Високовольтний триполюсний вакуумний вимикач

Реферат: Винахід належить до електротехніки, зокрема до високовольтних вимикачів навантаження із вакуумними дугогасильними камерами. Високовольтний триполюсний вакуумний вимикач містить опорну ізоляцію, виконану у вигляді опорної площини, до якої прикріплені три вакуумні дугогасильні камери з розміщеними в них нерухомими і рухомими контактами, причому камери розташовані з утворенням їх осями в просторі вертикальної площини, механізм керування рухомими контактами, який містить послідовно і функціонально з′єднані регулювальний елемент, виконаний з можливістю повороту та приєднання до нього силового елемента, перший диск, дві спіральні пружини, жорстко приєднаний до першого диска ізолятор із закріпленими на ньому на однаковій відстані трьома однаковими штовхачами, кожний із яких має паз зі встановленим в ньому підшипником, посадженим на вісь, жорстко з'єднану через вузол притиснення до рухомого контакту відповідної вакуумної дугогасильної камери, підшипникову засувку, виконану з можливістю фіксації механізму керування рухомими контактами в положенні ″вимкнення″ і ″вмикання″. Механізм керування рухомими контактами розміщений у корпусі, який виконаний із двох з′єднаних, паралельно встановлених на відстані одна від одної пластин, друга з яких є зовнішньою відносно усього вимикача. Регулювальний елемент виконаний у вигляді осі-регулятора, на якій додатково встановлений другий диск, який має виїмку та обладнаний опорною поличкою, причому другий диск є ведучим відносно до першого диска, який є веденим. Обидві спіральні пружини також розміщені на спільній осірегуляторі та виконані однаково оборотними і однаково орієнтованими. Кожна спіральна пружина притиснена до відповідного диска, обидві спіральні пружини закріплені зовнішніми кінцями до опорної полички, при цьому внутрішній кінець спіральної пружини, яка притиснена до веденого диска, закріплений до цього диска, а внутрішній кінець спіральної пружини, притисненої до другого диску - до другої (зовнішньої) пластини корпуса. При цьому пружина, приєднана до другого диска, є пружиною вимкнення, а пружина, що приєднана до першого диска - пружиною вмикання. Перша пластина корпусу має встановлений на її поверхні упор, що UA 102019 C2 (12) UA 102019 C2 спрямований усередину корпуса, а друга зовнішня пластина корпусу має отвір, співвісний осірегулятора та більший її за діаметром. Упор та опорна поличка встановлені з можливістю обмеження переміщення спіральних пружин. Підшипникова засувка має вісь засувки та встановлені на осі засувки два утримувачі, в кожному з яких закріплений фіксувальний підшипник, і кручену пружину, встановлену на осі засувки між утримувачами. З зовнішньої сторони другої пластини корпусу встановлений механічний перемикач, що прапорцем з′єднано з найближчим утримувачем. UA 102019 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до високовольтних вимикачів навантаження із вакуумними дугогасильними камерами. Відомі вакуумні вимикачі [Вимикачі високовольтні вакуумні триполюсні типів ВВТЭ-10-20, ВВТП-10-20. Промисловий каталог 02.05.08-68, Информэлектро, 1986], в яких загальний вал приводу з'єднаний з рухомими контактами вакуумних камер через триполюсні шарнірноважільні механізми і три ізолятори впливу на рухливі контакти вакуумних камер тягового типу. Використання шарнірно-важільних механізмів призводить до значних енергетичних втрат при низькій надійності конструкції, зменшення довговічності триполюсного вакуумного вимикача. Відомий високовольтний триполюсний вакуумний вимикач [патент RU 2156006 7Н01Н33/66, Н01Н33/42], що містить три вакуумні дугогасильні камери, елементи кріплення трьох полюсів, опорну ізоляцію, Ізоляційні тяги, механізм керування рухомими контактами, що містить принаймні один електромагніт з рухомим осердям, призначений для керування рухомими контактами вакуумних дугогасильних камер, Вакуумні дугогасильні камери розташовані з утворенням в просторі трикутника, електромагніт розміщений усередині трикутника, утвореного вакуумними дугогасильними камерами, а його рухоме осердя оснащено трьома виступами, з'єднаними з ізоляційними тягами й розташованими в напрямку осі переміщення вакуумних дугогасильних камер. Високовольтний триполюсний вимикач має досить просту конструкцію, але суттєві недоліки обмежують його застосування. Наявність електромагніта призводить до інертності увімкнення і