Вакуумное коммутационное устройст-bo и способ управления им
Воесо>зная
678
ИСАНИЕ
ОБРЕТЕН ИЯ
РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i i) 794 ительное к авт. свид-ву о 01.09.78 (21) 2659926/24-07 (51) М. Кл.
Н 01 Н 33/66 динением заявки №
Го ет (53) УДК 621.316.54 (088.8) ковано 07.01.81. Бюллетень № 1 публикования описания 07.01.81 (72) Авторы изобретения А. М. Рывкин, В. Б. Козлов, В. А. Воздвиженский, Б. П. Макаров, Ю. Ф. Худалеев и А. И. Уткин (71) Заявитель (54) ВАКУУМНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
С ГИДРОПРИВОДОМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ
УСТРОЙСТВОМ
Изобретение относится к высоковольтным электрическим аппаратам, в частности содержащим вакуумные дугогасительные камеры, контакты которых приводятся в движение с помощью гидравлики. Преимущественная область использования — высоковольтные вакуумные выключатели.
Известны высоковольтные вакуумные коммутационные аппараты, в которых управление подвижными контактами вакуум- 10 ных дугогасительных камер осуществляется с помощью гидроцилиндров (гидромоторов) и системы гидропривода (1), В указанных коммутационных аппаратах 15 подвижный контакт вакуумной дугогасительной камеры связан механической передачей с гидромотором. Имеется гидронасос или гидроаккумулятор с рабочей жидкостью, трубопроводы и вспомогательные эле- 20 менты гидропривода (клапаны, распределители, баки и пр.). Имеются также отключающая пружина и электромагнитные элементы управления. Способ управления аппаратами состоит в том, что замыкание 25 либо размыкание контактов вакуумной дугогасительной камеры осуществляют путем нагнетания рабочей жидкости под давлением в гидромотор или путем выпуска жидкости из гидромотора. 30
Все известные выключатели и другие коммутационные устройства с внешним гидромотором имеют механические связи, передающие движение и усилия от гидромотора к контактам вакуумной дугогасительной камеры.
Недостатком известных устройств указанного типа и используемого способа управления ими является сложность, обусловленная наличием как механических передач, так и гидросистемы, содержащей гидромотор, гидронасос и вспомогательные элементы гидроавтоматики. Другим недостатком является низкая надежность, связанная с большим числом уплотненных гидросоединений, которые должны выдерживать большие давления.
Известен вакуумный коммутационный аппарат с гидроприводом, в котором давление рабочей жидкости создается кратковременно (2). Три полюса смонтированы на основании, вдоль которого проходит общий вал; к рычагам вала прикреплены тяги из электроизоляционного материала, управляющие работой подвижных контактов вакуумных дугогасительных камер. Поворот вала производится гидравлическим приводом. При включении пусковой электромагнит выбивает подпружиненную защелку и она, поворачиваясь, замыкает контакты в
794678
10 цепи управления электродвигателя. Двигатель приводит в действие масляный насос, накачивающий под высоким давлением масло из резервуара под поршень приводного механизма. Поршень переводит систему во включенное положение, сжимая при этом контактные пружины и пружины отключения. В конце хода система садится на защелку. После отпадания электромагнита включения цепь электродвигателя размыкается, он останавливается и давление масла в системе выравнивается. При отключении соответствующий электромагнит выбивает защелку, и подвижная система под действием отключающих пружин переводится в отключенное положение. При этом открывается перепускной клапан, обеспечивая быстрый сброс масла из-под поршня привода в резервуар.
Недостаток такого аппарата — электромагнитное управление защелками, которое усложняет систему и снижает ее надежность. Кроме того, имеются отмеченные выше недостатки, связанные со сложностью кпнематических и механических связей гидропривода с контактами камер, Известен также вакуумный выключатель с гидравлическим управлением контактами вакуумных дугогасительных камер, в котором в качестве гидроцилиндра использован сильфон подвижного контакта самой вакуумной камеры, что упрощает механизм (3).
