ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
SWITCH FOR SWITCHGEAR FOR ENERGY SUPPLY AND DISTRIBUTION OF ELECTRIC ENERGY

Настоящее изобретение относится к переключателю, в частности разъединителю, для переключающего устройства в системе энергоснабжения и распределения электроэнергии.
Разъединители применяются, например, в качестве трехпозиционного переключателя в газоизолированном распределительном устройстве. Такой трехпозиционный переключатель представляет собой комбинированный разъединяющий и заземляющий разъединитель, который может находиться в трех положениях включения: «включено», «выключено» и «заземлено». В положении включения «включено» трехпозиционный переключатель соединяет силовой выключатель со сборной шиной. В положении «заземлено» трехпозиционный переключатель соединяет силовой выключатель с потенциалом «земли», и в положении «выключено» силовой выключатель разъединяется как со сборной шиной, так и с потенциалом «земли».
В основе настоящего изобретения лежит задача обеспечить переключатель, в частности разъединитель, с простой конструкцией и надежной функциональностью в компактной компоновке.
Эта задача разрешается согласно техническим предписаниям пункта 1 формулы изобретения. Преимущественные варианты исполнения изобретения могут быть заимствованы из зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно изобретению переключатель содержит первый контакт, который имеет один стержень, и второй контакт, который имеет один стержень, который соседствует со стержнем первого контакта в его осевом направлении и отодвинут от него, располагаясь соосно с таковым. Далее, имеется гильза, размер отверстия в которой является бόльшим, чем размер поперечника стержней первого контакта и второго контакта, и которая располагается так, что она может перемещаться в осевом направлении по стержню первого контакта и частично по стержню второго контакта. По меньшей мере один первый контактный элемент располагается между поверхностью стержня первого контакта и внутренней поверхностью гильзы, и по меньшей мере один второй контактный элемент расположен и устроен так, что он находится между поверхностью стержня второго контакта и внутренней поверхностью гильзы, когда гильза частично надвинута на стержень второго контакта. Далее, переключатель имеет снабженный отверстием третий контакт, размер отверстия в котором является бόльшим, чем наружный размер гильзы, и который расположен так, что гильза может перемещаться между стержнем первого контакта и третьим контактом. По меньшей мере один третий контактный элемент расположен и устроен так, что он находится между внутренней поверхностью третьего контакта и наружной поверхностью гильзы, когда гильза вдвинута между стержнем первого контакта и третьим контактом.
Переключатель согласно изобретению может быть, в частности, скомпонован как разъединитель, примерно как трехпозиционный переключатель на панели распределительного щита для газоизолированного распределительного устройства. Гильза переключателя может сдвигаться путем поступательного движения так, что в ходе этого перемещения могут устанавливаться три положения включения. Первое положение включения может быть преимущественно создано гильзой, в котором последняя почти полностью надвинута на стержень первого контакта, без возникновения электрического соединения по меньшей мере с одним вторым и по меньшей мере с одним третьим контактными элементами. Второе положение включения преимущественно может быть создано гильзой так, что срабатывают по меньшей мере один первый контактный элемент и по меньшей мере один второй контактный элемент, когда устанавливается электрическое соединение между стержнями первого контакта и второго контакта. Третье положение включения преимущественно может быть создано гильзой так, что срабатывают по меньшей мере один первый контактный элемент и по меньшей мере один третий контактный элемент, когда электрическое соединение устанавливается между стержнем первого контакта и третьим контактом. В разъединителе согласно изобретению стержни первого и второго контактов, гильза и третий контакт отделены друг от друга так, чтобы обеспечивать необходимое искровое перекрытие промежутка. Электрическое соединение между этими компонентами устанавливается исключительно через контактные элементы.
На основе настоящего изобретения преимущественно могут быть сведены к минимуму монтажные трудозатраты на сборку переключателя. Далее, смещение гильзы является особенно простым, так что обеспечиваются надежная функциональность и минимальные затраты на обслуживание. Кроме того, для переключателя согласно изобретению требуется лишь очень мало места. Он скомпонован из особенно малого числа конструкционных деталей и нуждается в весьма ограниченном объеме регулировочных работ. Переключатель преимущественно обеспечивает высокое число циклов переключения, высокую допустимую нагрузку номинального напряжения и высокую устойчивость к токовым нагрузкам при коротком замыкании. Переключатель особенно пригоден для устройств среднего напряжения. Он может быть изготовлен весьма экономично.
