ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
VACUUM CIRCUIT BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационному аппаратостроению, точнее к высоковольтным вакуумным выключателям.
Вакуумные выключатели занимают ведущие позиции среди других типов коммутационных аппаратов (масляных, элегазовых и др.) в классе напряжения 6-35 кВ. Это объясняется такими их преимуществами как: высокая надежность, большой коммутационный ресурс, компактность, экологическая чистота и др. В настоящее время у нас в стране и за рубежом разными производителями выпускается огромное количество различных вариантов их конструкции. Однако при эксплуатации, в случае, когда требуется работа оперативного персонала на отключенных участках линии, необходимо, помимо размыкания контактов в выключателе создать видимый разрыв в электрической цепи. Это достигается либо размыканием контактов воздушного разъединителя, установленного последовательно с выключателем в шкафах КСО (камеры сборные одностороннего обслуживания), либо выкатыванием тележки с выключателем в шкафах КРУ (комплектные распределительные устройства). Кроме этого, правила техники безопасности требуют обязательного заземления отключенных участков линии при проведении на них персоналом каких-либо работ. Поэтому в шкафах КСО и КРУ устанавливаются также стационарные заземлители. Известны технические решения, в которых предлагается совмещение в одном коммутационном устройстве функций выключателя и разъединителя, а также еще и заземлителя, например [1, 2]. Однако предложенные конструкции являются громоздкими, материалоемкими и сложными.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция вакуумного выключателя, предложенная в [3]. В ней вакуумный выключатель содержит раму, общий вал с рычагами и изоляционными тягами, фазы, установленные на раме и имеющие первый и второй токоподводы, закрепленные на изоляторах, вакуумную дугогасительную камеру с пружинным механизмом размыкания ее подвижного контакта и подключенный к нему гибкий проводник, разъединитель, имеющий подвижный и неподвижный контакты и создающий изолирующий разрыв в электрической цепи последовательно с разомкнутыми контактами вакуумной камеры, причем неподвижный контакт разъединителя закреплен на первом токоподводе, а управление подвижными контактами осуществляется через изоляционные тяги, соединенные с рычагами на общем валу при его повороте.
Недостатки данной конструкции состоят в следующем:
- выключатель имеет большие габаритные размеры, так как вакуумная дугогасительная камера, пружинный механизм размыкания контактов и подвижный контакт разъединителя расположены на одной линии;
- пружинный механизм размыкания контактов камеры имеет сложную конструкцию, так как кроме операции отключения он должен выполнять и операцию включения, что снижает надежность работы;
- отсутствует встроенный заземлитель, то есть при использовании выключателя в шкафах КРУ или КСО потребуется дополнительная установка отдельного заземляющего аппарата и привода к нему, что вызовет увеличение размеров и стоимости распределительного устройства.
Цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении размеров и повышении компактности выключателя, упрощении конструкции и повышении надежности его работы.
Указанная цель достигается тем, что вакуумный выключатель имеет раму, общий вал с рычагами и изоляционными тягами, фазы установленные на раме, которые содержат первый и второй токоподводы, закрепленные на изоляторах, вакуумную дугогасительную камеру с пружинным механизмом размыкания ее подвижного контакта, и подключенный к нему гибкий проводник, разъединитель, имеющий подвижный и неподвижный контакты и создающий изолирующий видимый разрыв последовательно с разомкнутыми контактами вакуумной камеры, причем неподвижный контакт разъединителя закреплен на первом токоподводе. Новизна предлагаемого изобретения состоит в том, что на раме дополнительно установлен вал с заземляющими ножами, а в каждой фазе на втором токоподводе закреплен кронштейн с осью, и, с возможностью вращения вокруг этой оси, кулачок с рычагом и две изоляционные пластины, между которыми закреплены вакуумная камера с пружинным механизмом размыкания и подвижный контакт разъединителя, электрически соединенный с неподвижным контактом камеры, при этом гибкий проводник от подвижного контакта камеры электрически соединен со вторым токоподводом, а пружинный механизм размыкания контактов выполнен с роликом, контактирующим с кулачком, рычаг которого соединен изоляционной тягой с рычагами вала выключателя, причем изоляционные пластины соединены дополнительными изоляционными тягами с заземляющими ножами.
Конструкция выключателя поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.
1
На фиг.1 показана фаза вакуумного выключателя (вид сбоку) во включенном положении: контакты вакуумной дугогасительной камеры замкнуты. Контакты разъединителя замкнуты, ножи заземления удалены на максимальное расстояние A.
На фиг.2 показано положение частей фазы выключателя при выполнении коммутации тока: контакты вакуумной камеры разомкнуты, контакты разъединителя замкнуты, ножи заземления максимально удалены.
1
На фиг.3 показано положение частей фазы выключателя, когда контакты разъединителя разведены на максимальное расстояние В, а ножи заземления замкнуты с токоподводом.
2
2
На фиг.4 показано среднее положение разъединителя, когда его контакты разведены на расстояние В, обеспечивающее необходимую электрическую прочность, при этом ножи заземления еще не замкнуты и удалены на расстояние А, также обеспечивающее необходимую в целях безопасности электрическую прочность.
