Электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам высоковольтных вакуумных выключателей с магнитной защелкой. Техническим результатом является улучшение эксплутационно-технических характеристик привода, повышение надежности и упрощение управления при наименьших затратах энергии. Электромагнитный привод с одним устойчивым состоянием магнитной системы содержит магнитопровод, якорь, установленные с возможностью перемещения, катушку управления и постоянные магниты, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименных полюсов в сторону рабочего зазора, последовательно с магнитным потоком, создаваемым катушкой управления. Причем магнитная система содержит, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи. Привод может быть снабжен механизмом ручного отключения, содержащим, по крайне мере, две магнитомягкие пластины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам высоковольтных вакуумных выключателей с магнитной защелкой.

Известные электромагнитные приводы высоковольтных вакуумных выключателей в общем случае состоят из мощного включающего электромагнита, механического удерживающего устройства (защелки), кинематических звеньев и цепей передачи усилия от электромагнита к вакуумным дугогасительным камерам (КДВ), отключающего электромагнита и расцепителей защиты присоединений.

Недостатком таких приводов является их многозвенная система кинематического соединения от штока якоря к механизмам поджатия КДВ, большая масса и сложная система отключения выключателя при оперативном и аварийном его отключении, обязательное наличие механической защелки, а также большое потребление энергии от сети питания.

В настоящее время существует новое поколение вакуумных выключателей, имеющих приводную часть с электромагнитными приводами и удерживающими устройствами на постоянных магнитах.

К такому типу электромагнитных приводов относятся привода, разработанные в СП РЗВА, г.Ровно и на предприятии «Таврида-электрик», г.Москва. Электромагнитный привод, состоящий из шихтованного магнитопровода, якоря, выполненного в форме прямоугольной призмы, двух катушек управления, двух установленных соосно постоянных магнитов из соединений редкоземельных элементов, которые образуют две магнитные цепи, называемые «магнитными защелками», в которых фиксируется якорь в двух устойчивых положениях «включено» и «отключено», причем постоянные магниты установлены таким образом, что формируются параллельные магнитные потоки от управления катушек и постоянных магнитов (патент РФ №2214640, Н01Н 33/66).

Близким по технической сути к предлагаемому изобретению является также привод с «магнитной защелкой», разработанный на предприятии «Таврида-электрик» для выключателей серии BB/TEL (патент РФ №2020631, Н01Н 33/66), состоящий из круглого якоря, верхней и нижней плит, составляющих основной магнитопровод, катушки управления и кольцевого магнита, выполненного из магнитотвердого сплава и охватывающего катушку. Привода устанавливаются под каждым полюсом выключателя. При включении привода катушка управления электромагнита создает необходимую энергию электромагнитного поля для преодоления противодействующих сил и одновременно с этим намагничивается кольцевой магнит до определенного значения остаточной индукции, необходимой для удержания якоря во включенном состоянии. При отключении в катушку управления подается импульс обратной полярности, кольцевой магнит размагничивается до некоторого минимального значения остаточной индукции и привод снимается с магнитной защелки, т.е. происходит отключение выключателя.

К существенным недостаткам привода, разработанного на СП РЗВА, следует отнести то обстоятельство, что как и у всякой двухпозиционной устойчивой системы существенно затруднено ручное включение выключателя, т.к. при этом необходимо преодолеть довольно значительное усилие удержания якоря магнитным полем постоянных магнитов, чтобы перевести систему из одного устойчивого положения в другое, а также наличие двух катушек управления и большие массогабаритные характеристики данного типа привода.

К недостаткам привода для выключателей серии BB/TEL предприятия «Таврида-электрик» следует отнести зависимость степени остаточной намагниченности кольцевого магнита при включении от колебаний питающего напряжения, например, при понижении питающего напряжения количество энергии, расходуемое на намагничивание кольцевого магнита, уменьшится, в результате чего магнитное кольцо намагнитится до меньшего значения остаточной индукции, что повлияет на усилие удержания в сторону его уменьшения. Кроме того, в выключателях серии BB/TEL применяются три магнита с магнитной защелкой под каждым полюсом, что усложняет схему управления этой системой электромагнитов, а это приводит к снижению надежности выключателя.

Эти недостатки снижают эксплуатационно-технические характеристики приводов.

Предлагаемое изобретение - это новый тип электромагнитного привода, использующего принцип «магнитной защелки», в котором отсутствуют недостатки, присущие прототипам.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания нового типа электромагнитного привода, который удовлетворяет всем требованиям ГОСТ 687-78, предъявляемым к эксплуатационно-техническим характеристикам выключателей на основе такого типа приводов, и вместе с тем является многофункциональным, объединяющим функции включения-выключения выключателя, а также является элементом защиты присоединений и выполнен в едином механизме. При этом улучшены технико-экономические и массогабаритные характеристики, надежность и легкость управления при наименьших затратах энергии.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя, содержащий магнитопровод из магнитного материала, круглый якорь, перемещающийся в двух направляющих в пределах рабочего зазора, постоянные магниты высокой энергии на основе соединений редкоземельных элементов, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименными полюсами в сторону рабочего зазора, одну катушку управления, отличается тем, что имеет однопозиционную, с одним устойчивым состоянием магнитную систему, которая имеет, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи, в каждой из которых постоянные магниты своими полюсами установлены последовательно с образующимся при включении и отключении магнитным потоком катушки управления, при этом имеет механизм ручного отключения, содержащий как минимум две магнитомягкие пластины, за счет которых происходит шунтирование основного магнитного потока двух из четырех магнитных цепей и таким образом обеспечивающий ослабление его в рабочем зазоре и отключение при сравнительно невысоких затратах энергии.

