КОМПОНОВКА ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
CONFIGURATION OF SWITCH FOR ELECTRIC DISTRIBUTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к компоновке переключателя для электрического распределительного устройства.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, распределительное устройство представляет собой интегрированную сборку переключателей, шин, предохранителей и прочих компонентов, используемых для изолирования электрического оборудования на электрической установке, например, электрической подстанции. Распределительное устройство используется как для отключения оборудования для обеспечения выполнения работы, так и для выявления отказов с выходной стороны распределительного устройства. Распределительное устройство часто размещается в металлическом шкафу в установке.
В известных установках проводится различие между так называемым «закрепленным распределительным устройством» и «съемным распределительным устройством». В закрепленном распределительном устройстве главный автоматический прерыватель закрепляется в установке с помощью крепежных элементов, например, болтов и не может быть снят с установки без использования инструментов для демонтажа крепежных элементов. В съемном распределительном устройстве дополнительные конструктивные элементы позволяют извлекать из установки главный автоматический прерыватель (и возвращать на место) при минимальном использовании или без использования инструментов. В связи с этим, в съемном распределительном устройстве главный автоматический прерыватель может быть снят быстро для обслуживания или замены или обеспечивать легкий доступ к другим компонентам в установке.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение традиционного съемного распределительного устройства 30, содержащего автоматический прерыватель 31, содержащий первый контакт 31а прерывателя и второй контакт 31b прерывателя, и шкаф 32, содержащий шины 33. Распределительное устройство 30 дополнительно содержит первый разъем 34 и второй разъем 35, каждый из которых содержит электроизолирующий корпус 34а и 35а. Изолирующий корпус 34а смещает электрический контакт 34b, соединенный с шиной 33, а изолирующий корпус 35а смещает электрический контакт 35b, соединенный с кабельным соединением 36, который предназначен для соединения с кабелем (не показан), ведущим к нагрузке (не показана).
На Фиг.5 автоматический прерыватель показан в снятом положении, в котором отсутствует электрическое соединение между шиной 33 и нагрузкой (не показана). В рабочем положении, прерыватель 31 расположен в шкафу 32, при этом первый контакт 31а прерывателя вставлен в первый корпус 34а, сцепляясь с контактом 34b, а второй контакт прерывателя 31b вставлен во второй корпус 35, сцепляясь с контактом 35b. Таким образом, когда прерыватель замкнут (т.е. не отключен), имеется электрическое соединение между шиной 33 и нагрузкой (не показана) через прерыватель 31. Такая конфигурация не является компактной.
В US 3889722 описывается пластмассовое изолированный блок переключения для многофазного высоковольтного распределительного устройства. Блок переключения содержит изолирующий корпус, определяющий цилиндрическую полость, и фиксированные кольцеобразные контакты на внутренней стенке упомянутого корпуса. Выкатное устройство переключения содержит выступающую трубчатый полюс, имеющий рабочий механизм. Трубчатый полюс содержит кольцеобразные контакт-детали, установленные на его наружной стороне. Устройство переключателя способно перемещаться между полностью вставленным положением и изолирующим положением. В US 3889722 каждый из фиксированных кольцеобразных контактов расположен в первой выемке, образованной на внутренней поверхности изолирующего корпуса.
Предпочтительно обеспечить усовершенствованную компоновку переключателя для электрического распределительного устройства и, в частности, сборку, которая предусматривает компактное, более эффективное, с точки зрения размещения, распределительное устройство с использованием небольшого числа компонентов.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением, предлагается компоновка переключателя для электрического распределительного устройства по п.1. Корпус может быть разделен на две или множество отдельных секций вдоль осевого направления, при этом один из электрических контактов находится в одной из секций, а другой электрический контакт (контакты) - в другой секции (секциях).
Разделение корпуса на множество отдельных секций облегчает обслуживание распределительного устройства. Например, это позволяет упростить доступ к контактам и, кроме того, создает зазор для вставления экрана или заслонок для физического изолирования контакта во время обслуживания.