В преимущественном варианте исполнения изобретения стержень первого контакта проходит через отверстие третьего контакта. Благодаря этому организуется особенно подходящий путь движения, чтобы устанавливать электрическое соединение между первым и третьим контактами.
В дальнейшем особенно предпочтительном варианте исполнения гильза на своей наружной поверхности имеет по меньшей мере одну обойму по меньшей мере для одного третьего контактного элемента. В этой обойме может быть надежно установлен по меньшей мере один третий контактный элемент. Далее, такая компоновка обеспечивает особенно надежное электрическое соединение между первым и третьим контактами.
Преимущественно по меньшей мере одна обойма имеет два ребра, которые расположены параллельно друг другу и между которыми уложен по меньшей мере один третий контактный элемент. Между обоими ребрами образуется желобок, в котором может быть размещен по меньшей мере один третий контактный элемент. Стенки желобка, в частности, могут располагаться под углом ко дну желобка, который составляет более чем 90°. В желобке трапециевидной формы по меньшей мере один третий контактный элемент может быть размещен в особенности надежно.
В особенности предпочтительно отверстие в кольцеобразном третьем контакте имеет размер больше, чем наружный размер гильзы в месте расположения обоймы. Благодаря этому третий контакт может быть надвинут на обойму простым и надежным путем.
Преимущественно размеры поперечников стержней первого контакта и второго контакта являются по меньшей мере приблизительно равными. Это обеспечивает более простую конструкцию, в особенности гильзы, которая может перемещаться по обоим стержням. Далее, это облегчает центрирование или установку соосности обоих стержней.
Далее, преимущественно по меньшей мере один первый контактный элемент располагается на стержне первого контакта. Он может быть смонтирован особенно легко и обеспечивает очень хорошее электрическое соединение между стержнем первого контакта и гильзой.
Преимущественно по меньшей мере один второй контактный элемент располагается на стержне второго контакта. Он также может быть смонтирован очень легко и обеспечивает особенно хорошее электрическое соединение между стержнем второго контакта и гильзой. Однако альтернативно второй контактный элемент может быть также размещен на стержне первого контакта.
В особенности преимущественно в дальнейшем варианте осуществления на внутренней поверхности гильзы имеются по меньшей мере два паза, расположенные на расстоянии друг от друга в осевом направлении, в частности имеющие кольцеобразную форму, для принятия по меньшей мере одного первого контактного элемента и по меньшей мере одного второго контактного элемента. Пазы могут быть оформлены в виде желобков с трапециевидной формой поперечного сечения желобка. Благодаря этому обеспечиваются надежное фиксирование контактных элементов и особенно надежное электрическое соединение.
Преимущественно стержни первого контакта и второго контакта, гильза и третий контакт изготавливаются из материала с высокой электропроводностью, например из материала, содержащего медь. Медь особенно хорошо проводит электрический ток и обеспечивает хорошую стабильность переключателя.
Далее, по меньшей мере один первый контактный элемент и/или по меньшей мере один второй контактный элемент и/или по меньшей мере один третий контактный элемент преимущественно сделаны в виде упругой пружины. Например, по меньшей мере один первый контактный элемент и/или по меньшей мере один второй контактный элемент и/или по меньшей мере один третий контактный элемент может иметь по меньшей мере одну кольцевую пружину или пластинчатый контакт, или быть оформленными в виде кольцевой пружины или пластинчатого контакта. В частности, кольцевые пружины обеспечивают хорошее электрическое соединение и имеют стабильную форму. Они особенно хорошо пригодны для удержания гильзы.
Преимущественно стержень первого контакта служит для подключения разъединителя к силовому выключателю. Стержень второго контакта предпочтительно представляет собой проводящий стержень для подключения разъединителя к сборной шине, и третий контакт служит преимущественно для подключения разъединителя к потенциалу «земли». Благодаря такой компоновке контактов разъединитель согласно изобретению особенно хорошо приспособлен для надежного применения в распределительном устройстве.
Далее изобретение и его преимущества подробнее разъясняются с помощью примеров и вариантов исполнения и сопроводительных чертежей.
