ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
GROUNDING SWITCH

Настоящее изобретение относится к заземляющему переключателю, который может быть использован, предпочтительно, в узлах распределительного устройства среднего напряжения, обычно с напряжением в диапазоне от 1 до 36 кВ.
Узлы распределительных устройств обычно используются для соединения множества электрических нагрузок с общей электрической шиной. Такие узлы обычно имеют множество переключателей, одна сторона которых соединена с общей шиной, а другая сторона соединена с различными электрическими нагрузками; причем эти переключатели имеют электрозащиту для изоляции нагрузок при аварийных ситуациях, таких как перегрузка или короткое замыкание.
Зачастую распределительные устройства содержат заземляющий переключатель, который для безопасности персонала обеспечивает заземление либо линейного вывода, либо шины. В частности это является важным не только при проведении установочных работ, но и при обычном функционировании узлов распределительных устройств. До заземления линейных выводов или шин было необходимо отсоединять входной источник обеспечения электроэнергией узла распределительного устройства; однако по некоторым причинам это могло привести к ошибочному заземлению цепей под напряжением. Другая опасность возникала при непреднамеренном возобновлении подачи энергии с входного источника электроэнергии во время установки шины до переключения выключателя в положение замыкания. В обеих ситуациях необходимо предотвратить получение травм персоналом и повреждение оборудования посредством правильной работы используемого заземляющего переключателя.
В настоящее время используется множество разновидностей известных заземляющих переключателей. Например, в патенте США № 4490595 раскрыт заземляющий переключатель, содержащий подвижный ножевой контакт, выполненный с возможностью передвижения вокруг центра шарнира, и неподвижный ножевой контакт, имеющий на одном конце отверстие для образования боковых стенок, образующих отстоящие друг от друга неподвижные контакты. В разомкнутом положении переключателя упомянутый подвижный ножевой контакт проходит параллельно неподвижному ножевому контакту; в то время как в замкнутом положении переключателя подвижный ножевой контакт проходит в упомянутое отверстие от его закрытого конца и передвигает участок текущих контактов до тех пор, пока он не упрется в изолирующий стопор, расположенный снизу неподвижного ножевого контакта. Таким образом, в замкнутом положении подвижный ножевой контакт заземляющего переключателя располагается перпендикулярно неподвижному ножевому контакту.
В Европейской заявке на патент ЕР 0592338 А описан заземляющий переключатель, который приводится в действие посредством блокировочного устройства, управляемого рабочим блоком, связанным с другим переключателем, причем блокировочное устройство передвигает подходящий механизм, который приводит в действие вал со множеством подвижных контактов, предназначенных для контактирования с соответствующими неподвижными контактами посредством поворотного движения вокруг неподвижной оси.
В предшествующим уровне техники известные заземляющие переключатели, даже если и осуществляют соответствующим образом требуемые функции, они все еще имеют недостатки, которые требуют устранения. На самом деле во многих случаях они имеют конструкцию, которая не подходит для обеспечения оптимальной функциональности заземляющего переключателя; в частности, она не обеспечивает оптимальное усилие контакта, которое обеспечивает противодействующую магнитную отталкивающую силу, создаваемую особенно при замыкании цепи под напряжением.
Также обычная компоновка компонентов и обычные системы передвижения подвижных контактов расположены на большом количестве элементов, собранных вместе в громоздкие и сложные элементы. Более того, некоторые заземляющие переключатели имеют конфигурацию, которая не позволяет их установить просто в конструкцию распределительного устройства. Это увеличивает стоимость и время установки, а также влияет на надежность.
Следовательно, очевидно существование потребности в техническом решении, которое представляет эффективную альтернативу известным заземляющим переключателям. Таким образом, основной целью настоящего изобретения является создание заземляющего переключателя, посредством которого могут быть устранены недостатки, существующие в предшествующем уровне техники.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание заземляющего переключателя с малым временем срабатывания, так чтобы обеспечить быстрое замыкание контактов и избежать возможные повреждения оборудования.
Другой целью настоящего изобретения является создание заземляющего переключателя, в котором давление нажатия контакта подходит для противодействия усилиям магнитного отталкивания, которые вырабатываются при замыкании заземляющим переключателем цепи под напряжением.
Дополнительной целью настоящего изобретения является создание заземляющего переключателя с меньшим количеством компонентов, которые могут быть легко собраны, и с распределительным устройством, в которое вставляют заземляющий переключатель.