виключення за рахунок перехідних процесів у самому електромагніті, Наявність пружини біля одного із полюсів провокує неодночасність увімкнення і виключення всіх полюсів. Ці причини призводять до зайвих втрат енергії, обгоряння, зношення контактів, необхідності їх заміни. У випадку зварювання контактів однієї з вакуумних дугогасильних камер (що майже завжди відбувається при протіканні струмів короткого замкнення) спроба вимкнення викличе перекіс і поломку механізму керування рухомими контактами. Найбільш близьким за суттю є високовольтний триполюсний вакуумний вимикач [патент UA № 95761 НОШ 33/66 (2006.01)], що містить три вакуумні дугогасильні камери з розміщеними в них нерухомими і рухомими контактами, опорну ізоляцію, елементи кріплення трьох полюсів, механізм керування рухомими контактами, причому опорна ізоляція виконана у вигляді площини, до якої прикріплені полюси, вакуумні дугогасильні камери розташовані з утворенням своїми осями в просторі вертикальної площини, а механізм керування рухомими контактами містить послідовно і функціонально зв'язані регулювальний елемент, виконаний, з можливістю приєднання силового елемента, диск, що виконаний принаймні з однією виїмкою, дві спіральні пружини, кожна з яких притиснена до диска, підшипникову засувку, що має два фіксувальні підшипники. Такий триполюсний вакуумний вимикач є малоенерговитратним і довговічним, бо його конструкція захищає його від перекосу і заклинювання механізму керування рухомими контактами, але не може бути використаним в конструкціях автоматичних і напівавтоматичних вимикачів, бо не відповідає критеріям швидкодії. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення триполюсного вакуумного вимикача для відповідності потребам автоматичних і напівавтоматичних вимикачів по забезпеченню швидкодії, зі збереженням їх малоенерговитратності і довговічності. Поставлена задача вирішується тим, що високовольтний триполюсний вакуумний вимикач, що містить три вакуумні дугогасильні камери, з розміщеними в них нерухомими і рухомими контактами, розташовані з утворенням осями в просторі вертикальної площини, опорну ізоляцію, виконану у вигляді площини, до якої прикріплені полюси, механізм керування рухомими контактами, що містить послідовно і функціонально зв'язані регулювальний елемент, виконаний з можливістю повороту та приєднання до нього силового елемента, диск, що виконаний з виїмкою, дві спіральні пружини, жорстко приєднаний до диска ізолятор із закріпленими на ньому на однаковій відстані трьома однаковими штовхачами, кожний із яких має паз зі встановленим в ньому підшипником, посадженим на вісь, жорстко з'єднану через вузол притиснення до рухомого контакту відповідної вакуумної дугогасильної камери, і підшипникову засувку. Вимикач додатково містить другий диск, який виконаний з виїмкою та обладнаний опорною поличкою, і корпус, виконаний із двох паралельно встановлених на відстані, з'єднаних пластин, регулювальний елемент виконаний у вигляді осі-регулятора, одна із пластин корпусу, яка розташована біля ізолятора, обладнана розміщеним на її поверхні упором, що направлений всередину корпусу, а друга пластина (зовнішня) додатково має отвір, співвісний осі-регулятору, та більшій її за діаметром, підшипникова засувка додатково містить вісь засувки та встановлені на вісь засувки два утримувачі, в кожному з яких закріплений 1 UA 102019 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фіксувальний підшипник, кручену пружину, встановлену на вісь засувки між утримувачами, та приєднаний до механічного перемикача, розміщеного назовні на другій (зовнішній) пластині корпусу, прапорець, обидві спіральні пружини виконані однаково оборотними, кожна спіральна пружина притиснена до окремого диска, обидві спіральні пружини однаково орієнтовані і обидві закріплені зовнішніми кінцями до опорної полички, причому внутрішній кінець спіральної пружини на диску, що з'єднаний з ізолятором, закріплений до цього диска, внутрішній кінець спіральної пружини на другому диску - до другої (зовнішньої) пластини корпусу, а в корпусі розміщені обидва диски, жорстко встановлені на вісь-регулятор, та підшипникова засувка. Краще, коли підшипникова засувка додатково містить соленоїд, встановлений біля утримувача, з'єднаний з зовнішнім електричним перемикачем електричним зв'язком. Краще, коли опорна поличка другого диска, за довжиною приблизно дорівнює відстані між пластинами