Прерыватель может перемещаться вдоль осевого направления в корпусе к первому положению, причем, когда прерыватель находится в первом положении и замкнут, он электрически соединяет первый электрический контакт и второй электрический контакт. Предпочтительно, прерыватель может перемещаться во второе положение, в котором он извлекается из распределительного устройства.
В предпочтительном варианте осуществления первый электрический контакт предназначен для шины, а второй электрический контакт предназначен для соединения с нагрузкой.
Еще в одном варианте осуществления корпус содержит третий электрический контакт, расположенный на некотором расстоянии от первого и второго электрических контактов вдоль осевого направления, причем третий электрический контакт предназначен для заземления, а прерыватель может перемещаться в третье положение, причем, когда прерыватель находится в третьем положении и замкнут, он электрически соединяет второй электрический контакт и третий электрический контакт (7), а первый электрический контакт (5) изолирован.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описывается ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1а представляет собой схематическое изображение боковой проекции разреза компоновки переключателя, на котором автоматический прерыватель находится в первом положении;
Фиг.1b представляет собой схематическое изображение боковой проекции разреза компоновки переключателя, на котором автоматический прерыватель находится во втором положении;
Фиг.1с представляет собой схематическое изображение боковой проекции разреза компоновки переключателя, на котором автоматический прерыватель находится в третьем положении;
Фиг.2а-2d представляют собой принципиальные схемы компоновки переключателя при различных конфигурациях переключателя;
Фиг.3а представляет собой вид сбоку внутренней стороны электрического распределительного устройства, содержащего компоновку переключателя, на котором автоматический прерыватель показан в первом положении;
Фиг.3b представляет собой вид сбоку внутренней стороны электрического распределительного устройства, содержащего компоновку переключателя, на котором автоматический прерыватель показан во втором положении;
Фиг.3с представляет собой вид сбоку внутренней стороны электрического распределительного устройства, содержащего компоновку переключателя, на котором автоматический прерыватель показан в третьем положении;
Фиг.3d представляет собой общий вид внутренней стороны электрического распределительного устройства;
Фиг.4а представляет собой схематический вид спереди внутренней стороны электрического распределительного устройства;
Фиг.4b представляет собой схематический вид спереди внутренней стороны электрического распределительного устройства;
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение известного распределительного устройства.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
В соответствии с Фиг.1а-1с, компоновка 1 переключателя для электрического распределительного устройства 2 содержит электрический полюс или разъем 3 и автоматический прерыватель 4. Разъем 3 закреплен в распределительном устройстве 2 и содержит корпус, состоящий из первой 3а, второй 3b и третьей 3с электроизолирующих трубчатых секций по существу одинакового диаметра, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга в продольном направлении вдоль общей оси А. Указанные три трубчатые секции могут быть выполнены, например, из материала на основе эпоксидной смолы. Каждая из этих трех трубчатых секций 3а, 3b и 3с имеет соответствующий электрический контакт 5, 6, 7, расположенный внутри нее. Первая секция 3а имеет шинный контакт 5 для создания электрического соединения с электрической шиной 8 распределительного устройства 2, вторая секция 3b имеет кабельный контакт 6 для создания электрического соединения с кабелем (не показан) распределительного устройства 2 и наружу с нагрузкой (не показана), и третья секция 3с имеет заземляющий контакт 7 для создания электрического соединения с землей. В этом примере проводящие контакты 5, 6, 7 выполнены из металла, предпочтительно меди, при этом кабельный контакт 6 и заземляющий контакт 7 имеют кольцеобразную форму и расположены вокруг соответствующих внутренних поверхностей второй 3b и третьей 3с изолирующих секций, а шинный контакт 5 имеет чашеобразную форму и имеет основание 5а, соединенное с шиной 8, и сторону 5b, расположенную вокруг внутренней поверхности первой изолирующей секции 3а.
