УЗЕЛ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ РАЗЪЕДИНИТЕЛЯ
DISCONNECTOR CONTACT ASSEMBLY

Изобретение относится к области электротехники, а именно к высоковольтным разъединителям полупантографного типа, в частности к узлу контактной системы, выполненной со складывающимся контактным ножом.
Высоковольтные разъединители предназначены для включения и отключения обесточенных участков электрической цепи, находящихся под напряжением. Разъединители полупантографного типа имеют контактный нож, который в процессе отключения складывается по длине благодаря шарнирному соединению полуножей.
Известен узел контактной системы разъединителя полупантографного типа ЗАО «ЗЭТО», содержащий неподвижный контакт и подвижный контакт. Подвижный контакт выполнен в виде складывающегося контактного ножа, включающего ведущий и ведомый полуножи, соединенные между собой шарнирно (ИВЕЖ.674216.027 РЭ Разъединители типа РПГ на напряжение 500 кВ Руководство по эксплуатации, стр. 5, 14-16 размещено в сети интернет: https://www.elec.ru/files/127/000000098/attfile/rukovodstvo-po-ekspluatatsii-razedinitelei-tipa-rpg-na-napryazhenie-500-kv.pdf, дата обращения 17.12.2020). Один конец ведущего полуножа шарнирно установлен на основании опорного изолятора и связан с поворотным механизмом. Корпус ведомого полуножа устанавливается на закрытых шарикоподшипниках. Движение от ведущего полуножа на ведомый полунож передается тягой и рычагами. Нижний конец тяги закреплен неподвижно к валу передачи. Основными элементами передачи являются держатель, основание и поворотное основание. Ведущий полунож уложен в колодки держателя, который крепится к валу, установленному в основании. Шарнирные соединения передачи защищены кожухами. При работе исполнительного блока привода движение передается на элементы передачи и ведущий полунож поворачивается (опускается) вниз из отключенного положения. Одновременно с поворотом ведущего полуножа воздействие от него через рычаг передается на тягу, закрепленную на валу, и тяга, поворачиваясь сама, поворачивает закрепленные на одной с ней оси рычаги. Ведомый полунож раскрывается, совершая при этом поступательное движение в сторону неподвижного контакта. Таким образом, движение от ведущего полуножа на ведомый полунож передается системой тяг и рычагов.
Недостатком такого узла контактной системы является наличие большого числа подвижных элементов, что усложняет конструкцию устройства и приводит к снижению его надежности. Кроме того, во включенном и отключенном положении рычаги и тяги расположены в положении близком к мертвому, что обуславливает значительные механические нагрузки в элементах кинематической передачи между полуножами и приводит к необходимости увеличения их прочности и, как следствие, увеличению стоимости и массы изделия.
Известен узел контактной системы разъединителя HVDC (публикация ЕР3394863 (А1), опубликовано 31.10.2018, также опубликовано WO 2017108141 (А1)), который в одном из вариантов содержит неподвижный и подвижный контакты, при этом подвижный контакт включает неподвижный рычаг и подвижный рычаг. Движение через зубчатую передачу и систему кривошипно-шатунных стержней от вращающегося изолятора передается к неподвижному рычагу, связанному через зубчатую передачу, выполненную в виде зубчатой рейки и шестерни, с подвижным рычагом, который поворачивается и замыкается с неподвижным контактом.
Наиболее подробно узел контактной системы разъединителя со складывающимся подвижным контактным ножом, содержащий ведущий и ведомый полуножи, связанные шарнирным соединением, выполненным в виде зубчатой передачи, включающей зубчатую рейку и шестерню, описан в публикациях: патент CN 106504933, дата публикации 15.03.2017 г., Н01Н 31/02; номер публикации CN 201608090, дата публикации 13.10.2010 г., Н01Н 31/00; номер публикации CN 204732301, дата публикации 28.10.2015 г., Н01Н 31/26.