Они показывают:
Фиг.1 представляет схематическое изображение первого варианта исполнения разъединителя согласно изобретению,
Фигуры 2А-2С представляет схематическое изображение разъединителя согласно изобретению по Фиг.1 в трех различных положениях включения,
Фиг.3 представляет схематическое изображение второго варианта исполнения разъединителя согласно изобретению,
Фигуры 4А-4С представляет схематическое изображение разъединителя согласно изобретению по Фиг.3 в трех различных положениях включения, и
Фиг.5 представляет пример кольцеобразной пружины, служащей в качестве контактного элемента.
В Фигурах приведенные ниже одинаковые по конструкции или по назначению элементы, если не оговорено иное, снабжены одинаковыми кодовыми обозначениями.
Фиг.1 показывает схематическое изображение, частично в разрезе, первого варианта исполнения разъединителя 1 согласно изобретению. Разъединитель 1 здесь представляет собой так называемый трехпозиционный переключатель, который в особенности может использоваться для энергоснабжения и распределения электроэнергии в газоизолированных устройствах среднего напряжения. Разъединитель 1 имеет первый контакт 2, который служит для подсоединения разъединителя 1 к силовому выключателю, и второй контакт 3, который служит для подсоединения разъединителя 1 к сборной шине. Разъединитель 1 далее содержит третий контакт 4 для подсоединения разъединителя 1 к потенциалу «земли».
Первый контакт 2 имеет удлиненный стержень 5 цилиндрической формы, на поверхности которого проделаны многочисленные кольцеобразные пазы или желобки 6. В данном варианте осуществления согласно Фиг.1 на поверхности стержня 5 сделаны четыре таких желобка 6. Желобки 6 разнесены в осевом направлении и расположены параллельно друг другу. При этом в области верхнего конца стержня 5 расположены два желобка 6 непосредственно рядом друг с другом. Два других желобка 6 следуют на большем отдалении. В желобках 6 стержня 5 установлены кольцеобразные пружины 7, которые служат в качестве первого контактного элемента и изготовлены из электропроводного материала.
Второй контакт 3 разъединителя 1 имеет стержень 8 цилиндрической формы. Стержень 8 преимущественно представляет собой проводящий стержень, который может служить для клеммного вывода через отверстие в корпусе или для прямого подсоединения к сборной шине. Стержень 8 располагается на продолжении оси стержня 5 по соседству с последним. Оси обоих стержней 5, 8 тем самым располагаются на одной и той же прямой соединительной линии, то есть без перекоса относительно друг друга. Оба стержня 5, 8 разнесены между собой, и их диаметры по меньшей мере приблизительно одинаковы по величине. Верхняя торцевая поверхность 9 стержня 5 располагается непосредственно напротив нижней торцевой поверхности 10 стержня 8. На поверхности стержня 8 проделаны многочисленные кольцеобразные пазы или желобки 11. В данном варианте осуществления согласно Фиг.1 на поверхности стержня 8 сделаны два таких желобка 11. Желобки 11 разнесены в осевом направлении и расположены параллельно друг другу. При этом два желобка 11 расположены непосредственно рядом друг с другом в области нижнего конца стержня 8. В желобках 11 стержня 8 установлены кольцеобразные пружины 12, которые служат в качестве второго контактного элемента и изготовлены из электропроводного материала.
Третий контакт 4 имеет здесь кольцо 13. Стержень 5 здесь проходит через кольцо 13. При этом кольцо 13 расположено центрированно относительно продольной оси стержня 5. Кольцо 13, к примеру, может быть запрессовано в корпус разъединителя 1 или привинчено к таковому.
Разъединитель 1 имеет кольцеобразную гильзу 14, которая располагается на стержне 5 подвижно в продольном направлении. Для этого стержень 5 пропущен через кольцеобразную гильзу 14. Гильза 14 также расположена центрированно относительно продольной оси стержня 5. Гильза 14 является удлиненной в продольном направлении так, что ее длина по меньшей мере настолько велика, что гильза 14 может перекрывать промежуток между обоими стержнями 5, 8 и при этом охватывать пружины 7 и соответственно 12, размещенные в обеих концевых областях стержней 5 и 8. В нижней концевой области на своей наружной поверхности гильза 14 имеет два обращенных наружу кольцеобразных ребра 15, которые располагаются по направлению окружности гильзы 14 параллельно друг другу и на расстоянии между собой. Между обоими ребрами благодаря этому образуется паз или желобок 16, который представляет собой обойму для еще одной кольцеобразной пружины 17. Стенки желобка в радиальном направлении проходят под углом более чем 90° ко дну желобка, так что получается желобок с трапециевидным поперечником. Пружина 17 служит в качестве третьего контактного элемента и также изготовлена из электропроводного материала.
