ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
HIGH-VOLTAGE VACUUM CIRCUIT BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтному аппаратостроению, касается конструкции высоковольтных выключателей с вакуумными дугогасительными камерами и может быть использовано для коммутации силовых энергетических цепей переменного тока.
Известен высоковольтный вакуумный выключатель [RU 2137240 C1, МПК6 H01H 33/66, опубл. 10.09.1999], который содержит три дугогасительные камеры, подвижные контакты которых соединены с приводным устройством посредством кинематической цепи, включающей диэлектрические тяги, пружинные механизмы поджатия контактов и плоский шарнирно-рычажный параллелограммный механизм, содержащий двуплечие поворотные рычаги, оси вращения которых соединены с корпусом, а первые плечи соединены между собой планкой, состоящей из двух частей. Оси симметрии диэлектрических тяг и пружинных механизмов поджатия контактов расположены в одной плоскости с шарнирно-рычажным механизмом. Оси вращения поворотных рычагов соединены с корпусом через пружинные механизмы поджатия контактов. Вторые плечи рычагов шарнирно соединены с диэлектрическими тягами.
Соединение подвижных контактов с приводным устройством посредством сложной конструкции кинематической цепи, включающей диэлектрические тяги и шарнирно-рычажный механизм, снижает надежность работы этого высоковольтного вакуумного выключателя.
Известен высоковольтный вакуумный выключатель [RU 2224318 C1, МПК7 H01H 33/666, опубл. 20.02.2004], содержащий общий вал и установленные на основании вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых имеет неподвижный контакт и подвижный контакт, соединенный с изоляционным штоком. Каждая камера снабжена приводом и узлом поджатия контактов с пружиной, соосной штоку. Привод каждой вакуумной дугогасительной камеры, обеспечивающий замыкание контактов, имеет электромагнит с толкателем, воздействующим на шток посредством имеющегося на его нижнем конце подвижного упора, установленного с обеспечением возможности перемещения его вдоль штока и шарнирно соединенного с валом. Пружина узла поджатия контактов установлена между подвижным упором и неподвижным упором, закрепленным на штоке. Выключатель снабжен общим для всех дугогасительных камер приводом отключения контактов, содержащим общий вал, в полости которого расположена пружина кручения, один конец которой жестко закреплен на основании, другой конец - на валу.
Замыкание и размыкание контактов этого высоковольтного вакуумного выключателя обеспечивается сложной конструкцией, что приводит к снижению надежности его работы.
Известен высоковольтный вакуумный выключатель [RU 2282266 С1, МПК Н01Н 33/666 (2006.01), опубл. 20.08.2006], содержащий три полюса с вакуумными дугогасительными камерами, установленными на основании, электромагнитное приводное устройство, установленное на том же основании на обратной стороне, причем его подвижная часть соединена с изоляционными тягами вакуумных дугогасительных камер общей тягой, расположенной в плоскости, перпендикулярной осям изоляционных тяг и электромагнитного приводного устройства. Электромагнитное приводное устройство содержит два электромагнитных привода, установленных в один ряд с полюсами между средней и крайними изоляционными тягами.
Недостатком такого высоковольтного вакуумного выключателя является сложность конструкции электромагнитного приводного устройства, обеспечивающей замыкание и размыкание контактов вакуумного выключателя, что приводит к увеличению стоимости и снижению надежности работы выключателя.
Известен высоковольтный вакуумный выключатель [RU 2402832 С1, МПК H01H 33/66 (2006.01), опубл. 27.10.2010], содержащий общий вал и установленные на корпусе вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых имеет неподвижный контакт и подвижный контакт, соединенный с изоляционным штоком. Каждая камера снабжена приводом изоляционного штока. Общий для всех дугогасительных камер фиксатор замкнутого положения контактов содержит «ломающийся» рычаг из двух плеч. Один из концов плеча шарнирно соединен с корпусом. Другой конец другого плеча шарнирно соединен с общим валом. Противоположные указанным концы плеч соединены между собой центральным шарниром. Фиксатор «ломающегося» рычага выполнен в виде упоров, расположенных на концах плеч, прилежащих к центральному шарниру.