Кроме того, целью настоящего изобретения является создание высоконадежного заземляющего переключателя, который относительно прост в производстве и является относительно недорогим.
Вышеупомянутые основная и дополнительные цели так же, как и другие, которые станут более очевидны далее, достигаются посредством создания заземляющего переключателя, заявленного в первом пункте формулы изобретения.
Компактная конструкция и короткое время замыкания являются очевидными преимуществами заземляющего переключателя согласно настоящему изобретению. Использование прямолинейного направляющего устройства для каждого подвижного контакта позволяет получить прямолинейное перемещение контактов и тем самым повышенную общую надежность по сравнению с обычными устройствами, имеющими поворотное перемещение подвижных контактов, так как либо снижаются механические напряженности, либо вся конструкция может быть более легкой.
Дополнительные характеристики и преимущества будут более понятны из описания предпочтительных, но не ограничивающих, вариантов воплощения заземляющего переключателя согласно изобретению, проиллюстрированном на показательном и неограничивающем примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта воплощения заземляющего переключателя согласно настоящему изобретению в разомкнутом положении;
фиг. 1а, 1b и 1с - виды сбоку, спереди и сверху, соответственно, заземляющего переключателя на фиг. 1;
фиг. 2 - вид заземляющего переключателя на фиг. 1 в замкнутом положении;
фиг. 2а - вид сбоку заземляющего переключателя на фиг. 1 в замкнутом положении;
фиг. 2b - вид спереди заземляющего переключателя на фиг. 1 в замкнутом положении;
фиг. 3 - вид в перспективе второго варианта воплощения заземляющего переключателя согласно настоящему изобретению в его замкнутом положении; и
фиг. 4 - вид варианта воплощения узла переключателя устройства среднего напряжения, включающего в себя заземляющий переключатель согласно настоящему изобретению.
На чертежах заземляющий переключатель 1 согласно настоящему изобретению содержит множество неподвижных контактов 10а, 10b, 10с и соответствующее ему множество поверхностей 15а, 15b, 15с подвижных контактов. Упомянутые неподвижные контакты 10а, 10b, 10с могут быть расположены, например, на опорной плоскости узла 2 переключателя, в который вставляется заземляющий переключатель 1, как показано на фиг. 4; причем каждый из них выполнен с возможностью установления контакта с упомянутыми поверхностями 15а, 15b, 15с подвижных контактов. Эти плоскости 15а, 15b, 15с подвижных контактов перемещаются средством перемещения, которое опирается на опорную конструкцию 30, соединенную с внутренней конструкцией 3 упомянутого узла 2 переключателя, что будет более подробно описано далее.
Преимущественно заземляющий переключатель 1 согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, одно направляющее устройство, имеющее неподвижный элемент и коаксиально соединенный с ним подвижный элемент; при этом, в частности, подвижный элемент выполнен с возможностью оперативного соединения с поверхностями подвижных контактов так, чтобы обеспечивать их перемещение вдоль по существу прямолинейного направления из первого положения, которое соответствует разомкнутому положению переключателя, в котором поверхности 15а, 15b, 15с подвижных контактов находятся в разомкнутом состоянии от соответствующих неподвижных контактов 10а, 10b, 10с, во второе положение, которое соответствует замкнутому положению переключателя, в котором поверхности 15а, 15b, 15с подвижных контактов замкнуты на соответствующие неподвижные контакты 10а, 10b, 10с.