корпусу, розміщена перпендикулярно до диска і прикріплена серединою довжини до диска Лінійне розташування вакуумних дугогасильних камер із закріпленням полюсів на ізоляції у вигляді площини сприяє вертикальному, без перекосів, переміщенню рухомих контактів і, в кінцевому результаті, довговічності вимикача. Наявність у механізмі керування рухомими контактами послідовно і функціонально зв'язаних регулювального елемента, виконаного у вигляді осі-регулятора, з можливістю повороту та приєднання до неї силового елемента, двох дисків, двох спіральних пружини, підшипникової засувки забезпечує можливість програмування швидкості і режиму переміщення всіх рухомих елементів вимикача. Габарити спіральних пружин, форму виїмок, конструкції елементів пружинних засувок підбирають за розрахунками і експериментально перевіряють кожну конструкцію. Завдяки цьому можна передавати без ривків і полому достатньо великі зусилля, що дозволяє широко використовувати таку конструкцію, не обмежуючи габарити вимикачів. Наявність корпусу захищає механізм від дії зовнішнього середовища, дозволяє використовувати його пластину для створення нерухомої опори при повороті пружин і таким чином акумулювати механічну енергію, а також обмежувати амплітуду переміщення дисків, що сприяє їх збереженню і довговічності. Вдале взаємне розташування дисків з притисненими до них пружинами сприяє оперативності роботи вимикача. Використання для обмеження переміщення пружин упора та опорної полички сприяє синхронності і миттєвості переміщення дисків і поверненню їх у вихідне положення… Так як кожна спіральна пружина притиснена до окремого диска, обидві спіральні пружини розміщені на спільній осі, однаково орієнтовані і обидві закріплені зовнішніми кінцями до опорної полички, причому внутрішній кінець спіральної пружини на диску, що з'єднаний з ізолятором, закріплений до цього диска, внутрішній кінець спіральної пружини на другому диску - до зовнішньої пластини корпусу, то один із дисків виконує функцію ведучого, інший веденого. Спіральні пружини, окрім функції передачі повороту і накопичення енергії, виконують функції, пов'язані з функцією вмикання вимикача, спіральна пружина приєднана до другого диска є пружиною вимкнення, спіральна пружина приєднана до диска є пружиною вмикання. Другий диск, що є ведучим, приймає енергію від силового елемента, а диск (який є веденим) передає її до ізолятора, що забезпечує, в разі потреби, миттєве відключення. Жорстке приєднання до диска ізолятора з закріпленими на ньому штовхачами забезпечує передачу без втрат поворотного моменту від диска до ізолятора. Закріплення на однаковій відстані трьох однакових штовхачів сприяє вертикальному, без перекосів, синхронному переміщенню рухомих контактів всередині вакуумних дугогасильних камер. Наявність в кожному штовхачі паза, зі встановленим в ньому підшипником, дозволяє регулювати швидкість, режим та висоту підйому рухомих контактів всередині вакуумних дугогасильних камер. Форму паза можна задати аналітично або підібрати експериментально. Використання підшипників котіння дозволяє мінімізувати втрати на тертя при передачі енергії всередині кожного полюсу від штовхачів до рухомих контактів, сприяє довговічності вимикача. Виконання підшипникової засувки з механічним та електричним перемикачем дозволяє використовувати вимикач в напівавтоматичних та автоматичних конструкціях вимикачів. Таким чином вдосконалення триполюсного вакуумного вимикача забезпечує створення довговічного, малоенерговитратного вимикача з високою швидкодією і широкою технічною можливістю використання. Винахід ілюструють креслення, що пояснюють конструкцію триполюсного вакуумного вимикача і його використання, але не обмежують обсяг його правового захисту. 2 UA 102019 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг.1 Загальний вигляд високовольтного триполюсного вакуумного вимикача. Фіг.2 Вигляд полюсу у вимкненому стані. Фіг.3 Механізм керування рухомими контактами в розрядженому стані. Фіг.4 Механізм керування рухомими контактами в зарядженому стані в режимі очікування. Фіг.5 Механізм керування рухомими контактами в зарядженому стані, вимикач увімкнений. Фіг.6 Механізм керування рухомими контактами в розрядженому стані, вимикач вимкнений. Де: 1 - опорна ізоляція; 2 - полюс; 3 - вакуумна дугогасильна камера; 4 - нерухомий контакт; 5 - рухомий контакт; 6 - механізм керування рухомими контактами; 7 - пластина корпусу; 