Недостатком такого высоковольтного вакуумного выключателя является сложность конструкции кинематической схемы включения-выключения вакуумного выключателя, что приводит к увеличению инерционности срабатывания механизма и снижению надежности работы выключателя.
Известен высоковольтный вакуумный выключатель [RU 2428761 С2, МПК H01H 33/66 (2006.01), опубл. 10.09.2011. Бюл. №25], принятый за прототип, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, в которой расположен, по меньшей мере, один подвижный контактный элемент. Внутри вакуумной дугогасительной камеры расположены два последовательно включенных контактных устройств с двумя, в общей сложности, размыкаемыми контактными плоскостями. Выполненный движущимся сообща с первым контактным элементом или вслед за ним контактный элемент окружен чашеобразным устройством, которое выполнено за одно целое с контактным элементом или, по меньшей мере, прочно соединено с ним или снабжено отверстием, через которое проходит контактный элемент, имеющий активные контактные поверхности на обеих сторонах. Оба контакта выполнены с возможностью приведения в действие одним общим приводом. Один из контактных элементов выполнен с возможностью приведения в действие посредством привода непосредственно с принудительным перемещением, тогда как другой контактный элемент выполнен с возможностью приведения в действие посредством усилия пружины косвенно и, по меньшей мере, в одном направлении срабатывания и выполнен движущимся сообща с первым контактным элементом или вслед за ним.
Недостатком такого высоковольтного вакуумного выключателя является наличие пружины, расположенной внутри вакуумной камеры, между подвижным чашеобразным элементом и краевым бортиком на внутренней стороне вакуумной камеры. Наличие такой пружины технологически труднореализуемо, так как при обязательном в процессе производства отжиге вакуумной камеры пружина практически полностью утрачивает свои упругие свойства и не может обеспечивать подвижность внутреннего чашеобразного элемента. В результате, вакуумный выключатель теряет возможность выполнять свои функции.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, повышение рабочего напряжения и функциональности высоковольтного вакуумного выключателя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что высоковольтный вакуумный выключатель, так же как в прототипе, содержит вакуумную дугогасительную камеру, в которой один подвижный контакт выполнен с возможностью приведения в действие приводом, тогда как другой подвижный контакт выполнен с возможностью приведения в действие посредством усилия пружины и выполнен движущимся сообща с первым контактом или вслед за ним.
Согласно изобретению высоковольтный вакуумный выключатель содержит две автономные соосно закрепленные вакуумные дугогасительные камеры, торцы которых закрыты фланцами. Контактный узел первой вакуумной дугогасительной камеры состоит из неподвижного и подвижного контактов. Контактный узел второй вакуумной дугогасительной камеры состоит из двух подвижных контактов. Неподвижный контакт первой вакуумной дугогасительной камеры жестко соединен с фланцем посредством токоподвода, а подвижный контакт соединен с другим фланцем сильфоном. Подвижные контакты второй вакуумной дугогасительной камеры соединены с ее фланцами сильфонами. Подвижный контакт первой вакуумной дугогасительной камеры и ближайший к нему подвижный контакт второй вакуумной дугогасительной камеры соединены общим токоподводом с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси вакуумных дугогасительных камер. Общий токоподвод выполнен в виде стержня со стопорным утолщением, расположенным между вакуумными дугогасительными камерами таким образом, что на общий токоподвод между фланцем первой вакуумной дугогасительной камеры и стопорным утолщением установлена пружина сжатия. Другой подвижный контакт второй вакуумной дугогасительной камеры соединен с приводом своим токоподводом.
Предложенное решение позволяет монтировать пружину в конструкцию высоковольтного вакуумного выключателя после проведения отжига автономных вакуумных дугогасительных камер, что упрощает конструкцию высоковольтного вакуумного выключателя. При этом отжиг автономных вакуумных дугогасительных камер не изменяет упругих характеристик пружины, что повышает функциональность высоковольтного вакуумного выключателя. Данное решение позволяет также увеличивать количество автономных дугогасительных вакуумных камер в конструкции и, таким образом, увеличивать рабочее напряжение высоковольтного вакуумного выключателя.
На фиг. 1 представлена конструкция высоковольтного вакуумного выключателя в отключенном состоянии.