Предпочтительно заземляющий переключатель 1 согласно настоящему изобретению содержит множество прямолинейных направляющих устройств, каждое из которых имеет неподвижный элемент 40а, 40b, 40с, коаксиально соединенный с соответствующим подвижным элементом 20а, 20b, 20с. В частности, согласно первому варианту воплощения, показанному на фиг. 1-2, каждое направляющее устройство содержит неподвижный элемент 40а, 40b, 40с, коаксиально соединенный с соответствующим подвижным элементом 20а, 20b, 20с, а каждый из подвижных элементов 20а, 20b, 20с имеет на одном конце соответствующую поверхность 15а, 15b, 15с подвижных контактов, выполненную с возможностью получения контакта с соответствующим неподвижным контактом 10а, 10b, 10с при переключении переключателя 1 в замкнутое положение. Дополнительно преимущественно используют поперечину 26, присоединенную к концу упомянутого подвижного элемента 20а, 20b, 20с и замыкающую друг с другом множество поверхностей 15а, 15b, 15с подвижных контактов. Эта поперечина 26 может являться, например, медной пластиной, которая жестко прикрепляется вблизи концов подвижных элементов 20а, 20b, 20с; причем, преимущественно, если заземляющий переключатель 1 замкнут до отключения входного источника питания узла 2 распределительного устройства, то поперечина 26 позволяет осуществлять операцию заземления без повреждения оборудования, например, через соответствующий токопроводящий элемент 27, выполненный в виде кабеля и показанный только для простоты в варианте воплощения на фиг. 3. Преимущественно это может быть применено и к варианту воплощения, показанному на фиг. 1-2b, например, с единственным кабелем или посредством использования одного кабеля для каждой фазы.
Во втором варианте воплощения, показанном на фиг. 3-3а, заземляющий переключатель 1 содержит множество прямолинейных направляющих устройств, например два, каждое из которых содержит неподвижный элемент 40а, 40b, 40с, коаксиально соединенный с соответствующим подвижным элементом 20а, 20b, 20с, и поперечину 26, которая расположена поперек подвижных элементов 20а, 20b, 20с и непосредственно соединена с ними; причем, преимущественно, в этом варианте воплощения поверхности подвижных контактов состоят из частей 15а, 15b, 15с самой поперечины 26, отстоящих друг от друга по всей своей протяженности, при этом части контактируют с соответствующим неподвижным контактом 10а, 10b, 10с при замыкании переключателя 1. Также в этом случае поперечина 26 позволяет осуществлять операцию заземления без повреждения оборудования, если заземляющий переключатель 1 замкнут до отсоединения входного источника питания.
Как показано, в обоих вариантах воплощения направляющие устройства могут быть предпочтительно выполнены, например, из трубчатых неподвижных элементов 40а, 40b, 40с, в которые коаксиально вставляются соответствующие трубчатые подвижные элементы 20а, 20b, 20с; причем, соответственно, поверхности 15а, 15b, 15с подвижного контакта, оперативно связанные с подвижными элементами 20а, 20b, 20с, перемещают вдоль по существу прямолинейного направления из первого разомкнутого положения во второе замкнутое положение. Как показано на фиг. 4 стрелкой 150, упомянутое прямолинейное направление может быть определено как направление, определяющее минимальное расстояние между неподвижными контактами 10а, 10b, 10с и поверхностями 15а, 15b, 15с контакта.
В свою очередь опорная конструкция 30 содержит первую заднюю стенку 31, вторую боковую стенку 32, третью боковую стенку 33 и четвертую нижнюю стенку 34. Первая задняя стенка 31 обеспечивает размещение переключателя 1 внутри конструкции узла 2 распределительного устройства. Как показано на фиг. 4, задняя стенка 31 может быть, преимущественно, закреплена на внутренней панели 4 распределительного устройства 2 посредством обычных средств соединения, таких как, например, болты, винты или другие похожие средства. Предпочтительно упомянутая вторая и третья боковые стенки 32, 33 расположены по существу перпендикулярно упомянутой первой задней стенке 31 и имеют такую форму, чтобы поддерживать нижнюю стенку 34, к которой преимущественно прикреплено упомянутое множество направляющих устройств. Как, например, показано на фиг. 1а, направляющие устройства расположены, предпочтительно, на плоскости, которая по существу параллельна упомянутой первой задней стенке 31. Предпочтительно опорная конструкция 30 может быть выполнена за одно целое с верхней стенкой 38, которая предназначена для увеличения механической жесткости всей конструкции 30. Более того, упомянутая верхняя стенка 38 может также быть использована и для размещения заземляющего переключателя 1 внутри узла 2 переключателя дополнительно или как вариант задней стенки 31.
Как говорилось выше, заземляющий переключатель 1 согласно настоящему изобретению содержит средства перемещения множества поверхностей 15а, 15b, 15с подвижного контакта. На фиг. 1b упомянутые средства перемещения содержат приводной вал 50, который своими продольными концами опирается на боковые стенки 32 и 33. В частности, один продольный конец приводного вала 50, обозначенный ссылочной позицией 59, проходит наружу опорной конструкции 30 для оперативного соединения с подвижными средствами, не показанными на чертежах; причем три подвижных средства используются для обеспечения ручного приведения вала 50, и они могут содержать, например, металлический стержень, который выдвигается пользователем наружу узла 2 распределительного устройства.