8 - друга (зовнішня) пластина корпусу; 9 - вісь-регулятор; 10 - диск; 11 - другий диск; 12 - виїмка; 13 - спіральна пружина; 14 - спіральна пружина; 15 - ізолятор; 16 - штовхач; 17 - паз; 18 - підшипник; 19 - підшипникова засувка; 20 - фіксувальний підшипник; 21 - фіксувальний підшипник; 22 - вісь засувки; 23, 24 - утримувачі; 25 - кручена пружина; 26 - прапорець; 27- механічний перемикач; 28 - соленоїд; 29 - упор; 30 - отвір; 31 - опорна поличка; 32 - гнучкий струмознімач. Високовольтний триполюсний вакуумний вимикач містить (Фіг.1-6) опорну ізоляцію 1, виконану у вигляді площини, до якої прикріплені три полюси 2. Три вакуумні дугогасильні камери 3 з розміщеними в них нерухомими 4 і рухомими 5 контактами розташовані з утворенням осями в просторі вертикальної площини. Механізм керування рухомими контактами 6 розміщений у корпусі, що виконаний із двох з'єднаних, паралельно встановлених на відстані, пластини 7 та другої пластини 8, яка є зовнішньою відносно всього вимикача. Механізм керування рухомими контактами 6 також містить розміщені в корпусі послідовно і функціонально зв'язані вісь-регулятор 9, диск - 10 та другий диск 11, що виконані з однією виїмкою 12, дві спіральні пружини - 13, 14, кожна з яких притиснена до відповідного диска 10 та 11. Другий диск 11 є ведучим відносно до диска 10, який є веденим. Спіральна пружина 13 є пружиною увімкнення, а спіральна пружина 14 - пружиною вимкнення До диска 10 жорстко приєднаний ізолятор 15 із закріпленими на ньому на однаковій відстані трьома однаковими штовхачами 16, кожний із яких має паз 17 зі встановленим в ньому підшипником 18, посадженим на вісь, жорстко з'єднану через вузол притиснення до рухомого контакту 5 відповідної вакуумної дугогасильної камери 3. Підшипникова засувка 19 має два фіксувальні підшипники 20 та 21. Підшипникова засувка містить також вісь 22, встановлені на вісь засувки 22 два утримувачі 23, 24, в кожному з яких закріплений по фіксувальному підшипнику 20 і 21, кручену пружину 25, встановлену на вісь засувки 22 між утримувачами 23, 24. Вісь закріплена на пластинах корпусу, а прапорець 26 приєднаний до механічного перемикача 27, встановленого назовні другої (зовнішньої) пластини корпусу. 3 UA 102019 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Підшипникова засувка 19 також містить соленоїд 28, встановлений біля утримувача 24, з'єднаного з зовнішнім електричним перемикачем електричним зв'язком. Пластина 7 корпусу, яка розташована біля ізолятора 15, виконана з розміщеним на її поверхні упором 29, що направлений всередину корпусу, а друга (зовнішня) 8 має додатковий отвір 30, співвісний осі-регулятору 9, та більшій її за діаметром. Ведучий диск 11 виконаний з опорною поличкою 31. Вимикач працює таким чином. Спочатку механізм керування рухомими контактами знаходиться в розрядженому стані (фіг.3). Зовнішній силовий елемент у вигляді завідного ключа приєднують через отвір 30 до осі-регулятора 9 і обертають вісь на 90°. Разом з віссю 9 обертається другий диск 11, що таким чином передає оберт і, разом з ним, енергію спіральним пружинам 13 та 14, диску 10. При цьому підшипник 20 розміщений у виїмці 12 другого диска 11. Спіральні пружини 13 і 14 спираються на опорну поличку 31. Вимикач готовий до роботи і перебуває в режимі очікування вмикання, (фіг.4). При механічному вмиканні вимикача (напівавтоматичний вимикач) повертають перемикач 27 і разом з ним проти годинникової стрілки прапорець 26 повертає в тому ж напрямку утримувач 24, спіральна пружина 14 заряджається. Підшипник 20, що вийшов із зачеплення, звільняє, зафіксований їм до цього диск 11, який, під дією спіральної пружини 14, обертається, обертаючи спіральну пружину 13 і диск 10. Упор 29 обмежує кут повороту. При цьому повертається разом проти годинникової стрілки і поворотний ізолятор 15 (фіг.5). У кожному із полюсів 2 обертання одного із штовхачів 16 викликає переміщення донизу котінням по пазу 17 підшипника 18, синхронне вертикальне переміщення донизу вузла притиснення і, пов'язаного з ним, рухомого контакту 5 вакуумних дугогасильних камер 3 (Фіг.2). Рухомий контакт 5 з'єднується з нерухомим 4, гнучким струмознімачем 32 проходить струм. Так відбувається одночасне миттєве увімкнення всіх полюсів 2 вимикача. Для реалізації режиму вимкнення при використанні механічного перемикача 27 повертаємо його за стрілкою годинника. Прапорець 26 повертає в тому ж напрямку утримувач 24, який