протекания вихревых токов. Пластинчатая пружина 522 позволяет контактным штырям 51, 51' распределять нагрузку равномерно и обеспечивает надежный контакт с неподвижным разъемом 4.
Теперь обратимся к фиг.3, где показана ситуация, когда неподвижный разъем 4 вставлен в разъем типа «тюльпан» 5; при этом внешняя поверхность неподвижного разъема 4 вначале входит в сопряжение с внутренними контактными штырями 51'. Поскольку наружный диаметр 502 окружности, образованной внутренними контактными штырями 51', несколько больший, чем внутренний диаметр 402 неподвижного разъема, внутренние контактные штыри 51' будут прижиматься внутрь, преодолевая давление пластинчатых пружин 522. Аналогичным образом, неподвижный разъем 4 преодолевает давление, оказываемое пластинчатыми пружинами 522, что приводит к раскрытию наружных контактных штырей 51, когда они вставлены в разъем типа «тюльпан» 5. Когда неподвижный разъем 4 вставлен в разъем типа «тюльпан» 5, разъем типа «тюльпан» прочно удерживает неподвижный разъем 4 за счет усилия, развиваемого пластинчатыми пружинами 522.
Если неподвижный разъем 4 испытывает эти два вида сопротивления одновременно, то будет трудно вставлять неподвижный разъем 4 в разъем типа «тюльпан» 5. Таким образом, как показано двумя различными пунктирными линиями на фиг.8, согласно предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения, воображаемая плоскость Р1, на которой располагается множество первых выпуклых участков 512 наружных контактных штырей 51, не перекрывается с воображаемой плоскостью Р2, на которой располагаются первые выпуклые контактные участки 512' внутренних контактных штырей 51'. Когда неподвижный разъем 4 вставлен в разъем типа «тюльпан» 5, неподвижный разъем 4 испытывает сопротивление со стороны внутренних контактных штырей 51' и наружных контактных штырей 51 последовательно друг за другом. Эта конструкция позволяет легко вставлять неподвижный разъем 4 в разъем типа «тюльпан» 5.
Разъем типа «тюльпан» для коммутационного аппарата, согласно второму предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, как показано на фиг.9, содержит кольцевые пружины. Четыре кольцевые пружины 521, вмонтированные в канавки наружных контактных штырей 51, окружают и закрепляют наружные контактные штыри 51 на диске 53. Наружные контактные штыри 51 расположены по кругу и предназначены для обеспечения контакта контактной поверхности 511 каждого из этих штырей с внешней поверхностью 41 неподвижного разъема 4. Внутренний диаметр 501 окружности, образованной наружными контактными штырями 51, немного меньше, чем внешний диаметр 401 неподвижного разъема, и это сделано для того, чтобы наружные контактные штыри 51 прочно удерживали неподвижный разъем 4. На этом рисунке внутренние контактные штыри 51' закреплены на диске 53 с помощью пластинчатых пружин 522. Внутренние контактные штыри 51' могут также крепиться на диске 53 с помощью кольцевых пружин, которые испытывают усилия, направленные к внешней стороне пружин. Внутренние контактные штыри 51' расположены по окружности и предназначены для обеспечения контактирования контактной поверхности 511' каждого из этих штырей с внутренней поверхностью 42 неподвижного разъема 4. Внешний диаметр 502 окружности, образованной внутренними контактными штырями 51', немного больше, чем внутренний диаметр 401 неподвижного разъема, и это сделано для того, чтобы обеспечить плотное прижатие внутренних контактных штырей 51' к внутренней поверхности 42 неподвижного разъема 4.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предложена электрическая контактная система для коммутационного аппарата. На фиг.10 и фиг.11 показана конструкция электрической контактной системы для коммутационного аппарата с разъемом типа «тюльпан» согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, причем на фиг.10 дано увеличенное изображение электрической контактной системы, а на фиг.11 показан вид в разрезе электрической контактной системы. Как показано на этих рисунках, электрическая контактная система включает в себя неподвижный разъем 4, разъем типа «тюльпан» 5 и втулку 6. Разъем типа «тюльпан» 5 был подробно описан выше. Неподвижный разъем 4 имеет полую конструкцию 43 и множество проемов 44 для вентиляции цилиндрического корпуса 47. Внешний диаметр 401 неподвижного разъема немного больше, чем внутренний диаметр 501 окружности, образованной наружными контактными штырями 51, и это сделано для того, чтобы наружные контактные штыри 51 прочно удерживали неподвижный разъем 4, а внутренний диаметр 401 неподвижного разъема немного меньше, чем внешний диаметр 502 окружности, образованной внутренними контактными штырями 51', и это сделано для того, чтобы внутренние контактные штыри 51' плотно прижимались к внутренней поверхности 42 неподвижного разъема 4.
Кольцевая гайка 55, как показано на фиг.11, закрепляет разъем типа «тюльпан» 5 на одном конце втулки 6 путем затяжки винтов 551. Вторые выпуклые контактные участки 513 контактируют с втулкой 6. Другой конец втулки 6 соединяется с выключателем (заземляющим выключателем, разъединителем или автоматическим выключателем). Когда разъем типа «тюльпан» соединен с неподвижным разъемом 4, он соответственно проводит электрический ток на контактные поверхности. Удерживающий блок 516 предотвращает излишнее проникновение втулки внутрь разъема и плотно фиксирует разъем типа «тюльпан» 5 на втулке 6.
Конец вышеупомянутого неподвижного разъема 4, который соприкасается с разъемом типа «тюльпан», как показано на фиг.11, имеет радиальную кольцевую поверхность 45, которая позволяет неподвижному разъему 4 легко вставляться в разъем типа «тюльпан» 5. Другой конец неподвижного разъема 4 соединяет медную шину в коммутационном аппарате.
Для увеличения электрической проводимости неподвижный разъем 4 и втулка 6 также имеют покрытие серебром.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, разъем типа «тюльпан» 5 в электрической контактной системе для коммутационного аппарата представляет собой предпочтительный вариант, в котором используется кольцевая пружина, как описано выше. Этот вариант не будет описан ниже более подробно.
По сравнению с традиционными типами разъемов, разъем типа «тюльпан» данного изобретения может выдерживать протекание большего номинального тока и может обеспечить лучший отвод тепла. В ходе имитационных испытаний, по сравнению с разъемом типа «тюльпан», имеющим только наружные контактные штыри, электрическая контактная система для коммутационного аппарата с разъемом типа «тюльпан» согласно данному изобретению позволяет снизить повышение температуры на 25% благодаря хорошему отводу тепла.
Не отходя от концепции данного изобретения, любые разновидности и модификации вариантов осуществления изобретения могут быть предложены специалистами, имеющими обычные знания и квалификацию в данной области техники, и следовательно находятся в рамках объема данного изобретения, описанных в формуле изобретения. Хотя данное изобретение было описано на основе некоторых предпочтительных вариантов его осуществления, специалисты в данной области техники понимают, что эти варианты осуществления изобретения ни в коем случае не должны ограничивать объем данного изобретения. Не отходя от концепции данного изобретения, любые разновидности и модификации вариантов осуществления изобретения должны быть доступны для специалистов, имеющих обычные знания и квалификацию в данной области техники, и следовательно находятся в рамках объема данного изобретения, описанных в формуле изобретения.