На фиг. 2 представлена конструкция высоковольтного вакуумного выключателя в промежуточном состоянии.
На фиг. 3 представлена конструкция высоковольтного вакуумного выключателя во включенном состоянии.
Высоковольтный вакуумный выключатель содержит две автономные вакуумные дугогасительные камеры 1 и 2. Корпуса вакуумных дугогасительных камер имеют цилиндрическую форму и соосно закреплены на диэлектрическом основании (на фиг. 1 не показано). Торцы вакуумной дугогасительной камеры 1 закрыты фланцами 3 и 4. Внутри первой вакуумной дугогасительной камеры 1 расположена контактная группа, состоящая из неподвижного контакта 5, который жестко соединен токоподводом 6 с фланцем 3, и подвижного контакта 7, соединенного сильфоном 8 с другим фланцем 4. Внутри второй вакуумной дугогасительной камеры 2, торцы которой закрыты фланцами 9 и 10, расположена контактная группа, состоящая из двух подвижных контактов 11 и 12, которые соединены сильфонами 13 и 14 с фланцами 9 и 10, соответственно. Подвижный контакт 7 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 и подвижный контакт 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 соединены общим токоподводом 15 с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси вакуумных дугогасительных камер 1 и 2 через сильфон 8, фланцы 4 и 9 и сильфон 13. Токоподвод 15 выполнен в виде стержня со стопорным утолщением 16, расположенным между вакуумными дугогасительными камерами 1 и 2. На токоподвод 15 между фланцем 4 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 и стопорным утолщением 16 установлена пружина сжатия 17. Подвижный контакт 12 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 соединен с расположенным внутри сильфона 14 токоподводом 18, который соединен с приводом.
Отключение высоковольтного вакуумного выключателя. При отключении высоковольтного вакуумного выключателя привод двигает токоподвод 18 вместе с подвижным контактом 12 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 в направлении от неподвижного контакта 5 первой вакуумной дугогасительной камеры 1. Пружина сжатия 17 разжимается и через стопорное утолщение 16 толкает общий токоподвод 15 вместе с подвижным контактом 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 и подвижным контактом 7 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 в сторону подвижного контакта 12 второй вакуумной дугогасительной камеры 2. Это приводит к тому, что между подвижным контактом 7 и неподвижным контактом 5 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 образуется зазор, который увеличивается до тех пор, пока стопорное утолщение 16 общего токоподвода 15 не упрется во фланец 9 второй вакуумной дугогасительной камеры 2. После этого движение общего токоподвода 15 прекращается, а в первой вакуумной дугогасительной камере 1 между подвижным контактом 7 и неподвижным контактом 5 сохраняется зазор, который соответствует отключенному состоянию первой вакуумной дугогасительной камеры 1 (фиг. 2). Дальнейшее движение токоподвода 18 происходит до тех пор, пока между подвижными контактами 12 и 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 не образуется зазор, соответствующий отключенному состоянию второй вакуумной дугогасительной камеры 2. Когда подвижные контакты 12 и 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2, а также подвижный контакт 7 и неподвижный контакт 5 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 разомкнуты, высоковольтный вакуумный выключатель находится в отключенном состоянии (фиг. 1).
Включение высоковольтного вакуумного выключателя. От привода высоковольтного вакуумного выключателя токоподвод 18, вместе с подвижным контактом 12, двигается в сторону подвижного контакта 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2. После замыкания подвижных контактов 12 и 11 второй вакуумной дугогасительной камеры 2 (фиг. 2) движение токоподвода 18 происходит совместно с общим токоподводом 15, который соединяет подвижный контакт 11 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 и подвижный контакт 7 второй вакуумной дугогасительной камеры 2. Движение токоподвода 15 вместе с подвижным контактом 7 в сторону неподвижного контакта 5 первой вакуумной дугогасительной камеры 1 вызывает сжатие пружины 17, которая с одной стороны упирается в стопорное утолщение 16 токоподвода 15, а с другой стороны упирается во фланец 4 первой вакуумной дугогасительной камеры 1. При соприкосновении контактов 7 и 5 высоковольтный вакуумный выключатель оказывается включенным, а пружина 17 максимально сжата (фиг. 3).