В качестве ближайшего аналога заявленного изобретения выбран узел контактной системы разъединителя, описанный в публикации CN204732301 (дата публикации 28.10.2015 г.), который содержит неподвижный контакт и подвижный контакт. Подвижный контакт выполнен в виде складывающегося контактного ножа, включающего нижнюю и верхнюю токоведущие трубы (ведущий и ведомый полуножи). Один конец нижней токоведущей трубы шарнирно связан с неподвижным основанием и кинематически связан с приводом. Другой конец нижней токоведущей трубы через шарнирное соединение, содержащее зубчатую передачу, связан с концом верхней токоведущей трубы, которая перемещается вместе с нижней токоведущей трубой из открытого положения в закрытое положение для замыкания соединения между неподвижным контактом и подвижным контактом. В нижней токоведущей трубе расположена внутренняя тяга, один конец которой шарнирно связан с неподвижным основанием, а на другом ее конце закреплена зубчатая рейка, которая входит в зацепление с зубчатым колесом, связанным с концом верхней токоведущей трубы. Для уравновешивания веса токоведущей трубы в пружинную трубку установлена пружина, один конец которой закреплен на основании, а другой через тягу связан с рычагом, на котором установлен конец нижней токоведущей трубы.
Недостатком такого узла контактной системы разъединителя, содержащего подвижный контакт, выполненный из двух токоведущих труб, связанных шарнирным соединением, выполненным в виде зубчатой рейки, входящей в зацепление с зубчатым колесом, является ограниченная величина рабочего хода зубчатой рейки, которая перемещается внутри нижней токоведущей трубы, и, соответственно, маленький делительный диаметр зубчатого колеса шарнира, размещенного в верхней токоведущей трубе. Маленький делительный диаметр зубчатого колеса и ограниченный рабочих ход зубчатой рейки, в свою очередь, обуславливают значительные усилия в зубчатом зацеплении, при этом возникает: необходимость изготовления зубчатого колеса и рейки из дорогостоящих высокопрочных материалов; необходимость компенсации значительных поперечных усилий, действующих на зубчатую рейку; необходимость изготовления массивной тяги, проходящей внутри нижней токоведущей трубы и соединенной с зубчатой рейкой.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является снижение стоимостных затрат за счет упрощения конструкции узла контактной системы разъединителя и повышение надежности его работы.
Технический результат заявленного изобретения заключается в уменьшении усилий, возникающих в шарнирном соединении двух полуножей подвижного контакта, за счет упрощения конструкции контактного ножа, что позволило избежать применения дорогостоящих высокопрочных материалов, и, как следствие, привело к повышению надежности работы узла контактной системы разъединителя.
Технический результат достигается тем, что в узле контактной системы разъединителя, включающем неподвижный контакт, подвижный контакт в виде складывающегося контактного ножа, содержащего ведущий и ведомый полуножи, при этом один конец ведущего полуножа шарнирно связан с неподвижным основанием и кинематически связан с приводом, обращенные друг к другу концы ведущего и ведомого полуножей связаны между собой шарнирно посредством зубчатой передачи, взаимодействующей с тягой, один конец которой шарнирно связан с неподвижным основанием, согласно изобретению на обращенных друг к другу концах ведущего и ведомого полуножей жестко закреплены зубчатые секторы, полуножи шарнирно соединены между собой посредством рычага, имеющего по меньшей мере два плеча, одно плечо которого установлено на осях, проходящих через зубчатые секторы таким образом, что зубчатые секторы с плечом рычага образуют зубчатую передачу с внешним зацеплением, при этом второе плечо рычага шарнирно соединено с концом тяги, установленной снаружи ведущего полуножа.
В частном случае конец тяги, связанный с основанием, шарнирно соединен с рычагом, установленным неподвижно на основании при помощи оси и стержня, при этом стержень одним концом шарнирно соединен с упомянутым рычагом, другой конец стержня шарнирно соединен с неподвижным основанием, а тяга и стержень выполнены с возможностью регулировки их длины.
В частном случае ведущий полунож снабжен по крайней мере одной пружиной, один конец которой шарнирно соединен с ведущим полуножом, а другой шарнирно соединен с неподвижным основанием.