Автоматический прерыватель 4, который может быть вакуумным прерывателем, предпочтительно имеет цилиндрическую форму, и расположен в продольном направлении вдоль оси А и может вдвигаться внутрь разъема 3 и выдвигаться из него. Если прерыватель 4 является вакуумным прерывателем, что является стандартным для таких устройств, он содержит два внутренних электрических контакта 4а, заключенных в вакуумную камеру 4b: один закрепленный, а другой - подвижный, и сборку 9 привода прерывателя для перемещения подвижного контакта от закрепленного контакта для размыкания (т.е. отключения) прерывателя 4 в случае детектирования неисправности (например, сверхтока).
В данном варианте осуществления автоматический прерыватель 4 дополнительно содержит на своих соответствующих концах первый 10 и второй 11 внешние электрические контакты, каждый из которых предпочтительно представляет собой металлический (например, медную) кольцеобразный виток, расположенный в соответствующей кольцеобразной канавке (не показана), которая проходит вокруг внешнего диаметра прерывателя 4, хотя возможны и другие компоновки контактов, например, контакты в форме площадки.
Компоновка 1 переключателя дополнительно содержит механизм 12 силового привода для обеспечения линейного перемещения автоматического прерывателя 4 в разъеме 3 между первым положением, показанным на Фиг.1а, и вторым положением, показанным на Фиг.1b.
В первом положении первый контакт 10 осуществляет скользящее сцепление с шинным контактом 5, а второй контакт 11 осуществляет скользящее сцепление с кабельным контактом 6. В связи с этим, как показано на принципиальной схеме Фиг.2а, когда автоматический прерыватель 4 находится в первом положении и замкнут (т.е. внутренние контакты 4а замкнуты), шина 8 электрически соединяется через прерыватель 4 с кабельным контактом 6 с тем, чтобы компоновка 1 распределительного устройства могла подавать питание в нагрузку (не показана). Как показано на Фиг.2b, когда автоматический прерыватель 4 находится в первом положении, но разомкнут (т.е. внутренние контакты 4а разомкнуты), шина 8 электрически отсоединяется с помощью прерывателя 4 от кабельного контакта 6, и компоновка 1 распределительного устройства не может подавать питание в нагрузку (не показана).
Во втором положении первый контакт 10 осуществляет скользящее сцепление с кабельным контактом 11, а второй контакт 11 осуществляет скользящее сцепление с заземляющим контактом 7. В связи с этим, как показано на принципиальной схеме Фиг.2с, когда автоматический прерыватель 4 находится во втором положении и разомкнут, кабельный контакт 6 электрически отсоединяется от шины 8 и от заземляющего контакта 7. Как показано на Фиг.2d, когда автоматический прерыватель 4 находится во втором положении, но замкнут, кабельный контакт 6 электрически отсоединяется от шины 8, но электрически соединяется с заземлением с помощью автоматического прерывателя 4. В одной из этих конфигураций второго положения может выполняться обслуживание или тестирование компонентов.
На Фиг.1с показан автоматический прерыватель 4 в третьем положении, в котором он извлечен из компоновки 1 распределительного устройства. Автоматический прерыватель 4 может перемещаться между этим положением и вторым положением вдоль оси А с помощью приводного механизма 12. В альтернативном варианте осуществления автоматический прерыватель 4 и приводной механизм 12 могут быть выполнены в виде единого блока, которым человек-оператор может управлять вручную между вторым и третьим положениями, либо могут приводиться в движение механически между вторым и третьим положениями.
Факультативно предусматривается заслонка 13, которая может вдвигаться в положение, показанное на Фиг.1b, в качестве физического барьера между шинным контактом 5 и прерывателем 4 с тем, чтобы на прерывателе можно было проводить проверки.
Корпус может быть прозрачным для обеспечения свободного визуального осмотра компонентов.
