ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
MEDIUM VOLTAGE SWITCH

Область техники
Настоящее изобретение относится к выключателю среднего напряжения с улучшенными свойствами, и в частности к выключателю среднего напряжения, имеющему упрощенную конструкцию. Для целей настоящей заявки термин «среднее напряжение» имеет отношение к вариантам применения в диапазоне от 1 до 52 кВ.
Предшествующий уровень техники
Выключатель среднего напряжения хорошо известен из уровня техники. Обычно он состоит из контактной сборки, имеющей, для каждой фазы, неподвижный контакт и подвижный контакт. Последний обычно может перемещаться между первым положением, в котором он соединен с неподвижным контактом, и вторым положением, в котором он разъединен с неподвижным контактом, тем самым выполняя операцию размыкания и замыкания выключателя.
Контактная сборка обычно установлена на несущей раме, которая в основном выполнена из многочисленных отдельных деталей из металлического материала, собранных с помощью болтов и/или сварки. На базовой раме также обычно выполняют привод для выполнения операции размыкания и замыкания выключателя и кинематическую цепь, соединяющую приводы с подвижными контактами.
Как правило, обычные способы сборки выключателя предусматривают несколько этапов, в которых некоторые из компонентов рамы собирают до монтажа привода, контактов и кинематической цепи, тогда как некоторые другие компоненты рамы собирают после того, как были установлены привод, контакты и кинематическая цепь.
Поэтому известные процессы производства выключателей среднего напряжения являются длительными и сложными.
Еще одна проблема, связанная с выключателем известного типа, состоит в том, что при применении металлической несущей рамы необходимо обеспечивать большое изоляционное расстояние для достижения требуемого уровня изоляции. В частности, если желателен выход пути прохождения тока через нижнее основание, то необходимо принимать сложные и дорогостоящие технические решения с использованием проходных изоляторов.
По этой причине многие решения выключателей известного типа также включают в себя контактные вставки, которые перпендикулярны продольной оси блока прерывания, тем самым увеличивая электродинамическую нагрузку вследствие нелинейного прохождения тока.
Дополнительный недостаток выключателей известного типа обусловлен их плохой гибкостью в отношении применимости, поскольку, как правило, для исполнения различных компоновок распределительных щитов требуется ряд различных конфигураций выключателей.
Краткое изложение существа изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в предоставлении выключателя среднего напряжения, в котором вышеупомянутые недостатки исключены или по меньшей мере сокращены.
Более конкретно, задачей настоящего изобретения является предоставление выключателя среднего напряжения, способ производства которого значительно упрощен по сравнению с обычным выключателем.
В качестве дополнительной задачи, настоящее изобретение направлено на предоставление выключателя среднего напряжения, имеющего уменьшенное число механических деталей.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является представление выключателя среднего напряжения, который может быть без труда приспособлен к различным компоновкам распределительных щитов.
Еще дополнительная задача настоящего изобретения заключается в предоставлении выключателя среднего напряжения, в котором разнообразные субкомпоненты выключателя (например, контактная сборка, привод, кинематическая цепь) могут быть собраны предварительно вне основной производственной линии для изготовления выключателя.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в предоставлении выключателя среднего напряжения, в котором снижены электродинамические нагрузки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление выключателя среднего напряжения, имеющего выход пути прохождения тока через нижнее основание, без необходимости в усложненных и дорогостоящих технических решениях.
Еще одна дополнительная задача настоящего изобретения заключается в предоставлении выключателя среднего напряжения, обеспечивающего сокращение расходов на изготовление, монтаж и техническое обслуживание.
Таким образом, настоящее изобретение относится к выключателю среднего напряжения, который характеризуется тем, что он содержит контактную сборку, имеющую для каждой фазы камеру прерывания, вмещающую первый неподвижный контакт и второй подвижный контакт, взаимно соединяемые/разъединяемые с переходом между разомкнутым и замкнутым положением, причем выключатель дополнительно содержит привод для приведения в действие операции размыкания и замыкания выключателя и изолирующую несущую раму, поддерживающую контактную сборку и привод.
