Ступеневий перемикач із вакуумними перемикальними елементами

Реферат: Винахід стосується ступеневого перемикача з вакуумними перемикальними елементами (22) згідно з обмежувальною частиною першого пункту формули винаходу. Загальна винахідницька ідея при цьому полягає в тому, що поряд із відомим з рівня техніки нерухомо закріпленим на привідному валу (1) першим кулачковим диском (2) для передачі зусилля при виконанні ходу розмикання контактної системи вакуумних перемикальних елементів (22), згідно з винаходом, передбачений другий нерухомо закріплений на привідному валу (1) кулачковий диск (3), який за допомогою передбаченої на перекидному важільному пристрої (6) пружинно-важільної системи забезпечує передачу достатньо великого зусилля замикання на рухомий штовхач вакуумних перемикальних елементів (22) навіть при навантаженні у випадку короткого замикання, а також забезпечує можливість компенсації відхилень контактної системи. UA 111635 C2 (12) UA 111635 C2 UA 111635 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується ступеневого перемикача із вакуумними перемикальними елементами згідно з обмежувальною частиною першого пункту формули винаходу. Протягом багатьох років ступеневі перемикачі широко застосовують в усьому світі для безрозривного перемикання різних відводів обмотки ступеневих трансформаторів. Такі ступеневі перемикачі в звичайному випадку містять селектор для електроенергонезалежного вибору відповідного відводу обмотки ступеневого трансформатора, на який має бути здійснене перемикання, та силовий перемикач для здійснення перемикання з попереднього на новий, попередньо вибраний відвід обмотки. Стрибкоподібне перемикання здійснюють, як правило, за допомогою енергоакумулятора, спрацьовування якого спричиняє швидке обертання перемикального вала. Крім цього, силовий перемикач зазвичай містить також робочі контакти і резисторні контакти. При цьому робочі контакти використовують для безпосереднього з'єднання відповідного відводу обмотки трансформатора з силовим відводом, а резисторні контакти - для короткочасного підключення, тобто шунтування за допомогою одного чи кількох перехідних резисторів. Такий силовий перемикач для ступеневого перемикача, що містить вакуумні перемикальні елементи для безрозривного перемикання, відомий із публікації DE 195 10 809 С1. При цьому для кожного перемикального елемента, який має бути приведений у дію, і для кожного напрямку переміщення привідного вала передбачений окремий кулачковий диск. Відповідні торці окремих кулачкових дисків мають певні контури з відмінним від кола профілем, за допомогою яких при обертанні перемикального вала забезпечується приведення в дію окремих вакуумних перемикальних елементів або механічних контактів. Згідно з публікацією DE 42 31 353 А1 для приведення в дію окремих вакуумних перемикальних елементів передбачений перемикальний вал, виконаний із можливістю обертання в обох напрямках, який після спрацьовування енергоакумулятора здійснює швидке обертання. При цьому для приведення в дію вакуумних перемикальних елементів використовують нерухомо зафіксований на перемикальному валу кулачковий диск, на торці якого для кожного вакуумного перемикального елемента передбачений керуючий профіль, яким із геометричним замиканням здійснюється примусове напрямлення ролика, що приводить у дію привідний важіль відповідного вакуумного перемикального елемента. Керуючий профіль у даному випадку виконаний у формі відмінного від кола контурного паза, в який із геометричним замиканням введений відповідний ролик. Окрім цього, із публікації DE 40 11 019 С1 відомий силовий перемикач, який працює за принципом реактора, в якому профіль торця кулачкового диска для приведення контактів у дію не є відмінним від кола, але на його верхній і нижній сторонах виконані пази різної геометричної форми. У цьому відомому варіанті рішення забезпечується можливість двобічного приведення в дію різних перемикальних елементів у різній послідовності. Проте, в різних варіантах застосування таких відомих ступеневих перемикачів із вакуумними перемикальними елементами для регулювання силових трансформаторів необхідно забезпечувати високу імпульсну міцність, до 100 кВ і набагато вище. Такими небажаними імпульсними напругами, рівень яких значною мірою залежить від конструкції ступеневого трансформатора і секцій обмоток між окремими відводами, є, по-перше, імпульсні напруги, спричинені грозовими розрядами в електромережу. По-друге, можуть виникати також комутаційні імпульсні напруги, спричинені непередбачуваними комутаційними імпульсами у регульованій мережі. Недостатня імпульсна міцність силового ступеневого перемикача може спричинити короткочасне коротке замикання секції обмотки чи небажаний пробій керамічних елементів