В частном случае шарнирные соединения взаимно подвижных элементов контактного ножа, шарнирные соединения ведущего полуножа и тяги с основанием и неподвижный контакт закрыты кожухами.
Сущность изобретения поясняется следующим образом.
Выполнение зубчатой передачи в виде зубчатых секторов, жестко закрепленных на обращенных друг к другу концах ведущего и ведомого полуножей, шарнирное соединение полуножей между собой посредством рычага, имеющего по меньшей мере два плеча, одно плечо которого установлено на осях, проходящих через зубчатые секторы таким образом, что зубчатые секторы с плечом рычага образуют зубчатую передачу с внешним зацеплением, позволило вынести зубчатую передачу снаружи полуножей подвижного контакта, тем самым исключить ограничения по форме и размерам выполнения зубчатой передачи, а также обеспечить возможность их изготовления из недорогих материалов, что позволило упростить конструкцию узла, снизить нагрузки в элементах контактной системы и повысить надежность узла контактной системы разъединителя при работе.
Установка тяги снаружи ведущего полуножа, один конец которой шарнирно связан с неподвижным основанием, а другой шарнирно соединен с плечом рычага, связывающего ведущий и ведомый полуножи, позволила обеспечить необходимую пространственную ориентацию рычага в процессе включения или отключения разъединителя, снизить нагрузку, передаваемую тягой, что позволило упростить ее конструкцию и снизить стоимость.
Соединение конца тяги, связанного с основанием, шарнирно с рычагом, установленным неподвижно на основании при помощи оси и стержня, шарнирное соединение одного конца стержня с упомянутым рычагом, а другого конца стержня с неподвижным основанием, и выполнение тяги и стержня с возможностью регулировки их длины позволяет регулировать в процессе наладки разъединителя пространственное положение точки соединения тяги на неподвижном основании, тем самым компенсировать упругие деформации подвижного контакта разъединителя, обусловленные, например, собственным весом.
Снабжение ведущего полуножа по крайней мере одной пружиной, один конец которой шарнирно соединен с ведущим полуножом, а другой шарнирно соединен с неподвижным основанием, позволяет дополнительно снизить нагрузки на узлы контактной системы разъединителя от веса ее подвижных элементов, что увеличивает надежность работы узла. Возможна установка двух пружин на одном конце ведущего полуножа с разных его сторон.
Закрытие кожухами шарнирных соединений взаимно подвижных элементов контактного ножа, шарнирных соединений ведущего полуножа и тяги с основанием и неподвижного контакта позволяет исключить попадание осадков, образование гололеда, что предотвращает воздействие факторов окружающей среды на эти элементы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - узел контактной системы разъединителя во включенном положении;
на фиг. 2 - узел контактной системы разъединителя в отключенном положении;
на фиг. 3 - узел контактной системы разъединителя во включенном положении с пружиной и защитными кожухами.
Узел контактной системы разъединителя включает неподвижный контакт 1, подвижный контакт, выполненный в виде складывающегося контактного ножа, который содержит связанные между собой ведущий полунож 2 и ведомый полунож 3. Один конец ведущего полуножа 2 посредством оси 4 шарнирно установлен на неподвижном основании 5 и через рычаг 6, ось 7, тягу 8 и рычаг 9, закрепленный на валу 10 (фиг. 1, 2), связан с приводом разъединителя (на чертежах не показан), посредством которого осуществляется управление подвижным контактом разъединителя.
На обращенных друг к другу концах ведущего и ведомого полуножей 2, 3 жестко закреплены зубчатые секторы 11, 12 и скобы 13, 14 (фиг. 1, 2), при этом концы полуножей 2, 3 шарнирно соединены между собой рычагом 15, одно плечо которого установлено на осях 16, проходящих через скобы 13, 14 и зубчатые секторы 11, 12. Оси 16 расположены на расстоянии, обеспечивающем внешнее зацепление зубчатых секторов 11, 12, которые вместе с одним плечом рычага 15 образуют зубчатую передачу. Второе плечо рычага 15 шарнирно соединено с концом тяги 17, установленной снаружи ведущего полуножа 2 и выполненной с возможностью регулировки ее длины. Другой конец тяги 17 шарнирно соединен с рычагом 18, который неподвижно закреплен на основании 5 при помощи оси 19 и стержня 20, имеющего возможность регулировки длины. Один конец стержня 20 шарнирно соединен с рычагом 18. Второй конец стрежня 20 шарнирно соединен с основанием 5. Обращенные друг к другу концы ведомого и ведущего полуножей 2, 3 соединены гибкой связью 21, закрепленной на этих концах. Ведущий полунож 2 соединен с выводной шиной 22, при помощи гибкой связи 23. Выводная шина 22, в свою очередь, неподвижно закреплена на неподвижном основании 5.