Внутренний диаметр гильзы 14 является бόльшим, чем диаметр стержней 5 и 8. Эти диаметры при этом подбираются так, чтобы пружины 7 и соответственно 12 располагались между стержнями 5, 8 и гильзой 14. Гильза 14 при перемещении опирается на пружины 7, 12. Далее, наружный диаметр гильзы 14, определяемый обоими ребрами 15, является меньшим, чем внутренний диаметр кольца 13. Эти диаметры при этом подбираются так, чтобы пружина 17 располагалась между кольцом 13 и гильзой 14. Размер и расположения стержней 5, 8, гильзы 14, кольца 13 и пружин 7, 12, 17 подбираются так, что посредством пружины 7 обеспечивается электрическое соединение между стержнем 5 и гильзой 14, посредством пружины 12 при надлежащем позиционировании сдвигаемой гильзы 14 возникает электрическое соединение между стержнем 8 и гильзой 14, и с помощью пружины 17 при должном позиционировании сдвигаемой гильзы 14 может создаваться электрический контакт между кольцом 13 и гильзой 14.
Стержни 5, 8, гильза 14 и кольцо 13 здесь изготовлены из электропроводного материала.
Фигуры 2А-2С показывают схематическое изображение разъединителя 1 согласно изобретению в трех различных положениях включения. На Фиг.2А представлено положение включения, в котором разъединитель 1 выключен, то есть он находится в своем положении включения «выключено». В этом положении включения «выключено» гильза 14 находится в позиции, в которой ее внутренняя поверхность контактирует исключительно с одной или несколькими пружинами 7 на стержне 5 первого контакта 2, но без электрического соединения с одной из пружин 12 стержня 8, и пружина 17 на наружной поверхности гильзы 14 не имеет контакта с кольцом 13.
На Фиг.2В представлено положение включения, в котором разъединитель 1 является включенным, то есть он находится в своем положении включения «включено». В этом положении включения «включено» гильза 14 находится в позиции, в которой она перекрывает промежуток между стержнем 5 и стержнем 8, и нижняя концевая область ее внутренней поверхности имеет электрическое соединение с обеими пружинами 7, расположенными в верхней концевой области стержня 5. Одновременно верхняя концевая область внутренней поверхности гильзы 14 находится в электрическом контакте с обеими пружинами 12, расположенными в нижней концевой области стержня 8. Тем самым этим путем стержень 5 и стержень 8 через пружины 7, гильзу 14 и пружины 12 электрически соединяются между собой. Поэтому, например, силовой выключатель, присоединенный к первому контакту 2, электрически соединяется со сборной шиной, подсоединенной ко второму контакту 3.
На Фиг.2С представлено положение включения, в котором разъединитель 1 переключается на потенциал «земли», то есть он находится в своем положении включения «заземлено». В этом положении включения «заземлено» гильза 14 находится в позиции, в которой она перекрывает промежуток между стержнем 5 и кольцом 13. Гильза 14 сдвинута так, что проделанные на ее наружной поверхности ребра 15, если смотреть в поперечном направлении, располагаются напротив внутренней поверхности кольца 13. Пружина 17, уложенная в желобок 16 между ребрами 15, касается внутренней поверхности кольца 13. Вследствие размещения гильзы 14 на пружинах 7 одновременно имеет место электрическое соединение между гильзой 14 и стержнем 5. Тем самым этим путем стержень 5 и кольцо 13 через пружины 7, гильзу 14 и пружину 17 электрически соединяются между собой. Поэтому, например, силовой выключатель, подсоединенный к первому контакту 2, электрически соединяется с потенциалом «земли», подсоединенным к третьему контакту 4. Три различных положения включения разъединителя 1 устанавливаются путем поступательного сдвигового перемещения гильзы 14.