або парозахисного екрану вакуумних перемикальних елементів у силовій ланці, по якій не протікає навантажувальний струм, що не лише може призвести до їх довготривалого пошкодження, але й взагалі є небажаним. Цю проблему в рівні техніки вирішено зокрема за рахунок збільшення ходу рухомого штовхача, тобто відстані між контактними поверхнями взаємодіючих рухомих і нерухомих штовхачів вакуумних перемикальних елементів, які згідно зі схемою підключення можуть зазнавати дії імпульсних напруг, спричинених грозовими розрядами в електромережу, для утворення таким чином достатньо великих діелектричних проміжків між контактними поверхнями взаємодіючих штовхачів і завдяки цьому запобігання небажаним пробоям під час грозових розрядів в електромережу. Проте, недоліком рішення, відомого з публікації DE 42 31 353 А1, є те, що для забезпечення необхідного великого ходу рухомого штовхача потрібен керуючий профіль із відповідно великими амплітудами відхилення кривих. Це, в свою чергу, потребує наявності великого конструктивного простору всередині силового перемикача, який, проте, не завжди можна 1 UA 111635 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечити, що призводить до конструктивно невдалого з технічної точки зору рішення. Крім цього, кожне перемикання спричиняє знос матеріалу контактних поверхонь контактної системи всередині вакуумних перемикальних елементів під дією утворюваних електричних світлових дуг при механічному роз'єднанні контактних поверхонь вакуумних перемикальних елементів під навантаженням. У публікації DE 42 31 353 А1 не запропоноване рішення проблеми, спричиненої наслідками зносу матеріалу на контактних поверхнях привідного важеля відповідного вакуумного перемикального елемента, які з часом призводять до порушення допусків, тобто відхилень у межах контактної системи. Важливість вирішення цієї проблеми зумовлена необхідністю дотримання обіцяних великих інтервалів технічного огляду, які сягають багатьох сотень тисяч перемикань для кожного ступеневого перемикача, які виробники ступеневих перемикачів із вакуумними перемикальними елементами гарантують споживачам. Щоправда, у публікації DE 195 10 809 С1 запропоноване рішення для компенсації відхилень, спричинених зносом матеріалу контактних поверхонь, причому в даному випадку привідний важіль, що перебуває в активному зв'язку з рухомим штовхачем вакуумного перемикального елемента, забезпечує необхідний контактний натиск виключно за допомогою пружини, а не механічного примусового напрямлення. При цьому пружина, окрім своєї функції забезпечення необхідного контактного натиску, виконує ще одну задачу, а саме передачу зусилля замикання на привідний важіль. Іншими словами: в даному випадку пружина виконує подвійну функцію компенсації відхилень та забезпечення необхідного контактного натиску в замкнутому стані вакуумних перемикальних елементів. Якщо, наприклад, у такій відомій з публікації DE 195 10 809 С1 конструкції необхідно збільшити хід рухомого штовхача вакуумного перемикального елемента, для цього потрібна натискна пружина більшого розміру, що дозволяє збільшити швидкість стискання і хід пружини. Проте, в результаті значно зростають витрати енергії на приведення в дію вакуумних перемикальних елементів і габарити окремих конструктивних елементів, що, в свою чергу, є значним недоліком, зважаючи на конструктивні і матеріальні витрати. Оскільки, як описано вище, контактний натиск контактних поверхонь вакуумних перемикальних елементів обмежений пружністю вбудованої пружини, навантаження при короткому замиканні може призвести до короткочасного відведення вгору контактних поверхонь вакуумних перемикальних елементів і, таким чином, до невизначеного електричного режиму силового трансформатора. Згідно з цим, задачею винаходу є розроблення ступеневого перемикача з вакуумними перемикальними елементами визначеного вище типу, який забезпечує достатньо велике зусилля замикання вакуумних перемикальних елементів також при навантаженні у випадку короткого замикання із одночасним збільшенням ходу, і, крім цього, значне зменшення утворюваних із часом відхилень, зумовлених зносом матеріалу контактної системи вакуумних перемикальних елементів. Цю задачу згідно з винаходом вирішено в ступеневому перемикачі з вакуумними перемикальними елементами з ознаками першого пункту формули винаходу. Залежні пункти формули винаходу стосуються особливо переважних форм виконання винаходу. При цьому загальна винахідницька ідея полягає в тому, що поряд із відомим із рівня техніки нерухомо встановленим на привідному валу першим кулачковим диском для передачі зусилля при виконанні ходу розмикання контактної системи вакуумних перемикальних елементів згідно з винаходом передбачений другий нерухомо встановлений на привідному