В вакуумной дугогасительной камере подвижный контакт соединен с фланцем разделительным сильфоном, который обеспечивает подвижность контакта и разделяет вакуум внутри камеры и внешнюю среду.
В известном выключателе фланец вакуумной камеры, сильфон и приваренный к фланцу с внешней стороны корпус образуют закрытое пространство, заполненное изоляционной жидкостью и соединенное трубопроводом с гидронасосом гидропривода. Имеется отключающая пружина растяжения, расположенная внутри закрытого пространства и соединенная одним концом с подвижным контактом, а другим с корпусом. Способ управления выключателем состоит в том, что для включения в закрытое пространство накачивают жидкость под давлением. При этом сильфон камеры растягивается и происходит замыкание контактов. Одновременно взводится отключающая пружина. Для удержания контактов в замкнутом состоянии и поддержания контактного нажатия сохраняют соответствующее давление жидкости все время, пока выключатель включен. Для отключения выключателя сбрасывают давление, и контакты размыкаются под действием отключающей пружины. При этом избыток жидкости сливается из закрытого пространства, а сильфон сжимается.
Для известного выключателя характерно, что объем закрытого пространства из20
25 зо
65 меняется при включении и отключении, что требует соответственно накачивания и слива жидкости. .Недостатком выключателя является необходимость иметь гидронасос и остальные элементы гидропривода, без которых нельзя осуществить нагнетание, а затем спуск жидкости из закрытого пространства. Другим недостатком является необходимость поддерживать давление жидкости все время, пока контакты должны оставаться замкнутыми. При площади сильфона камеры 10 см и силе контактного нажатия
300 кГс требуется давление жидкости 30ат.
Все уплотнения трубы, сосуды и сам сильфон должны быть рассчитаны на длительную работу под давлением такого порядка, что приводит к удорожанию и снижению надежности.
Целью изобретения является упрощение, снижение стоимости и повышение надежности вакуумного коммутационного устройства с гидроприводом.
Цель достигается тем, что в вакуумном коммутационном устройстве с объемным гидроприводом, содержащем корпус с изоляционной плитой и по меньшей мере одну вакуумную дугогасительную камеру, имеющую контактный узел с подвижным контактом и сильфоном, отключающую пружину, причем корпус и сильфоны камер образуют замкнутое пространство, заполненное жидкостью, в которую погружены внешние подвижные детали контактного узла, корпус имеет расширитель, связанный с корпусом через узел выравнивания статического давления, в стенку корпуса вмонтирован сильфон, соединенный штоком с приводом, контактный узел вакуумной камеры содержит защелку, контактную пружину и по меньшей мере один дополнительный сильфон помимо сильфона вакуумной дугогасительной камеры, связанный с контактной пружиной непосредственно или через промежуточные детали и омываемый жидкостью с одной стороны. Способ управления предлагаемым коммутационным устройством состоит в том, что нажатием со стороны привода на вмонтированный в стенку корпуса упомянутый сильфон создают в замкнутом и неизменном объеме жидкости импульс давления, которое растягивает сильфон вакуумной камеры и сжимает (либо растягивает) дополнительный сильфон, благодаря чему контакты замыкаются, а отключающая и контактная пружины взводятся. После прохождения импульса давления контактная пружина несколько ослабевает за счет сокращения провала контакта, и при обратном ходе контактная система садится на защелку, тем самым удерживаясь во включенном положении при отсутствии давления жидкости. Отключение осуществляют созданием другого импульса давления в том же неизменном объеме
794678 жидкости. Под действием этого другого импульса давления контактная пружина поджимается дополнительным сильфоном до полной величины провала, а контактный узел при этом освобождается от защелки, и под действием отключающей пружины контакты камеры размыкаются после прохождения импульса давления.
На фнг. 1 показан поперечный разрез предлагаемого устройства с двумя дополнительными сильфонами в выключенном положении; на фиг. 2 — то же, во включенном положении; на фиг. 3 — вариант выполнения механизма защелки; на фиг.
4 — вариант размещения двух дополнительных снльфонов; на фиг. 5 — вакуумное устройство с одним дополнительным сильфоном в разомкнутом положении; на фиг.