Таким образом можно преодолеть некоторые из недостатков и изъянов выключателя, известного из уровня техники.
В частности, применение изолирующей несущей рамы для поддерживания контактной сборки и привода позволяет в значительной степени упростить способ изготовления выключателя. На практике все компоненты выключателя (контактная сборка, привод, кинематическая цепь, возможное вспомогательное оборудование) могут быть предварительно собраны отдельно и затем закреплены на одном этапе на изолирующей несущей раме, которую предпочтительно изготавливают в виде единой детали.
Кроме того, поскольку основные сборочные узлы выключателя (контактная сборка, привод, кинематическая цепь) могут быть закреплены на изолирующей несущей раме с одной и той же ее стороны (например, с нижней части изолирующей несущей рамы), можно в значительной степени автоматизировать процесс сборки, тем самым существенно сократить необходимый ручной труд и, следовательно, снизить стоимость изготовления.
Еще одно важное преимущество обеспечивается тем, что, поскольку несущую раму выполняют из изолирующего материала, можно реализовать выход пути прохождения тока через нижнее основание, без необходимости в использовании сложных и дорогостоящих технических решений на основе проходных изоляторов.
В то же время, как это лучше разъяснено в нижеследующем описании, можно создать прямолинейное прохождение тока, сводя к минимуму сам путь прохождения тока и избегая поворотов пути прохождения тока, тем самым обеспечивая возможность оптимизации эффектов нагревания, сокращения электродинамических механических нагрузок и компоновки более дешевого коммутационного оборудования.
Еще одно важное преимущество заключается в том, что конфигурация выключателя может быть легко изменена, тем самым приспосабливая ее к текущим потребностям. Например, фиксированный вариант выключателя может быть легко модифицирован в съемный вариант добавлением нескольких вспомогательных устройств (например, контактов или вставок выключателя и контактов).
Предпочтительно, выключатель среднего напряжения согласно изобретению содержит кинематическую цепь, оперативно соединяющую привод с подвижным контактом, причем кинематическая цепь размещена в изолирующей несущей раме.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, изолирующая несущая рама выполнена в виде единой детали.
Выключатель согласно изобретению может иметь соединение на задней части контактов для реализации традиционного технического решения. Однако он предпочтительно имеет разъем, непосредственно собранный на контактах и на раме для создания прямолинейного прохождения тока.
В предпочтительном варианте исполнения контактная сборка может содержать, для каждой фазы, по меньшей мере один первый зажим, содержащий вставку выключателя, электрически соединенную с соответствующим неподвижным или подвижным контактом, причем вставка выключателя по существу ориентирована по продольной оси камеры прерывания соответствующей фазы.
В таком случае зажим может содержать вставной контакт (например, лепестковый или скользящий контакт), электрически соединенный с соответствующим неподвижным или подвижным контактом через вставку выключателя.
Соответственно конкретному варианту исполнения выключателя среднего напряжения согласно изобретению, вставка выключателя содержит изолирующий проходной изолятор стандартного типа.
Альтернативно, вставка выключателя содержит распределительный проходной изолятор, имеющий систему изоляции, основанную на управлении электрическим полем распределительных конденсаторов.
В таком случае управление электрическим полем распределительных конденсаторов преимущественно может содержать на наружной стороне вставки выключателя металлический концентрический слой.
В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения выключателя среднего напряжения согласно изобретению, кинематическая цепь содержит скользящий элемент, который оперативно соединен с приводом, причем скользящий элемент имеет первую поверхность скольжения, оперативно соединенную с подвижным контактом, и выполнен с возможностью перемещения между первым разомкнутым положением и вторым замкнутым положением.
Предпочтительно, скользящий элемент выполнен из изоляционного материала.
В таком случае перемещение подвижного контакта обеспечивают без какого-либо постоянного механического соединения между сборкой подвижного контакта и кинематической цепью. Как лучше показано в нижеследующем подробном описании, в выключателе согласно изобретению перемещение обеспечивают скользящим соединением сборки подвижного контакта с поверхностью скольжения скользящего элемента в кинематической цепи. Поэтому значительно сокращается число компонентов при соответствующем снижении расходов и времени на изготовление, монтаж и техническое обслуживание.
