Механизм ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя
MECHANISM FOR MANUAL DISCONNECTION OF THE DRIVE OF A HIGH-VOLTAGE VACUUM CIRCUIT BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, к высоковольтному аппаратостроению, а именно к конструкциям приводов высоковольтных вакуумных выключателей с возможностью их ручного отключения, и касается конструкции высоковольтных выключателей с вакуумными дугогасительными камерами.
Известны конструкции высоковольтных вакуумных выключателей, состоящих из трех полюсов, трех пофазных электромагнитных приводов с магнитной защелкой, кинематически связанных с подвижными контактами дугогасительных камер и корпуса, внутри которого горизонтально размещен вал синхронизации.
Например, известен высоковольтный вакуумный выключатель серии TEL, конструкция которого описана в патенте RU 2249874, H01H 33/66 (2000.01), содержащий основание, вакуумные камеры с контактами, пофазные приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, содержащие статор, якорь и обмотку, общий синхронизирующий вал и блокировочный вал, одновременно выполняющий функцию ручного отключения.
Блокировочный вал оснащен кулачком механического размыкания и блокирования привода в отключенном положении в виде плоской пластины.
Блокировочный вал расположен перпендикулярно валу синхронизации и при ручном отключении воздействие от кнопки ручного отключения передается непосредственно на плоский кулачок механического размыкания, который равномерно распределяет это усилие через вал синхронизации на все три привода выключателя одновременно и в равной доле. Технический результат состоит в том, что все усилие внешнего воздействия от кнопки ручного (аварийного) отключения ограниченное по ГОСТ 12.2.007.3 не более 25 кгс. через кулачок блокировочного вала первоначально прикладывается только к одному, центральному приводу и от него через вал синхронизации равномерно распределяется и прикладывается ко всем трем приводам. В итоге составляет не более одной трети на каждый привод.
Возникает необходимость искусственного ограничения удерживающего усилия каждого привода не более 8-16 кгс. Данная конструкция обладает недостатками: ограничение возможности увеличения усилия удержания и ограничение возможностей использования в зонах повышенной сейсмичности и вибрации (строительные объекты, карьеры, метро и т.д.), кроме того, конструкция привода требует периодического подмагничивания, а при потере оперативного питания это становится невозможным, в результате чего привода, искусственно ограниченные в части усилия удержания начинают терять удерживающее усилие и при воздействии вибрационных или ударных нагрузок происходит самопроизвольное отключение выключателя.
Известна также конструкция вакуумного выключателя производства Общества с ограниченной ответственностью «Научно-производственная Фирма "Радиус"», патент (RU) 2545163, которая содержит следующую совокупность существенных признаков: по меньшей мере один модуль с электромагнитным приводом с магнитной защелкой в замковой зоне, имеющим якорь, вакуумную камеру, тяговый изолятор, синхронизирующий вал, ручное аварийное отключение. Ручное аварийное отключение выполнено рычажно-воздействующим механизмом на якорь с блокировкой от случайных включений, а якорь выполнен с возможностью наклона и ослабления магнитосцепления замковой зоны. Рычажно-воздействующий механизм содержит вал, концы которого снабжены взаимно перпендикулярными выступами, один из которых выполнен с возможностью отключения, а другой - блокировки от случайного включения. Данная конструкция является близким аналогом патента TEL RU 2249874, Н01Н 33/66 (2000.01), с той лишь разницей, что вал рычажно-воздействующего механизма расположен не перпендикулярно корпусу выключателя, а параллельно корпусу и расположен между двух приводов. Недостатком данной конструкции является то, что механизм оказывает отключающее воздействие только на один якорь (из трех имеющихся в выключателе) и через 2 вала синхронизации отключающее воздействие равномерно распределяется два оставшихся привода.
Более близким к предлагаемой конструкции является конструкция по патенту BY 6870 U2010.12.30, которая обладает высокими усилиями удержания приводов и содержит вспомогательный вал и механизм ручного отключения, реализованный в виде специальной съемной рукоятки. Выключение выключателя в ручном режиме осуществляется путем внешнего силового воздействия съемной рукоятки (41) через отверстие в корпусе (1) на вспомогательный вал (37), в результате чего через систему рычагов (33) воздействие передается на синхронизирующий вал (31), производящий переход приводов из устойчивого состояния «включено» в устойчивое состояние «выключено» и размыкание верхних (6) и нижних контактов (7) выключателя (главных цепей).