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 изображен привод вакуумного выключателя во включенном состоянии;

на фиг.2 - механизм ручного отключения, вид В.

Конструктивно электромагнитный привод вакуумного выключателя состоит (фиг.1) из цилиндрического якоря 3 со штоком 10, нижней опорной плиты 8, фланца 2, четырех планок 4, выполненных из магнитомягкого материала, двух бронзовых втулок направляющих якоря - верхней 1 и нижней 9, поводка 11, кинематически связывающего якорь с рычагом промежуточного вала выключателя, восьми опорных стоек 14 из немагнитного материала, катушки управления 5 и четырех постоянных магнитов высокой энергии, изготовленных на основе редкоземельных элементов 6.

В состав привода входит и механизм ручного отключения, состоящий из вала 12, двух подшипников скольжения 15, двух ферромагнитных пластин 7, выполненных из магнитомягкого материала и рычага управления 13.

Работа электромагнитного привода происходит следующим образом.

При подаче напряжения управления постоянного тока на обмотку катушки 5 электромагнита в ней возникает магнитное поле, направленное последовательно и согласно с магнитным полем постоянных магнитов 6 в рабочий зазор, в результате чего якорь перемещается в сторону уменьшения рабочего зазора к нулю и совершает при этом определенную работу, и через рычаг промежуточного вала выключателя включает его, а при снятии рабочего напряжения с катушки якорь удерживается в притянутом к нижней плите 8 положении энергией магнитного поля постоянных магнитов 6, при этом выключатель остается во включенном положении. Такая кинематическая схема обеспечивает минимальное количество звеньев и как следствие минимальный износ деталей на протяжении всего срока эксплуатации. Для отключения выключателя необходимо подать на управляющую катушку напряжение обратной полярности. Возникающий магнитный поток катушки при этом направлен встречно магнитному потоку постоянных магнитов и компенсирует его действие, уменьшая удерживающее усилие. Под воздействием энергии сжатых пружин поджатия КДВ и отключающей пружины выключатель отключается. В режиме удержания якоря результирующая сила магнитного поля постоянных магнитов составляет 1600÷2300 Н. Такое усилие обеспечивает надежную фиксацию КДВ во включенном положении, в том числе в условиях значительных вибраций и ударов.

Для перевода выключателя из включенного положения в отключенное вручную необходимо переместить рукоятку 13 (фиг.2, вид В) влево таким образом, чтобы пластины 7 вошли в зацепление с двумя магнитными цепями в зоне установки постоянных магнитов 6 и замкнули магнитные потоки от этих двух магнитов по кратчайшему пути. При этом результирующее удерживающее усилие резко уменьшается и под воздействием пружин поджатия КДВ и отключающей пружины выключатель отключается. После завершения операции отключения рукоятка 13 и пластины 7 возвращаются в исходное (фиг.2, вид В) положение.

Таким образом, предлагаемый электромагнитный привод обладает рядом достоинств, по сравнению с существующими приводами на силовых электромагнитах:

- малые токи потребления при операциях «включено» и «отключено»;

- стабильность характеристик при колебаниях питающего напряжения в широком интервале значений;

- любое рабочее пространственное положение;

- безусловное выполнение требований ГОСТ 687-78 в части установки выключателя на защелку (полного включения) в условиях короткого замыкания в главных цепях и быстрого спада питающего выключатель оперативного напряжения;

- легкость ручного включения и отключения выключателя;

- существенно меньший «дребезг» главных контактов КДВ при проведении операции «включено».

Предлагаемое изобретение позволит создать высокотехнологическую, эффективную, многофункциональную и малогабаритную серию электромагнитных приводов нового типа с необходимыми мощностями управления для создания на их базе нового поколения вакуумных выключателей.

Опытный образец предлагаемого электромагнитного привода с магнитной защелкой прошел все нормативные испытания на базе серийно выпускаемого выключателя типа ВБ 10-20 с КДВ типа КДВА-5 и подтвердил соответствие расчетных параметров требованиям, предъявляемым к вакуумным выключателям с электромагнитным приводом зависимого (прямого) действия ГОСТ 687-78, в том числе и в части решения задач аварийной защиты присоединений.

1. Электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя, содержащий магнитопровод из магнитного материала, круглый якорь, перемещающийся в двух направляющих в пределах рабочего зазора, постоянные магниты высокой энергии на основе соединений редкоземельных элементов, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименными полюсами в сторону рабочего зазора, одну катушку управления, отличающийся тем, что имеет однопозиционную, с одним устойчивым состоянием магнитную систему, которая имеет, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи, в каждой из которых постоянные магниты своими полюсами установлены последовательно с образующимся при включении и отключении магнитным потоком катушки управления.

2. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что имеет механизм ручного отключения, содержащий как минимум две магнитомягкие пластины, за счет которых происходит шунтирование основного магнитного потока двух из четырех магнитных цепей и таким образом обеспечивающий ослабление его в рабочем зазоре и отключение при сравнительно невысоких затратах энергии.