Преимущественно, выключатель среднего напряжения согласно изобретению может дополнительно содержать блок управления, заключающий в себе одно или более вспомогательных устройств выключателя.
В конкретном варианте исполнения выключателя среднего напряжения согласно изобретению изолирующая несущая рама содержит несущую стенку и первую, вторую и третью боковые стенки и множество точек крепления, присутствующих в объеме, определяемом несущей и боковыми стенками, для крепления контактной сборки и привода к изолирующей несущей раме.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид сбоку первого варианта исполнения выключателя среднего напряжения, согласно изобретению;
Фиг.2 изображает вид спереди выключателя среднего напряжения из фиг.1;
Фиг.3 изображает общий вид изолирующей несущей рамы выключателя среднего напряжения, согласно изобретению;
Фиг.4 схематически изображает вид сбоку, иллюстрирующий некоторые компоненты конкретного варианта исполнения выключателя среднего напряжения, согласно изобретению;
Фиг.5 схематически изображает вид сбоку второго варианта исполнения выключателя среднего напряжения, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения
С привлечением сопроводительных чертежей, выключатель 1 среднего напряжения согласно изобретению, в его наиболее общей формулировке содержит контактную сборку 2, имеющую, для каждой фазы, камеру прерывания, заключающую в себе первый неподвижный контакт и второй подвижный контакт. (Неподвижный и подвижный контакты на сопроводительных чертежах не показаны). Обычно выключатель представляет собой трехфазный выключатель и тем самым содержит три камеры 6, 7 и 8 прерывания, которые вмещают соответствующие наборы неподвижных/подвижных контактов, взаимно соединяемых/разъединяемых с переходом между разомкнутым и замкнутым положением. Неподвижные и подвижные контакты могут представлять собой обычные контакты известного типа, и поэтому более подробно описаны не будут.
Выключатель согласно изобретению дополнительно содержит привод 3 для приведения в действие операции размыкания или замыкания выключателя. Как показано на фиг.4, привод 3 содержит приводной механизм, соединенный со сборкой подвижного контакта. Как показано на фиг.1 и 2, приводной механизм обычно заключен в кожух 31, и обычно присутствует также рабочий интерфейс 32. Для целей настоящего изобретения, привод может представлять собой обычный привод известного типа, и поэтому не будет описан более подробно, будучи по существу известным.
Один из характеристических признаков выключателя среднего напряжения согласно изобретению состоит в том, что он содержит изолирующую несущую раму 4, поддерживающую контактную сборку 2 и привод 3.
Применение изолирующей несущей рамы 4 имеет ряд преимуществ сравнительно с традиционным выключателем, имеющим сборную несущую раму, выполненную из многочисленных металлических деталей.
В качестве первого преимущества, процесс изготовления значительно упрощается, поскольку на практике различные компоненты выключателя закрепляют на изолирующей несущей раме 4, например, с использованием резьбовых соединений. Как показано на фиг.3, изолирующая несущая рама 4 преимущественно может быть выполнена в виде единой цельной детали. В таком случае изолирующая несущая рама 4 преимущественно может содержать несущую стенку 41 и первую 42, вторую 43 и третью 44 боковые стенки, которые определяют внутренний объем. Внутри объема находятся многочисленные точки 45 крепления, которые используют для крепления контактной сборки 2 и привода 3 к изолирующей несущей раме 4.
Таким образом, чтобы собрать различные компоненты, достаточно разместить отдельные контакты 6, 7 и 8 в соответствующих полостях 46, 47 и 48, тогда как привод 3 размещают в соответствующей передней части 49 изолирующей несущей рамы 4. Затем крепежные средства, например, резьбовые фиксаторы, могут быть использованы для крепления контактов 6, 7 и 8 и привода 3 на изолирующей несущей раме 4. В таком случае, как показано в фиг.3, резьбовые крепления могут быть вставлены в соответствующие гнезда 45 с одной и той же стороны, то есть с нижней части несущей стенки 41 изолирующей несущей рамы. Поэтому процесс сборки является предельно простым и может быть в значительной степени автоматизированным, тем самым способствуя сокращению времени и расходов на изготовление.