Основным недостатком известного технического решения является отсутствие кнопки ручного отключения на корпусе выключателя и невозможность быстрого и оперативного выполнения аварийного ручного отключения, так как для этого необходимо вставить рукоять ручного отключения в специальное отверстие в фасадной крышке выключателя и зафиксировать на упоре внутри выключателя, после чего можно произвести выключение. Величина приложенного усилия, определяется длиной внешней рукоятки отключения и соотношением плеч рычага. В данной конструкции достигнуты большие усилия удержания приводов во включенном состоянии, но для преодоления этих усилий удержания в случае необходимости ручного отключения необходим внешний рычаг. Таким образом, использование съемной рукояти ручного отключения приводит к увеличению времени реагирования на аварийную ситуацию и может иметь катастрофические последствия в случае возникновения аварийной ситуации.
Общим недостатком известных технических решений является низкая безопасность в силу искусственно ограниченного (сниженного) усилия удержания приводов и возможности самопроизвольного отключения в первых двух случаях и сложность и неоперативность выполнения ручного отключения - в третьем. Все известные конструкции имеют ограничение по применению, определяемое максимальным усилием удержания, которое они могут развивать, а также по величине усилия, прилагаемого к механизмам ручного отключения, которое гарантированно обеспечивает безопасность персонала и оборудования. Еще одним общим недостатком всех вышеперечисленных конструкций является то что отключающее воздействие от кнопки отключения через вал синхронизации равномерно и синхронно распределяется на три привода, соответственно на каждый привод приходится только одна треть от приложенного усилия отключения, а величина приложенного к кнопке усилия отключения нормируется по ГОСТ 12.2.007.3 и не должна превышать 25 кгс. Таким образом во всех случаях на каждый привод фактически воздействует только одна треть от приложенного воздействия к кнопке ручного отключения. Это является ограничивающим фактором по усилию удержания для приводов и соответственно по возможностям самих выключателей.
К недостаткам известных аналогов также следует отнести то, что без существенной переделки конструкции высоковольтного вакуумного выключателя невозможно значительно (в 2 и более раз) увеличить усилие удержания приводов выключателя в положении «включено», так как это повлечет за собой увеличение усилия, развиваемого механизмом ручного отключения., что необходимо для создания на базе данного прототипа целой линейки вакуумных выключателей, рассчитанных на большие токи 1250А 1600А, в которых необходимо использование приводов с большими усилиями удержания.
Проблема, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в том, что для повышения безопасности и гарантированного отключения в ручном режиме приводов имеющих большие усилия удержания, требуется значительное увеличение усилий, развиваемых рычагами ручного отключения, что влечет изменение размеров, массы и пропорций этих рычагов и механизмов в целом, а также увеличения прочностных характеристик и массы. Увеличение массы подвижных деталей в таком быстродействующем механизме как электромагнитный привод, работающем с большими ускорениями и ударными нагрузками ведет к снижению скоростей механизмов и снижению ресурса всего выключателя в целом.
Практически, конструкции рассмотренных выше прототипов, становятся трудно реализуемыми при дальнейшем увеличении усилий удержания развиваемых приводом и в связи с этим, увеличении длины рычагов отключения в 1.5-2 раза, так как внутренняя компоновка выключателей не позволяет это сделать в тех же габаритах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности и надежности выполнения операции ручного отключения в условиях отсутствия оперативного питания за счет значительного (от 3 до 10 крат) снижения усилия необходимого для отключения выключателя в ручном режиме, реализация механизма блокирования привода выключателя в положении «Отключено», а также возможность увеличения усилия удержания приводов и создания в тех же габаритах без увеличения массы комплектующих и самого выключателя, более мощного, рассчитанного на значительно большие токи устройства, обладающего повышенной безопасностью.
Технический результат достигается за счет отключающего воздействия на якорь привода рычажного механизма с изменяемым усилием и с большим коэффициентом передачи, усиливающим отключающее воздействие, приложенное к кнопке аварийного (ручного отключения). При повороте вала в крайнее устойчивое положение производится фиксация механизма в положении «Отключено», тем самым реализовывается функция «Отключено и заблокировано».