6 — то же, во включенном положении; на фиг. 7 — высоковольтный вариант выполнения устройства с несколькими вакуумными дугогасительными камерами в фазе.
Вакуумный выключатель (фиг. 1) содержит вакуумную дугогасительную камеру 1 и корпус 2 с изоляционной плитой 3. Контактный узел камеры 1 содержит подвижный контакт 4, сильфон 5, отключающую пружину 6, скобу 7, толкатель 8, пружину
9, фиксатор 10 и водило 11. Два последних закреплены на скобе 7. На плите 3 корпуса
2 укреплены вакуумная дугогасительная камера 1 и два дополнительных сильфона
12 с тягами 13, пропущенными сквозь скобу 7. На корпусе 2 укреплена защелка 14, имеется расширитель 15, связанный с внутренней полостью корпуса 2 через узел 16 выравнивания статического давления, и сильфон (датчик) 17 с выведенным наружу штоком 18. Корпус 2 и сильфон 5 вместе с остальными сильфонами 12 и 17, образуют замкнутое пространство, заполненное трансформаторным маслом. Корпус 2 заполнен жидкостью 19.
На фиг. 1 контакты камеры 1 разомкнуты..Для их замыкания прикладывают к штоку 18 усилие P. Под действием силы P во всем объеме жидкости со скоростью звука распространится давление, равное
Р/S y, где S 7 — площадь сечения сильфона
17. Под действием этого давления сильфон
5 растянется, а сильфоны 12 сожмутся, в соответствии с чем растянется сильфон 17, так что суммарный объем жидкости в замкнутом пространстве не изменится, если считать жидкость несжимаемой. Узел 16 при этом не пропускает масло.
Сила, растягивающая сильфон 5, приложена непосредственно к подвижному контакту 4 и действует в сторону его замыкания. Независимо от нее силы, сжимающие сильфоны 12, через тяги 13 прикладываются к скобе 7 и взводят (сжимают) пружины б и 9. При этом сила сжатия пружины
9 передается контакту 4 через толкатель 8.
После замыкания контакт ф и толкатель 8
6, останавливаются, а скоба 7 продолжает двигаться дальше, дополнительно сжимая пружины 6 и 9. Между толкателем 8 и скобой 7 образуется зазор, соответствующий провалу контактов (фиг. 2). При движении скобы 7 вниз водило 11 подготавливает защелку 14 к занятию запертого положения.
Прн снятии давления с жидкости пружины б н 9 отбрасывают скобу 7 вверх, несколько сокращая провал контакта, а фиксатор
10 поворачивает защелку 14, садится на пее, благодаря чему вся контактная система стопорнтся во включенном положении, показанном на фиг. 2.
Для размыкания контактов прикладывают вновь к штоку 18 силу P. Тогда сильфоны 12, сжимаясь, подтягивают скобу 7 до полной величины провала, в результате чего водило 11 подготавливает отпущенную защелку 14 к занятию свободного положения. При снятии давления пружины 6 и 9 распрямляются, скоба 7 ударяет по толкателю 8, и далее под действием этого удара и усилия пружины б происходит размыкание контактов, а контактная система занимает положение, показанное на фиг. 1.
На фиг. 3 пояснен принцип действия одного из вариантов выполнения защелки.
Фиг. 3 а показывает механизм защелки в свободном положении, которое он занимает при разомкнутых контактах камеры 1. В этом положении защелка 14 не препятствует движению фиксатора 10 в любую сторону. При движении вниз водило 11 встречает верхний больший- выступ защелки 14 и поворачивает ее вокруг неподвижной оси
20 на угол, достаточный для того, чтобы противоположный нижний больший выступ вышел на линию перемещения фиксатора
10 (фнг. 3 б). В этой позиции механизм защелки подготовлен к занятию запертого положения, которое достигается при обратном движении фиксатора 10 вверх. При этом он встречает нижний больший выступ защелки 14, поворачивает ее на некоторый угол и оказывается заклиненным ею (фиг.