Дополнительное преимущество в связи с применением изолирующей несущей рамы 4 обеспечивается возможностью создания прямолинейного пути прохождения тока через выключатель 1, без необходимости применения усложненных и дорогостоящих систем.
Со ссылкой на фиг.5, выключатель 1 в его более общем и простом варианте исполнения, содержит соединительные разъемы 65 и 66, непосредственно соединенные с контактами 6, 7 и 8 и изолирующей несущей рамой 4, соответственно. На практике разъем 66 может быть закреплен на изолирующей несущей раме, например, в полостях 46, 47 и 48 изолирующей несущей рамы 4 на фиг.3, перед подключением контактов 6, 7, 8 к раме 4. В свою очередь, контакты 6, 7, 8 предпочтительно относятся к встроенному типу (то есть, они имеют нажимную и размыкающую пружины, заключенные внутри их корпуса без необходимости в изолирующей передаче) и включают в себя соединительный разъем 65 на их верхнем конце.
Таким образом, можно очень простым способом создать прямолинейной путь прохождения тока, то есть путь прохождения тока от разъема 65 до разъема 66, который, для каждой фазы, по существу параллелен продольной оси соответствующей камеры 6, 7 и 8 прерывания. Таким образом, электродинамические нагрузки вследствие нелинейных путей прохождения тока значительно сокращаются.
Однако, в дополнение к находящимся под напряжением выводам с разъемами 65 и 66, выключатель 1 согласно изобретению преимущественно может иметь соединение 68 также в задней части контактов так, чтобы реализовать традиционное конструктивное решение, то есть решение, в котором вывод 68 напряжения позиционирован для создания пути прохождения тока, который перпендикулярен продольной оси камер 6, 7 и 8 прерывания. Это позволяет использовать соответствующий изобретению выключатель 1 также в традиционных распределительных щитах, то есть в распределительных щитах, которые сконфигурированы как имеющие вход и выход выключателя, расположенные перпендикулярно друг другу.
Затем, исходя из базовой конфигурации согласно фиг.5 и в зависимости от предполагаемых вариантов применения, выключатель 1 согласно изобретению может быть оснащен вспомогательными устройствами, такими как вставки выключателя и вставные контакты, чтобы сделать его пригодным для применения в конкретных предполагаемых вариантах использования (например, с фиксированной конфигурацией, съемной конфигурацией, в распределительных щитах с изолирующими перегородками, распределительных щитах с металлическими перегородками и так далее).
Так, согласно конкретному варианту исполнения, соответствующий изобретению выключатель 1 среднего напряжения может быть оборудован контактной сборкой 2, которая может содержать, для каждой фазы, по меньшей мере одну первую клемму 61, 62; 71, 72; 81, 82, которая содержит соответствующую вставку 611, 621; 711, 721; 811, 821 выключателя, электрически соединенную с соответствующим неподвижным или подвижным контактом.
Как показано в сопроводительных фиг.1 и 2, вставка 611, 621; 711, 721; 811, 821 выключателя по существу ориентирована по продольной оси камеры прерывания соответствующей фазы 6, 7 и 8, тем самым создавая прямолинейный путь прохождения тока.
Когда выключатель применяют в съемной конфигурации, то для реализации положений вставки в и/или заземления выключателя среднего напряжения согласно изобретению клеммы 61, 62; 71, 72; 81, 82 выключателя преимущественно могут содержать вставные контакты 612, 622; 712, 722; 812, 822, которые электрически соединены с соответствующим неподвижным или подвижным контактом через соответствующую вставку 611, 621; 711, 721; 811, 821 выключателя.
В качестве примера, вставной контакт 612, 622; 712, 722; 812, 822 может представлять собой обычный лепестковый или скользящий контакт.
В соответствии с конкретным вариантом исполнения, не показанным в фигурах, выключатель 1 среднего напряжения согласно изобретению оснащают вставками 611, 621; 711, 721; 811, 821, содержащими изолирующий проходной изолятор, то есть изолирующий проходной изолятор традиционного типа.