Фиг.3 показывает схематическое изображение второго варианта исполнения разъединителя 1 согласно изобретению. Разъединитель 1 согласно второму варианту исполнения также содержит стержни 5 и 8, гильзу 14 и кольцо 13. Далее, на наружной поверхности гильзы 14 имеются два ребра 15, между которыми в желобке 16 уложена пружина 17. В отличие от разъединителя 1 согласно первому варианту исполнения по Фиг.1, в разъединителе 1 согласно второму варианту исполнения в стержнях 5 и 8 не установлено никаких пружин 7 и соответственно 12. В данном втором варианте исполнения на внутренней поверхности гильзы 14 проделаны два кольцеобразных желобка трапециевидной формы 18 и 19, в которых размещены две кольцеобразные пружины 20 и соответственно 21. Конструкции и характеристики пружин 20, 21 принципиально соответствуют таковым для пружин 7, 12. Желобки 18, 19 разнесены между собой в осевом направлении. Желобок 18 проделан в области нижнего края, и желобок 19 в области верхнего края гильзы 14 на ее внутренней поверхности. Пружина 20, находящаяся в желобке 18, служит в качестве первого контактного элемента. Пружина 21, находящаяся в желобке 19, также служит в качестве первого контактного элемента, если гильза 14 полностью надвинута на стержень 5. Если гильза 14 частично сдвинута вверх на стержень 8 так, что пружина 21 приходит в контакт с поверхностью стержня 8, то пружина 21 служит в качестве второго контактного элемента.
Фигуры 4А-4С показывают схематическое изображение соответствующего изобретению разъединителя 1 согласно второму варианту исполнения по Фиг.3 в трех различных положениях включения. На Фиг.4А представлено положение включения, в котором разъединитель 1 является выключенным, то есть он находится в положении включения «выключено». В этом положении включения «выключено» гильза 14 находится в позиции, в которой она полностью надвинута на стержень 5. Пружины 20, 21, расположенные на внутренней поверхности гильзы 14, имеют контакт с поверхностью стержня 5 первого контакта 2, но не контактируют с поверхностью стержня 8. Далее, пружина 17 на наружной поверхности гильзы 14 не имеет контакта с кольцом 13.
На Фиг.4В представлено положение включения, в котором разъединитель 1 является включенным, то есть он находится в положении включения «включено». В этом положении включения «включено» гильза 14 находится в позиции, в которой она перекрывает промежуток между стержнем 5 и стержнем 8, и пружина 20, расположенная в области ее нижнего края на внутренней поверхности, имеет электрическое соединение с поверхностью стержня 5. Одновременно пружина 21, размещенная в области верхнего края гильзы 14 на ее внутренней поверхности, контактирует с поверхностью стержня 8. Тем самым этим путем стержень 5 и стержень 8 через пружину 20, гильзу 14 и пружину 21 электрически соединяются между собой. Поэтому, например, силовой выключатель, присоединенный к первому контакту 2, электрически соединяется со сборной шиной, подсоединенной ко второму контакту 3.
На Фиг.4С представлено положение включения, в котором разъединитель 1 переключается на потенциал «земли», то есть он находится в своем положении включения «заземлено». В этом положении включения «заземлено» гильза 14 находится в позиции, в которой она перекрывает промежуток между стержнем 5 и кольцом 13. Гильза 14 сдвинута так, что проделанные на ее наружной поверхности ребра 15, если смотреть в поперечном направлении, располагаются напротив внутренней поверхности кольца 13. Пружина 17, уложенная в желобок 16 между ребрами 15, касается внутренней поверхности кольца 13. Благодаря тому, что гильза 14 далее полностью надвигается на стержень 5, обе пружины 20, 21 контактируют со стержнем 5. Тем самым этим путем стержень 5 и кольцо 13 через пружины 20, 21, гильзу 14 и пружину 17 электрически соединяются между собой. Поэтому, например, силовой выключатель, подсоединенный к первому контакту 2, электрически соединяется с потенциалом «земли», подсоединенным к третьему контакту 4.
Фиг.5 показывает для дальнейшего разъяснения пример кольцеобразной пружины 22. Могут быть использованы также пружины, которые по своему внутреннему диаметру, своему наружному диаметру, размерам их витков и/или диаметру проволоки отличаются от представленной пружины 22. Вместо кольцевых пружин могут быть использованы также другие элементы с пружинной упругостью, например пластинчатые контакты.
Хотя в варианте исполнения описаны стержни цилиндрической формы, а также кольцеобразные гильза и контакты, эти элементы могут иметь и другие геометрические формы, например штифты с овальными или многоугольными поперечниками, а также гильзы и контакты с овальными или многоугольными отверстиями.