На Фиг.3а-3с показан вид сбоку внутренней стороны шкафа 20, вмещающего электрическое распределительное устройство 2 среднего напряжения, реализующее настоящее изобретение. На Фиг.3d показан общий вид внутренней стороны шкафа 20. Те признаки, которые уже описаны по отношению к Фиг.1а-1с, имеют на Фиг.3а-3d те же ссылочные позиции, что и на Фиг.1а-1с.
Шкаф 20 разделен внутренними перегородками 25 на множество отсеков 21-24, содержащих внутренние компоненты распределительного устройства 2. Распределительное устройство 2 представляет собой трехфазную систему, поэтому содержит три проводящие шины 8 в верхней задней секции 21.
Каждая шина 8 снабжена разъемом 3 типа, показанного на Фиг.2а-2с, который проходит из верхнего заднего отсека 21 через верхний средний отсек 22, в верхний передний отсек 23. Автоматический прерыватель 4 также типа, показанного на Фиг.2а-2с, связан с каждым разъемом 3. Как показано на этих чертежах, первая трубчатая секция 3а каждого разъема 3 частично находится в верхнем заднем отсеке 21, а частично - в верхнем среднем отсеке 22 и проходит через перегородку 25а, которая разделяет эти два отсека; вторая трубчатая секция 3b каждого разъема 3 поддерживается в верхнем среднем отсеке 22; а третья трубчатая секция 3с каждого разъема 3 находится в верхнем переднем отсеке 23 и определяет проем (лучше всего видно на Фиг.3с) в перегородке 25b, разделяющей верхний передний отсек 23 и верхний средний отсек 22.
Нижний отсек 24 содержит три группы из трех кабельных наконечников 26 (на Фиг.3а-3с видна лишь одна группа из трех), которые могут подключаться к кабелям (не показаны), ведущим в нагрузку (не показана). Каждая группа из трех кабельных наконечников 26 соединяется с соответствующим одним из трех проводников 27, который ведет к кабельному контакту 6 соответствующего одного из трех разъемов 3. Каждый проводник 27 может быть оснащен измерительным прибором 28, например, трансформатором тока, трансформатором напряжения или иным подобным устройством.
Приводное средство 12 для приведения в движение каждого автоматического прерывателя 4 между первым положением, показанным на Фиг.3а (и Фиг.1а), и вторым положением, показанным на Фиг.3b (и Фиг.2b), содержится в верхнем переднем отсеке 23. В данном варианте осуществления приводное средство 12 содержит подвижный блок 29 с механическим приводом, установленный на системе 29а направляющих (см. Фиг.3d), которая поддерживает прерыватели 4, и приводится в возвратно-поступательное движение по системе направляющих для синхронного перемещения прерывателей 4 между первым и вторым положениями. Как указано выше, перемещение прерывателя 4 является по существу линейным.
В первом положении каждая шина 8 соединяется с соответствующей одной из трех групп кабельных наконечников 26 через шинный контакт 5, прерыватель 4, кабельный контакт 6 и проводник 27. Во втором положении каждая группа из трех кабельных наконечников 26 соединяется с заземляющим соединением через соответствующий проводник 27, соответствующий кабельный контакт 6, соответствующий прерыватель 4 и соответствующий заземляющий контакт 7. Заземляющий контакт 7 соединяется с заземляющим соединением 30 через перегородку 25b и металлический шкаф 20.
На Фиг.3с показано третье положение, в котором прерыватели 4 извлечены из сборки распределительного устройства. В данном варианте осуществления прерыватели 4 и приводное средство 12 образует единый блок, который легко снимается с распределительного устройства 2.
Как лучше всего видно из Фиг.3d, в предпочтительном варианте осуществления разъемы 3 размещаются параллельно в шкафу 20 по диагонали относительно стенок шкафа, при этом прерыватели 4 размещаются соответствующим образом. Это обеспечивает более компактное размещение, чем можно было бы достичь при размещении разъемов 3 и прерывателей 4 горизонтально или вертикально.