виймає підшипник із виїмки диска 10, вивільняючи диск. Під дією пружин 14 і 13 повертаються обидва диски 10, 11 і ізолятор 15. Далі дія передається штовхачам 16. У кожному із полюсів 2 при обертанні одного із штовхачів 16 виникає переміщення нагору котінням по пазу 17 підшипника 18, синхронне вертикальне переміщення догори вузла притиснення І, пов'язаного з ним, рухомого контакту 5 вакуумних дугогасильних камер 3 (Фіг.2). Рухомий контакт 5 відходить від нерухомого контакту 4. Гнучкий струмознімач 32 знеструмлюється. Таким чином відбувається одночасне миттєве вимкнення всіх полюсів 2 вимикача (фіг.6). При використанні електричного вимикання (автоматичний вимикач) за електричним сигналом, що надійшов до соленоїда 28, спрацьовує утримувач 24. В подальшому підшипникова засувка спрацьовує аналогічно її роботі при механічному вмиканні. Таким чином вдосконалення триполюсного вакуумного вимикача забезпечує створення малоенерговитратного вимикача, підвищення довговічності триполюсного вакуумного вимикача, високу швидкодію для відповідності потребам автоматичних і напівавтоматичних вимикачів, що значно розширює діапазони використання вимикачів, які заявляються. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Високовольтний триполюсний вакуумний вимикач, що містить опорну ізоляцію, виконану у вигляді опорної площини, до якої прикріплені три вакуумні дугогасильні камери з розміщеними в них нерухомими і рухомими контактами, причому камери розташовані з утворенням їх осями в просторі вертикальної площини, механізм керування рухомими контактами, який містить послідовно і функціонально з'єднані регулювальний елемент, виконаний з можливістю повороту та приєднання до нього силового елемента, перший диск, дві спіральні пружини, жорстко приєднаний до першого диска ізолятор із закріпленими на ньому на однаковій відстані трьома однаковими штовхачами, кожний із яких має паз зі встановленим в ньому підшипником, посадженим на вісь, жорстко з'єднану через вузол притиснення до рухомого контакту відповідної вакуумної дугогасильної камери підшипникову засувку, виконану з можливістю фіксації механізму керування рухомими контактами в положенні ″вимкнення″ і ″вмикання″, який відрізняється тим, що механізм керування рухомими контактами розміщений у корпусі, який виконаний із двох з'єднаних, паралельно встановлених на відстані одна від одної пластин, друга з яких є зовнішньою відносно усього вимикача, при цьому регулювальний елемент виконаний у вигляді осі-регулятора, на якій додатково встановлений другий диск, який має виїмку та обладнаний опорною поличкою, причому другий диск є ведучим відносно до першого диска, який є веденим, обидві спіральні пружини також розміщені на спільній осі-регуляторі та 4 UA 102019 C2 5 10 15 виконані однаково оборотними і однаково орієнтованими, кожна спіральна пружина притиснена до відповідного диска, обидві спіральні пружини закріплені зовнішніми кінцями до опорної полички, при цьому внутрішній кінець спіральної пружини, яка притиснена до веденого диска, закріплений до цього диска, а внутрішній кінець спіральної пружини, притисненої до другого диска - до другої (зовнішньої) пластини корпуса, при цьому пружина, приєднана до другого диска є пружиною вимкнення, а пружина, що приєднана до першого диска - пружиною вмикання, перша пластина корпусу має встановлений на її поверхні упор, що спрямований усередину корпуса, а друга зовнішня пластина корпусу має отвір, співвісний осі-регулятора та більший її за діаметром, при цьому упор та опорна поличка встановлені з можливістю обмеження переміщення спіральних пружин, а підшипникова засувка має вісь засувки та встановлені на осі засувки два утримувачі, в кожному з яких закріплений фіксувальний підшипник, і кручену пружину, встановлену на осі засувки між утримувачами, причому з зовнішньої сторони другої пластини корпусу встановлений механічний перемикач, що прапорцем з′єднано з найближчим утримувачем. 2. Вакуумний вимикач за п. 1, який відрізняється тим, що утримувач, який взаємодіє з ведучим диском, приводиться в дію соленоїдом. 3. Вакуумний вимикач за п. 1, який відрізняється тим, що опорна поличка другого диска, за довжиною приблизно дорівнює відстані між пластинами корпусу, розміщена перпендикулярно до зазначеного диска і прикріплена серединою довжини до диска. 5 UA 102019 C2 6 UA 102019 C2 7 UA 102019 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8