Альтернативно, и в зависимости от предполагаемого варианта применения, выключатель 1 среднего напряжения согласно изобретению может быть оснащен вставками 611, 621; 711, 721; 811, 821, которые содержат распределительный проходной изолятор, имеющий, например, систему изоляции, основанную на управлении электрическим полем распределительных конденсаторов.
Управление электрическим полем распределительных конденсаторов позволяет свести к минимуму радиальный размер изоляции вставок 611, 621; 711, 721; 811, 821. Как показано в фиг.1 и 2, управление электрическим полем разделительных конденсаторов преимущественно может содержать на наружной поверхности указанной вставки 611, 621; 711, 721; 811, 821 выключателя металлический концентрический слой 613, 623; 713, 723; 813, 823, который может быть соединен с заземлением.
Заземление металлических концентрических слоев 613, 623; 713, 723; 813, 823 может быть достигнуто согласно конкретному предпочтительному варианту исполнения, не показанному в деталях в настоящей заявке, созданием соединения металлических концентрических слоев со шторками системы металлических перегородок в распределительном щите среднего напряжения, в котором установлен выключатель 1 согласно изобретению.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом исполнения выключателя 1 среднего напряжения согласно изобретению, выключатель 1 содержит кинематическую цепь 5, которая оперативно соединяет привод 3 с подвижным контактом по меньшей мере одной из дугогасительных камер 6, 7 и 8 прерывания. Согласно такому варианту исполнения, кинематическую цепь преимущественно размещают в изолирующей несущей раме 4.
В частности, со ссылкой на фиг.4, кинематическая цепь 5 может быть размещена внутри объема, определенного несущей стенкой 41 и боковыми стенками 42, 43 и 44 изолирующей несущей рамы 4 в положении между передней частью 49 изолирующей несущей рамы 4 и полостями 46, 47 и 48, предназначенными для размещения выводной части камер 6, 7 и 8 прерывания.
Со ссылкой на фиг.4, согласно конкретному варианту исполнения соответствующего изобретению выключателя 1 среднего напряжения, кинематическая цепь 5 преимущественно может содержать скользящий элемент 51, который оперативно соединен с приводом 3. Согласно такому варианту исполнения, скользящий элемент 51 предпочтительно имеет первую поверхность 52 скольжения, которая оперативно соединена с подвижным контактом, и который является подвижным между первым, разомкнутым, положением и вторым, замкнутым, положением.
На практике, исходя из ситуации, показанной в фиг.4 (соответствующей разомкнутому положению контактов), когда запускают операцию замыкания, приводы 3 перемещают первый скользящий элемент 51 кинематической цепи 5 налево, пока не будет достигнуто замкнутое положение контакта.
Во время этого перемещения поверхность 52 скольжения скользящего элемента 51 взаимодействует со сборкой подвижного контакта через связующий элемент, например, ролик, который скользит по поверхности 52. Поскольку профиль поверхности 52 скольжения не является плоским, во время перемещения налево скользящего элемента 51 движение передается сборке подвижного контакта, которая перемещается вверх до достижения замкнутого положения.
Операцию размыкания проводят в обратном порядке. Так, исходя из замкнутого положения контактов (не показано), когда запускают операцию размыкания, приводы 3 перемещают первый скользящий элемент 51 кинематической цепи 5 направо, до достижения разомкнутого положения согласно фиг.4.
В этом случае, во время перемещения скользящего элемента 51 направо сборка подвижного контакта получает возможность перемещения вниз до достижения разомкнутого положения согласно фиг.4.
Поэтому из вышеизложенного ясно, что согласно такому варианту исполнения можно производить перемещение подвижных контактов очень простым путем, и без какого-либо постоянного механического соединения сборки подвижного контакта с кинематической цепью 5. Это позволяет сократить число компонентов, тем самым снижая расходы на изготовление, монтаж и техническое обслуживание. В качестве дополнительного преимущества, заслуживает упоминания то, что рассеяние механической энергии значительно сокращается по сравнению с традиционными кинематическими цепями благодаря очень низкому трению между первым скользящим элементом 51, и в особенности первой 52 поверхностью скольжения, и соответствующими соединительными элементами, то есть роликом, связывающим поверхность скольжения 52 с подвижным контактом.