Конструкция заявляемого технического решения состоит из следующих основных частей: Пофазных приводов, содержащих магнитопровод и якорь, оснащенный расцепителями в виде вертикальных тяг закрепленных на якоре, синхронизирующего вала выключателя, механизма ручного отключения, отличающееся тем, что имеет независимые отключающие рычаги для каждого привода в форме полукольца и не связанные жестко с валом ручного отключения и блокировки предназначенного для передачи и распределения между механизмами выключателя усилий и воздействий направленных на отключение выключателя в ручном режиме и выполнения функции блокировки выключателя в положении «отключено».
Заявляемое техническое решение поясняется изображениями: на фиг. 1 показана конструкция механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя;
на фиг. 2 показана схема работы механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя в режиме ручного отключения от кнопки аварийного отключения;
на фиг. 3 показано положение механизма ручного отключения в режиме «Отключено и заблокировано».
Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция механизма ручного отключения привода высоковольтного вакуумного выключателя, которая содержит (фиг. 1, 2): цилиндрический магнитопровод (1), установленный в него якорь (2), с симметрично установленными на поверхности якоря болтами-расцепителями (3) и (4), при этом, к головкам болтов-расцепителей (3) и (4) свободно установлены рычаги отключения в виде полукольца (5), вал ручного отключения и блокировки (6), не связанный жестко с механизмами и рычагами отключения, оснащен эксцентриками (7), размещенными пофазно над каждым приводом. Кнопка ручного отключения (8) соединена с валом ручного отключения и блокировки (6) посредством кронштейна кнопки отключения (9).
Заявляемая конструкция работает следующим образом (фиг. 1, 2): при нажатии на кнопку ручного отключения (8), усилие передается через кронштейн кнопки отключения (9) на вал ручного отключения и блокировки (6), на котором закреплены эксцентрики (7), которые поворачиваясь, передают движение, рычагам отключения (5), на которых закреплены болты-расцепители (3) (4). Рычаги отключения (5) в, свою очередь, придают движение болтам-расцепителям (3) (4), прикрепленным к якорю (2). Болты-расцепители (3) (4), приходя в движение посредством рычагов отключения (5), отрывают якорь (2) от магнитопровода (1). Происходит отключение привода.
Наличие эксцентриков (7) позволяет плавно изменять в процессе подъема якоря (2) коэффициент передачи усилия от кнопки ручного отключения (8) к отключаемому якорю (2) через рычаг отключения (5), так как в начале движения болтов-расцепителей (3), (4) плечо, которым эксцентрик (7) воздействует на рычаг отключения (5) минимально и, следовательно, соотношение плеч является максимальным. По мере отрыва якоря и возникновения воздушного зазора, удерживающее магнитное поле падает в геометрической прогрессии и вместе с ним падает усилие, необходимое для дальнейшего отрыва якоря, которое также падает в геометрической прогрессии, эксцентрик поворачивается и меняет величину плеча и усилие, которое в этот момент необходимо прикладывать к рычагу отключения и болтам-расцепителям для уверенного отключения и отрыва якоря от магнитопровода. Происходит отключение привода. В зависимости от угла поворота эксцентрика достигается возможность реализации двух положений и состояний выключателя: «Отключено» и «Отключено и заблокировано». Функция «Отключено и заблокировано» реализовывается при дальнейшем повороте эксцентрика из положения «Отключено» до его нижнего положения (фиг. 3).
Как дополнительная возможность, путем незначительного изменения формы эксцентриков может быть реализован эффект разновременного воздействия на приводы, при этом вал ручного отключения и блокировки перераспределяет усилие, приложенное к кнопке ручного отключения ко всем приводам по очереди. Усилие передается в каждый момент времени в максимальном размере только к одному комплекту болтов-расцепителей одного привода высоковольтного вакуумного выключателя, чем обеспечивается снижение усилия, прилагаемого к механизмам ручного отключения и повышение надежности механизма ручного отключения, при этом, только за счет последовательной работы эксцентриков различной формы, обеспечивается снижение усилия отключения в два раза. Появляется возможность увеличения усилий удержания приводов с сохранением легкости отключения и соответственно повышение потребительских свойств, надежности и как следствие безопасности оборудования и персонала.