На Фиг.4а показан вид в разрезе по второй секции 3b трех разъемов 3 спереди (хотя для простоты внутренние детали, являющиеся одинаковыми для всех трех секций, показаны только в одном). Видно, что каждая секция 3b корпуса имеет сечение в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси (т.е. оси, перпендикулярной плоскости страницы), являющееся по существу круглым. На Фиг.4а показана каждая секция 3b корпуса со вставленным в нее прерывателем 4 в первом положении.
В данном примере каждый кабельный контакт 6 является проводящей трубкой или кольцом, вставленным в корпусную секцию 3b, и соосен с секцией 3b корпуса. Внутренний радиус каждой секции 3b корпуса и наружный радиус каждого кабельного контакта 6 по существу одинаковы, поэтому каждый кабельный контакт 6 плотно входит в секцию 3b корпуса. Каждый прерыватель 4, как правило, имеет цилиндрическую форму, при этом его первые и вторые 11 контакты (на Фиг.4 видны только вторые контакты 11) представляют собой металлические витки, каждый из которых располагается в соответствующей кольцеобразной канавке (не показана), которая проходит вокруг внешнего диаметра прерывателя 4.
Понятно, что сопряжение между контактами разъема и внешними контактами 11 прерывателя таково, что прерыватель 4 может вдвигаться в корпус между первым и вторым положениями.
Хотя это и не показано, соответствующие сечения через первые секции 3а или третьи секции 3с выглядели бы также, как показано на Фиг.4а.
Как показано на чертеже, в целях изолирования поддерживается расстояние х между соседними компоновками переключателя трех различных фаз и между каждой из компоновок переключателя двух внешних фаз и заземления.
На Фиг.4b показан вид в разрезе через вторые секции 3b' трех разъемов 3' спереди, в которых контакты разъемов 3' располагаются иначе, чем описано выше. В данной конструкции каждая вторая секция 3b' содержит канавку 40, образованную на ее внутренней поверхности, при этом в канавке 40 располагается кабельный контакт 6'. Канавка 40 и соответствующий кабельный контакт 6' в данном примере проходят частично по окружности внутренней стенки, определяя сегмент, который образует угол приблизительно 30 градусов с центром второй секции 3b'.
Хотя это и не показано, канавка 40 и ее контакт 7' также проходят отчасти в осевом направлении секции 3b разъема. При такой компоновке понятно, что каждый контакт 7' представляет собой полосу, имеющую несколько искривленную верхнюю поверхность, которая выполнена заподлицо с внутренней стенкой второй секции 3b.
Факультативно толщина второй секции 3b' может варьироваться по ее окружности, становясь толще в области вокруг контакта 7'. Эта дополнительная толщина повышает жесткость секции 3b' вокруг контакта. Может быть предпочтительным, если, например, контакт 7' выполняется скорее из относительно тяжелого металла, такого как медь, чем из более легкого металла, такого как алюминий.
В компоновке, изображенной на Фиг.4b, каждая вторая секция 3b' имеет сечение, которое, как правило, имеет овальную форму, хотя в качестве альтернативы оно может иметь круглую или же какую-либо иную форму.
Хотя это и не показано, каждый разъем 3' содержит первую и третью секции, которые соответствуют описанным выше секциям 3а и 3b за исключением того, что форма сечения секций и размещение контактов разъема в данном случае соответствуют размещению, показанному на Фиг.4b.
Каждый прерыватель 4' содержит на своих соответствующих концах первый и второй 11' внешние электрические контакты (на Фиг.4b изображен только второй), каждый из которых проходит частично вокруг внешнего диаметра прерывателя 4' и имеет ширину и длину, которые по существу согласуются с шириной и длиной контактов корпуса.