Дополнительно средства перемещения содержат первый радиальный рычаг 51 и второй радиальный рычаг 52, которые оперативно соединены с подвижными элементами 20а, 20b, 20с и валом 50 так, чтобы выступать поперек, предпочтительно, перпендикулярно оси 54 их вращения; при этом дополнительно вал 50 расположен таким образом, что его ось 54 по существу расположена параллельно плоскости, на которой находятся направляющие устройства. В частности, упомянутые первый и второй радиальные рычаги 51 и 52 непосредственно соединены с поперечным элементом или стержнем 25, который подходит для жесткого соединения одного с другим упомянутых подвижных элементов 20а, 20b, 20с. Поперечный стержень 25 является, например, металлическим стержнем, который может быть соединен с упомянутыми подвижными элементами 20а, 20b, 20с сразу же при их коаксиальном введении в упомянутые неподвижные элементы 40а, 40b, 40с. Таким образом, подвижные элементы 20а, 20b, 20с могут перемещаться одновременно, когда поперечный стержень 25 приводится упомянутым приводным валом 50.
Предпочтительно как, например, показано на фиг. 1а, радиальные рычаги 51 и 52 присоединены к поперечному стержню 25 посредством первого «фигурного соединения», которое, предпочтительно, содержит первый паз 53, расположенный на упомянутых рычагах 51, 52, в который вставляют и затем приводят упомянутый поперечный стержень. Здесь выражение «фигурное соединение» используется для указания на соединение, при котором первое тело может перемещаться в направлении к и независимо поворачиваться на угол относительно второго тела. Это кинематическое соединение обеспечивает две степени свободы, и форма кинематических элементов является достаточной для сохранения контакта между телами.
Для получения прямолинейного перемещения подвижных контактов 20 прямолинейные пазы 43 выполнены вдоль неподвижных элементов 40а, 40b, 40с для удержания и направления поперечного стержня 25. Таким образом, неподвижные элементы 40а, 40b, 40с и поперечный стержень 25 соединяются между собой посредством призматического соединения.
Посредством использования указанных соединений вращательное движение приводного вала 50 преобразуется в линейное движение поперечного стержня 25 и, следовательно, подвижных элементов 20а, 20b, 20с. С этой целью используется описанная выше кинематическая цепь с уменьшенным количеством компонентов. Преимущественно кинематическую цепь вводят в компактную конструкцию 30, которая требует уменьшенного объемного зазора и которая может быть легко соединена с внутренней конструкцией узла 2 распределительного устройства.
Предпочтительно средства перемещения также содержат упругие нажимные средства, которые оперативно соединены с упомянутым приводным валом 50 и упомянутой опорной конструкцией 30; причем согласно предпочтительному варианту воплощения упомянутые упругие нажимные средства содержат первый 70 и второй 71 нажимные элементы, каждый из которых содержит основной корпус 72 и упругую пружину 73, размещенную таким образом, чтобы окружать соответствующий основной корпус 72. В варианте воплощения на фиг. 1-2 каждый из основных корпусов 72 соединен с соответствующим выступом 80 приводного вала 50 посредством синематического ротоидального соединения 81 и с соответствующей боковой стенкой 32 или 33 посредством второго соединения. В частности, в первом варианте воплощения, показанном на фиг. 1-2, нажимные элементы 70, 71 расположены вблизи боковых стенок 32, 33, и упомянутое второе соединение содержит отверстие 75 в упомянутых корпусах 72 и шарнир 76, вставляемый в отверстие 75, прикрепленный к и выступающий из соответствующей боковой стенки 32 или 33.
Предпочтительно в варианте воплощения, показанном на фиг. 3-3а, имеются две отстоящие друг от друга вставки 41, 42, проходящие в поперечном направлении от задней стенки 31; причем шарнир 76 проходит через отверстия 75 каждого корпуса 72 и жестко закреплен на своих концах со вставками 41, 42. Преимущественно в этом варианте воплощения вставки 41, 42 расположены параллельно и вблизи друг от друга по существу по середине опорной конструкции 30; при этом дополнительно каждый основной корпус 72 жестко соединен с соответствующим рычагом 51 или 52 посредством двух соединений: первый основной корпус 72-рычаг 51/второй корпус 72-рычаг 52, которые, в свою очередь, жестко соединены посредством поперечного стержня 74. Таким образом, вся конструкция переключателя 1 получается даже более компактной, прочной и имеет улучшенные функциональные показатели.