Предпочтительно, скользящий элемент 51 кинематической цепи 5 выполнен из изоляционного материала.
Одно из главных преимуществ выключателя согласно настоящему изобретению в соответствии с этим последним вариантом исполнения состоит в том, что различные компоненты выключателя 1 могут быть предварительно собраны отдельно от основной производственной линии для выключателя 1. Затем контактная сборка 2, содержащая камеры 6, 7 и 8 прерывания, привод 3 и кинематическую цепь 5 могут быть легко собраны на изолирующей несущей раме 4 креплением их к несущей раме 4 без какого-либо постоянного механического соединения между контактной сборкой 2 и кинематической цепью 5, поскольку оперативное соединение между ними достигается через скользящее соединение поверхности 52 скольжения со сборкой подвижного контакта. Поэтому процедура сборки выключателя 1 значительно упрощается.
В конкретном варианте исполнения выключателя 1 среднего напряжения согласно изобретению выключатель 1 дополнительно содержит блок управления, заключающий в себе одно или более вспомогательных устройств выключателя 1. Другими словами, все вспомогательные устройства (например, расцепляющее устройство, блокирующее устройство, катушки пониженного напряжения, редуктор, вспомогательные контакты) преимущественно могут быть размещены в едином корпусе, который размещается в изолирующей несущей раме 4. Предпочтительно, корпус имеет предварительно смонтированную проводку (например, с помощью проводки, созданной при формовании) и встроенный в него разъем (или штепсельную розетку). Кроме того, вся вспомогательная сборка может быть подвергнута предварительному тестированию собранной цепи и затем размещена в изолирующей несущей раме 4.
С помощью вышеописанного технического решения можно оптимизировать потребности, например, свести к минимуму число катушек, получить более широкий диапазон напряжений, иметь новые вспомогательные контакты и т.д. Кроме того, из соображений изготовления, такое решение предоставляет огромное преимущество в том, что все вспомогательные устройства собраны вместе, предварительно протестированы и затем размещены в изолирующей несущей раме 4, вместе с кинематической цепью 5, контактной сборкой 2 и приводом 3, при соответствующем сокращении времени и расходов на изготовление.
Из вышеизложенного ясно, что выключатель среднего напряжения согласно изобретению имеет ряд преимуществ по сравнению с выключателем среднего напряжения известного типа.
В частности, как разъяснено выше, производственный процесс изготовления выключателя 1 значительно упрощается сравнительно с обычным выключателем. Фактически, различные субкомпоненты выключателя (например, контактная сборка, привод, кинематическая цепь) могут быть собраны предварительно вне основной производственной линии для изготовления выключателя. Субкомпоненты затем закрепляют на изолирующей несущей раме очень быстро и высокоавтоматизированным путем.
Применение изолирующей несущей рамы позволяет создать выход токовой цепи через нижнее основание выключателя, без привлечения сложных и дорогостоящих технических решений.
Кроме того, в выключателе среднего напряжения согласно изобретению снижены электродинамические нагрузки, поскольку может быть получен прямолинейный путь прохождения тока (то есть путь прохождения тока, параллельный продольной оси камеры прерывания).
Также заслуживает упоминания то, что выключатель согласно изобретению имеет более высокую гибкость в плане диапазона применимости, по сравнению с традиционным выключателем. Как разъяснено выше, можно лишь с небольшим числом вспомогательных устройств (например, вставок выключателя и вставных контактов) изменять конфигурацию выключателя и приспосабливать его к предполагаемой конфигурации распределительного щита (то есть, с фиксированной или съемной конфигурацией, по типу разделения отсеков и т.д.).
Выключатель среднего напряжения, таким образом скомпонованный, может быть подвергнут многообразным модификациям и существовать в нескольких вариантах, которые все входят в пределы области соответствующей изобретению концепции. Более того, все составные части, описанные здесь, могут быть заменены другими, технически эквивалентными элементами. На практике материалы и размеры компонентов устройства могут иметь любой характер, согласно необходимости и уровню техники.