Размещение контакта вывода в канавке, образованной во внутренней стенке корпуса, означает, что диаметр полости, образуемой внутренней стенкой, может быть уменьшен, поскольку он не обязательно должен соответствовать контакту разъема. В предпочтительном варианте осуществления уменьшение диаметра полости означает, что диаметр разъема аналогичным образом может быть уменьшен (по значительной части окружности разъема, если не по всей окружности), благодаря чему обеспечивается более компактный разъем.
Как показано на Фиг.4b, в этом случае изолирующий зазор х поддерживается между соседними из трех различных фаз и между двумя внешними фазами, но ввиду того, что наружный диаметр каждой секции корпуса меньше наружного диаметра каждой секции корпуса на Фиг.4а, компоновка на Фиг.4b более компактна. Для сравнения пунктирной линией вокруг среднего разъема на Фиг.4b показан больший наружный диаметр разъема, имеющего компоновку, показанную на Фиг.4а.
В данном примере разъемы в распределительном устройстве размещаются по существу параллельно и разнесены вдоль диагональной линии Y-Y. Это особенно эффективная с точки зрения размещения компоновка. Однако следует понимать, что разъемы могут также иметь другие варианты пространственного размещения, например, размещены вдоль горизонтальной или вертикальной линии и, тем не менее, обеспечивать более эффективные распределительные устройства.
В действительности распределительное устройство, содержащее один разъем, может быть выполнено более компактным, чем распределительное устройство, также содержащее один разъем, но имеющее традиционное круглое сечение.
Описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают эффективное с точки зрения размещения распределительное устройство.
В описанные варианты осуществления могут вноситься различные модификации и изменения в пределах объема формулы изобретения. Например, несмотря на то, что описанный корпус разъема находится в трех отдельных секциях, он в качестве альтернативы может содержать две отдельные секции, при этом один из контактов, скажем, шинный контакт 5 располагается в одной секции, а другие два контакта - в другой секции. Хотя в предпочтительном варианте осуществления компоновка переключателя выполнена для использования в трех положениях, показанных на Фиг.2а-2с, это не имеет существенного значения. В альтернативных вариантах осуществления может иметься одно рабочее положение (например, положение обслуживания) или два положения (например, положение обслуживания и положение извлечения, либо положение обслуживания и положение заземления).
Несмотря на то, что приводное средство описывается как снабжаемое питанием, управление им может осуществляться вручную.
Общая форма корпуса и прерывателя, разумеется, может отличаться от описанной выше.
Несмотря на то, что в описанном варианте осуществления переключающим устройством 4 является автоматический прерыватель, ясно, что могут использоваться и другие устройства-прерыватели (т.е. устройства, которые могут замыкать или размыкать цепь при нахождении в первом или втором положениях), например, контактор, прерыватель нагрузки или разъединитель.
Ниже описываются дополнительные варианты осуществления:
Компоновка (1) переключателя для электрического распределительного устройства (2), причем компоновка (1) переключателя содержит: прерыватель (4); при этом прерыватель (4) может перемещаться в распределительном устройстве (2) между первым положением и вторым положением таким образом, что при использовании, когда прерыватель (4) находится в первом положении и замкнут, он электрически соединяет шину (8) с нагрузкой (26), а когда прерыватель (4) находится во втором положении и замкнут, он электрически соединяет нагрузку (26) с заземлением при отключенной от соединения нагрузки (26) шине (8); при этом прерыватель (4) перемещается между первым положением и вторым положением по существу линейно.
Компоновка переключателя (1), в которой корпусное устройство (3а, 3b, 3c) содержит полый электроизолирующий элемент, размещаемый вдоль осевого направления, а электрические контакты содержат электропроводящие области в этом элементе.
Описанная здесь компоновка переключателя, в которой прерыватель (4) является отделяющимся от узла разъемов (3).
Электрическое распределительное устройство, содержащее многофазную систему, и описанная здесь компоновка переключателя для каждой фазы.
Способ управления описанной здесь компоновкой переключателя, причем данный способ включает в себя перемещение прерывателя по существу линейно между первым положением и вторым положением.