Преимущественно в обоих вариантах воплощения упругие пружины 73 взаимодействуют с упомянутым вторым соединением, так чтобы обеспечить ускорение вращательного движения приводного вала 50, тем самым позволяя быстрее выполнять замыкание заземляющего переключателя 1.
Теперь со ссылкой на фиг. 1а и 2а будут описаны принципы работы заземляющего переключателя 1. Когда заземляющий переключатель 1 находится в разомкнутом положении, упругие пружины 73 упругих нажимных элементов 70 и 71 сжимаются шарниром (шарнирами) 76. Посредством управления упомянутыми подвижными средствами приводной вал 50 поворачивается вокруг своей оси 54 вращения, вызывая поворот радиальных рычагов 51, 52 и выступа 80. Поворот этих элементов происходит в соответствии со стрелкой 300 на фиг. 1а. Сначала перемещение выступа 80 вызывает дополнительное сжатие пружин 73, и основные корпусы 72 изменяют свои положения относительно шарнира (шарниров) 76 благодаря упомянутому второму соединению. Сжатие происходит до тех пор, пока не будет достигнута мертвая точка, при которой ось вращения приводного вала, ось синематического ротоидального соединения 81 и ось шарнира 76 не совпадут в одной и той же плоскости. При достижении положения равновесия пружины 73 высвобождают свою кинетическую энергию, осуществляя угловое ускорение вращения приводного вала 50. Это угловое ускорение передается на подвижные элементы 20а, 20b, 20с посредством радиальных рычагов 51, 52 и посредством первого фигурного соединения. Это позволяет добиться более короткого времени замыкания заземляющего переключателя 1. В частности, пружины 73 калибрированы так, чтобы противодействовать магнитным отталкивающим усилиям, которые вырабатываются при замыкании заземляющего переключателя 1 на схему под напряжением, как показано, например, на фиг. 2, 2а и 2b. Похожая последовательность операций выполняется и в варианте воплощения на фиг. 3, в котором корпусы 72 передвигаются по существу вместе с рычагами 51 и 52 и стержнем 74.
Заземляющий переключатель 1 согласно настоящему изобретению может также содержать сигнальные средства, предназначенные для визуального отображения условий функционирования заземляющего переключателя, для увеличения безопасности работы обслуживающего персонала.
Согласно предпочтительному варианту упомянутые сигнальные средства содержат видимый снаружи пользователем C-образный элемент 100, показанный для простоты только в варианте воплощения на фиг. 1-2. Упомянутый элемент 100 присоединен к упомянутому поперечному стержню 25 и введен в отверстие 110 нижней стенки 34 так, чтобы приводиться в соответствие с движением упомянутого множества подвижных элементов 20.
Как отмечалось выше, заземляющий переключатель 1 может быть, преимущественно, использован в узле распределительного устройства, например в узле переключателя устройства среднего напряжения, как показано на фиг. 4. В частности, заземляющий переключатель 1 присоединен к панели 4 в вертикальном положении, но он может быть также присоединен и в горизонтальном или наклонном положении согласно плану размещения компонентов узла 2 распределительного устройства.
На практике было выяснено, что заземляющий переключатель согласно настоящему изобретению полностью достигает поставленные цели, обеспечивая важные последовательности преимуществ по сравнению с предшествующим уровнем техники; причем на самом деле заземляющий переключатель согласно настоящему изобретению имеет по существу улучшенные рабочие показатели, сочетающиеся с компактной конструкцией, и кинематическую цепь с уменьшенным количеством компонентов, которые простым образом собираются друг с другом. В частности, служащая для определенной цели вся конструкция и, более конкретно, направляющие устройства обеспечивают увеличение точности и повторяемости операций с по существу улучшенной надежностью.
Таким образом, представленный заземляющий переключатель допускает множество модификаций и изменений, которые находятся в объеме настоящего изобретения; причем все детали дополнительно могут быть заменены их техническими эквивалентами. На практике используемые материалы, предназначенные для специального использования, а также размеры могут быть подобраны в соответствии с требованиями и современным уровнем техники.