3 в). В этой позиции механизм защелки занимает запертое положение, соответствующее замкнутым контактам камеры 1. Далее, при движении водила 11 вниз, оно встречает боковую сторону верхнего малого выступа защелки 14 и поворачивает ее на угол, достаточный, чтобы вывести нижний малый угол на линию движения фиксатора 10 (фиг. Зг). При обратном движении фиксатора 10 вверх механизм занимает свободное положение, показанное на фиг. 3а. Таким образом, фиксатор и водило совершают качательные движения вверх и вниз. а защелка шагами поворачивается все время в одну сторону, поочередно то запирая, то отпуская фиксатор.
Включение и отключение контактов камеры 1 в устройстве:(фиг. 1, 2) осуществляют подачей кратковременных импульсов .
794678 давления, в ограниченном объеме жидкости, причем объем жидкости постоянен. При этом важно, чтобы температурные изменения не приводили к существенным колебаниям нулевого уровня давления, так как это может нарушить работу устройства.
Для предотвращения этого служат расширитель 15 и узел 16 выравнивания статического давления. Узел 16 может содержать фильтр с малой пропускной способностью, выбранной таким образом, что при медленных температурных изменениях давления жидкость успевает перетекать сквозь фильтр и давления в корпусе 2 и расширителе 15 выравниваются. При быстрых же кратковременных импульсах давления фильтр не успевает его стравить и практически не оказывает влияния.
Вместо фильтра узел 16 может содержать динамический клапан, пропускающий жидкость в стационарных условиях и запирающийся при внезапных изменениях давления.
В устройстве по фиг. 1, 2 сила контактного нажатия определяется пружиной 9 и благодаря дополнительным сильфонам 12 может быть значительно большей, чем способен обеспечить сильфон 5 под допустимым для него давлением. В момент замыкания контактов контактное нажатие слагается из суммы сил сильфона 5 и пружины 9 за вычетом усилия пружины 6. Размыкание контактов происходит с ударом, необходимым для нарушения возможного сваривания контактов.
Импульс силы P может быть создан любым способом, например с помощью какого-либо аккумулятора энергии, пружины, сжатого газа или с помощью электромагнита.
На фиг. 4 показано устройство с другим размещением дополнительных сильфонов
12 при соосном их расположении. Остальные детали и их взаимодействие аналогичны показанным на фиг. 1, 2, с той лишь разницей, что отсутствуют тяги 13, а сильфоны 12 непосредственно соединены со скобой 7. Эта конструкция более компактная.
В тех случаях, когда сильфон 5 развивает под давлением достаточное усилие, чтобы обеспечить требующееся контактное нажатие в момент замыкания, а также сжатие отключающей пружины 6, может быть использовано устройство с одним дополнительным сильфоном 12, размещенным, как показано на фиг. 5, 6. Скоба 7 крепится непосредственно к контакту 4, и ей придана форма обоймы, в которую вложен отпаянный сильфон 12. Внутрь сильфона 12, в свою очередь, вложена контактная пружина 9. Фиксатор 10 и водило 11 укреплены на торце сильфона 12.
На фиг. 5 устройство показано в отключенном положении. Давление жидкости, со5
60 зданное приложением усилия P к штоку
18, вызывает растяжение сильфона 5, который замыкает контакт 4 и взводит пружину 6. Независимо от этого сильфон 12 сжимается и сжимает пружину 9, причем сила сжатия не передается на контакт 4, так как жидкость сжимает сильфон 12 с обоих торцов. После снятия давления контактная система садится на защелку 14 таким же образом, как описано выше применительно к фиг. 1, 2. Устройство занимает включенное положение, показанное на фиг. 6, и теперь контактное нажатие создает пружина 9. Для отключения прикладывают вновь усилие P. Сильфон 12 поджимает пружину 9 до полного провала. После снятия давления сначала пружина 9 распрямляет сильфон 12, и он ударяет своим верхним торцом в края скобы 7. Этот удар передается на контакт 4, а затем отключающая пружина 6 осуществляет размыкание, отбрасывая вверх контакт 4 и скобу 7 со всем ее содержимым. Выключатель возвращается в положение, показанное на фиг. 5.