Для уменьшения нагрузки на привод и механизмы узла контактной системы разъединителя от веса подвижных элементов ведущий полунож 2 может быть снабжен пружиной 24 (фиг. 3), один конец которой шарнирно соединен с ведущим полуножом 2, а другой шарнирно соединен с неподвижным основанием 5. Пружины 24 могут быть установлены с двух сторон ведущего полуножа 2. Количество и характеристики пружин зависит от габаритных размеров разъединителя, определяемых классом напряжения, характеристик привода.
Для предотвращения вредного воздействия окружающей среды, например, попадания осадков, образования гололеда, шарнирные соединения взаимно подвижных элементов контактного ножа (зубчатых секторов 11, 12, рычага 15 с тягой 17), шарнирные соединения ведущего полуножа 2 с элементами основания 5, неподвижный контакт 1 могут быть закрыты кожухами 25, 26, 27 (фиг. 3). Кожух 25 закреплен на рычаге 15.
Узел контактной системы разъединителя работает следующим образом.
В исходном (включенном) положении контактного ножа разъединителя, как показано на фиг. 1, 3 ведущий и ведомый полуножи 2, 3 образуют между собой угол равный или близкий 180°.
При начале процесса отключения, под действием энергии привода (на фиг. не показан) начинает вращаться вал 10 вместе с закрепленным на нем рычагом 9, при этом рычаг 9 через соединенную с ним тягу 8 поворачивает ведущий полунож 2 против часовой стрелки относительно неподвижного основания 5. Одновременно поворачивается и тяга 17. При этом рычаг 15, соединенный шарнирно посредством осей 16 с ведущим и ведомым полуножами 2, 3, под действием тяги 17 приводится в движение, сохраняя пространственную ориентацию относительно неподвижного основания 5, и поворачивает ведомый полунож 3, заставляя жестко соединенный с ним зубчатый сектор 12 обкатывается по зубчатому сектору 11. Ведущий полунож 2 вместе с ведомым полуножом 3 поворачиваются до вертикального положения. Таким образом, в отключенном положении, задаваемым приводом и показанном на фиг. 2, ведущий и ведомый полуножи 2 и 3 образуют угол близкий или равный 0°.
В отключенном положении взаимное расположение ведущего 2 и ведомого 3 полуножей может быть отрегулировано путем регулировки длины тяги 17.
Во включенном положении взаимное расположения полуножей 2 и 3 может быть отрегулировано изменением длины стержня 20.
Процесс включения производится аналогично.
Таким образом, выполнение зубчатой передачи в виде зубчатых секторов, жестко закрепленных на обращенных друг к другу концах ведущего и ведомого полуножей контактного ножа, шарнирное соединение полуножей между собой рычагом, одно плечо которого установлено на осях, проходящих через зубчатые сектора таким образом, что они образуют зубчатую передачу с внешним зацеплением, позволило разместить зубчатую передачу снаружи полуножей подвижного контакта, тем самым исключить ограничения по форме и размерам их выполнения, снизить нагрузки в элементах узла контактной системы, обеспечить возможность их изготовления из недорогих материалов и упростить конструкцию, что как следствие, привело к повышению надежности работы узла контактной системы разъединителя.
Заявленный в качестве изобретения узел контактной системы разъединителя может использоваться в конструкциях разъединителей, выполненных со складывающимся контактным ножом в вертикальной или горизонтальной плоскости.