Вакуумный выключатель (фиг.1) содержит:
общую раму 1, общий вал 2 с рычагами 3 и изоляционными тягами 4, установленные на раме фазы 5, которые содержат первый 6 и второй 7 токоподводы, закрепленных на изоляторах 8, вакуумную дугогасительную камеру 9 с пружинным механизмом 10 размыкания ее подвижного контакта 11 и подключенный к нему гибкий проводник 12, разъединитель, имеющий подвижный 13 и неподвижный 14 контакты и создающий видимый изолирующий разрыв электрической цепи последовательно с разомкнутыми контактами вакуумной камеры, причем неподвижный контакт разъединителя закреплен на первом токоподводе. На раме выключателя установлен дополнительно вал 15 с заземляющими ножами 16. В каждой фазе на токоподводе закреплен кронштейн 17 с осью 18, и, с возможностью вращения вокруг этой оси, кулачок с рычагом 19 и две изоляционные пластины 20, между которыми закреплены вакуумная камера, пружинный механизм размыкания и подвижный контакт разъединителя, который электрически соединен с неподвижным контактом 21 вакуумной камеры. Гибкий проводник от подвижного контакта вакуумной камеры электрически соединен со вторым токоподводом. Пружинный механизм размыкания контактов вакуумной камеры выполнен с роликом 22, контактирующим с кулачком, рычаг которого соединен изоляционной тягой с рычагами вала выключателя. Изоляционные пластины соединены дополнительными изоляционными тягами 23 с заземляющими ножами.
Вакуумный выключатель работает следующим образом:
При замкнутых контактах 13 и 14 разъединителя операции включения и отключения тока в цепи осуществляются замыканием контактов 11 и 21 вакуумной дугогасительной камеры 9.
1
Замыкание контактов происходит при повороте кулачка 19, который своим профилем воздействует на ролик 22 и преодолевая усилие пружины механизма размыкания 10 замыкает и поджимает контакты 21 и 11 (фиг.1). Электрическая цепь: токоподвод 6 - контакты разъединителя 14 и 13 - контакты камеры 21 и 11 - гибкий проводник 12 - токоподвод 7 замкнута. Включающее усилие на рычаг кулачка 19 передается через изоляционную тягу 4, рычаги 3 вала 2 от привода выключателя (не показан) через тягу 24. Механизм привода удерживает вал 2 и следовательно все остальные связанные с ним детали выключателя во включенном положении. Отключение тока выключателем происходит при размыкании контактов вакуумной камеры после того как на привод поступила команда на отключение и его механизм перестал удерживать вал 2. Пружинный механизм 10 размыкает контакты 11 и 21, одновременно через ролик 22 проворачивая вокруг оси 18 кулачок 19, а далее изоляционную тягу 4, рычаги 3, вал 2 и тягу от привода 24. При этом ножи заземления удалены на максимальное расстояние A. На фиг.2 представлено положение деталей выключателя в отключенном состоянии. Выключатель также может кроме операций отключения и включения выполнять быстродействующие циклы операции включение-отключение и циклы АПВ (автоматического повторного включения).
1
1
После того как контакты вакуумной камеры разомкнуты, то для создания изолирующего видимого разрыва необходимо с помощью тяги 25 повернуть вал 15 с ножами заземления 16 в крайнее положение, как показано на фиг.3. При этом тяги 23 поворачивают вокруг оси 18 изоляционные пластины 20 с закрепленными между ними вакуумной камерой, механизмом размыкания и подвижным контактом разъединителя 13. В конечном положении поворота вала 15 контакты разъединителя 13 и 14 расходятся на максимальное расстояние B, а ножи заземления 16 замыкаются со вторым токоподводом 7. Таким образом, отключенный участок электрической цепи изолирован воздушным промежутком В от первого токоподвода 6, на котором остается напряжение, а второй токоподвод 7 заземлен с помощью ножей заземления 16.
2
2
При повороте вала 15 в среднее положение, как показано на фиг.4, размеры деталей выключателя подобраны такими, что изоляционные промежутки А и В обеспечивают достаточную, чтобы не произошел пробой, электрическую прочность. Это необходимо, например, в том случае, когда вакуумная камера, по какой-либо причине потеряла вакуум.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет получить малогабаритный, компактный вакуумный выключатель, выполняющий также функции разъединителя и заземлителя. Конструкция выключателя проста, что повышает ее надежность.
Положительный эффект при этом состоит в том, что существенно снижаются размеры и стоимость шкафов с коммутационным оборудованием, так как вместо двух-трех электрических аппаратов (выключатель, разъединитель, заземлитель) устанавливается один, но выполняющий те же функции.
Источники информации
1. Патент Германии № 19613750, МКИ H01H 33/666, опубл. 02.10.1997.
2. Патент США № 6326567, МКИ H01H 33/00, опубл. 04.12.2001.
3. Патент США № 5859398, МКИ H01H 33/14, опубл. 12.01.1999 (прототип).