Остальные, не упомянутые детали и узлы выключателя взаимодействуют так же, как в конструкции по фиг. 1, 2. Сильфон 12 может быть эвакуирован или заполнен газом.
В последнем случае газ используется как упругий элемент наравне с пружиной.
На фиг. 7 показан высоковольтный вариант устройства. В этом случае изоляционная плита 3 корпуса 2 выполнена в виде изолятора с плитой 21. К плите 21 подвешены несколько условно обозначенных узлов 22. Каждый узел 22 содержит вакуумную дугогасительную камеру со всеми обозначенными на фиг. 4 или фиг. 5, 6 деталями контактной системы, включая дополнительный сильфон и защелку. Действие устройства при включении и отключении не отличается от описанного выше и осуществляется нажатием на шток 18. Расширитель 15 и узел 16 укреплены на плите 21.
Технико-экономическая эффективность изобретения определяется следующим. В гидравлической системе отсутствует сложная аппаратура и количество уплотнений сведено к минимуму. Система находится под давлением лишь кратковременно. В аппарате отсутствуют механические связи между землей и потенциалом. Приложением силы в одном месте может быть осуществлено управление несколькими вакуумными дугогасительными камевами. Трансформаторное масло может одновременно использоваться и как рабочая жидкость гидросистемы, и как изоляционная среда в высоковольтном устройстве, снижается стоимость и повышается надежность устройства.
Формула изобретения
1. Вакуумное коммутационное устройство с гидроприводом, содержащее корпус и
794678
10 по меньшей мере одну вакуумную дугогасительную камеру с контактным узлом с подвижным контактом и сильфоном, отключающую пружину, причем корпус и сильфоны камер образуют замкнутое пространство, заполненное жидкостью, в которую погружены внешние подвижные детали контактного узла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, корпус снабжен сильфоном и 10 расширителем, который связан с корпусом через узел выравнивания статического давления, а контактный .узел выполнен в виде защелки, контактной пружины и по меньшей мере одного дополнительного сильфона, 15 который связан с указанной пружиной непосредственно или через промежуточные детали и омывается жидкостью.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел выравнивания статического >0 давления снабжен фильтром.
3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что узел выравнивания статического давления снабжен клапаном, который заперт при импульсивном изменении давле- 25 ния и открыт для свободного протекания жидкости в стационарных условиях.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительные сильфоны связаны с пружиной при помощи скобы и сопря- З0 женных с ней тяг, причем тяги соединены с указанными дополнительными сильфонами, а контактная пружина соединена одним концом с указанной скобой, а другим через промежуточные детали с подвижным 35 контактом вакуумной дугогасительной камеры, 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительные сильфоны расположены соосно и связаны с одним концом 40 контактной пружины через скобу, с которой они непосредственно соединены торцами, причем другой конец пружины через промежуточные детали связан с подвижным контактом вакуумной дугогасительной камеры, 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что концы контактной пружины соединены с торцами дополнительного сильфона, которые вставлены в скобу, соединенную непосредственно или через промежуточные детали с подвижным контактом вакуумной дугогасительной камеры.
7. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что по крайней мере одна вакуумная дугогасительная камера целиком размещена в указанном замкнутом пространстве, заполненном жидкостью.
8. Способ управления устройстом по п. 1 путем включения и отключения контактов по меньшей мере одной вакуумной дугогасительной камеры, причем включение осуществляют растяжением жидкостью под давлением сильфонов камер с одновременным взведением отключающих пружин, отличающийся тем, что растяжение указанных сильфонов камер, сжатие или растяжение дополнительных сильфонов и взведение указанных отключающих пружин и контактных пружин осуществляют созданием импульса давления в замкнутом и неизменном объеме жидкости, причем после прохождения импульса давления контактные узлы удерживают во включенном положении, а отключение осуществляют созданием другого импульса давления указанной жидкости.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США № 3548256, кл. 317 †, 1968.
2. Патент США № 3674955, кл. 200 — 82В, 1970.
3. Патент Англии № 1162372, кл. Н1И, 1973,