валу кулачковий диск, який через передбачену на перекидному важільному пристрої пружинно-важільну систему забезпечує передачу достатньо великого зусилля замикання також у разі навантаження при короткому замиканні на рухомий штовхач вакуумних перемикальних елементів, а також забезпечує можливість компенсації відхилень контактної системи. Іншими словами, на перемикальному валу силового перемикача на певній відстані один від одного нерухомо встановлені два паралельних кулачкових диски із відмінним від кругового контуром, принаймні вздовж однієї ділянки профілю відповідних взаємодіючих торців яких із контактним замиканням переміщуються коченням відповідні ролики, причому ці ролики, зі своєї сторони, встановлені на кутоподібному, виконаному з можливістю обертання відносно осі, перекидному важільному пристрої. Як відомо з рівня техніки, перекидний важільний пристрій при цьому містить видовжений основний перекидний важіль із першим плечем, на якому встановлений перший ролик, який переміщується коченням із контактним замиканням принаймні на одній ділянці профілю торця першого кулачкового диска. Крім цього, у перекидному важільному пристрої згідно з винаходом на протилеглій першому плечу стороні на основному перекидному важелі передбачено два інших, U-подібно виконаних плеча, між якими також із можливістю обертання відносно осі встановлений важіль, на вільному торці якого закріплений другий ролик, що також переміщується коченням із контактним замиканням принаймні на одній ділянці профілю торця другого кулачкового диска, причому між важелем і 2 UA 111635 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одним із додаткових плечей розміщено натискну пружину, таким чином, що створюється пружинно-важільна система, яка передає достатньо велике зусилля замикання навіть при навантаженні у випадку короткого замикання на рухомий штовхач вакуумних перемикальних елементів, а також забезпечує можливість компенсації відхилень контактної системи. Далі винахід пояснюється докладніше на прикладі за допомогою креслення. На кресленні наведено: Фіг. 1 Схематичне зображення частини відповідного винаходові ступеневого перемикача з вакуумними перемикальними елементами. Для спрощення на фіг. 1 зображені та описані лише суттєві для винаходу деталі відповідного винаходові ступеневого перемикача з вакуумними перемикальними елементами. Опис і зображення відомих ознак і конструктивних елементів, які не є суттєвими для винаходу, не наведені. Відповідно до цього на фіг. 1 зображений перемикальний вал 1, виконаний з можливістю приведення в дію також не зображеним на кресленні пружинним енергоакумулятором, на якому нерухомо встановлені два паралельних кулачкових диски 2 і 3 відмінної від кругової форми, а саме перший кулачковий диск 2 і другий кулачковий диск 3. Зовнішні контури обох кулачкових дисків 2 і 3 у зображеній на кресленні формі виконання винаходу в основному мають зіркоподібну форму, проте, вони встановлені на перемикальному валу 1 зі зміщенням 180° один відносно іншого. Кількість застосовуваних кулачкових дисків та їхні зовнішні контури залежать від покладеної в основу при проектуванні ступеневого перемикача послідовності перемикання і необхідних для цього кількості вакуумних перемикальних елементів на кожну фазу. Тому опис цієї фіг. 1 слід розглядати лише як приклад для пояснення суті винаходу. Самозрозуміло, що, відповідно до суті винаходу, можливим є також приведення в дію багатьох вакуумних перемикальних елементів на кожну фазу. Типова схема ступеневого перемикача з кількома вакуумними перемикальними елементами на кожну фазу описана, наприклад, у публікації DE 10 2009 048 813 А1 заявника. Принаймні на одній визначеній ділянці профілю відповідно взаємодіючих торців першого і другого кулачкових дисків переміщуються коченням ролики 4 і 5, які, в свою чергу, розміщені на кутоподібному перекидному важільному пристрої 6. Докладний опис того, на яких ділянках профілю торців ролики 4 і 5 взаємодіють з першим і другим кулачковими дисками 2 і 3 в процесі перемикання, наведений далі. Перекидний важільний пристрій 6 встановлений з можливістю обертання відносно осі 7 всередині не зображеного на кресленні силового перемикача. Окрім цього, перекидний важільний пристрій 6 містить основний перекидний важіль 8, на оберненій до привідного вала 1 стороні якого передбачений отвір 9, виконаний із можливістю введення в нього осі 7 з можливістю обертання. В напрямку вертикально вниз від отвору 9, тобто в основному паралельно привідному валу 1, передбачене перше плече 10 основного перекидного важеля 8, на вільному торці якого з можливістю обертання встановлений перший ролик 4. Крім цього, на протилеглій першому плечу 10 стороні передбачені два додаткових, в основному U-подібно виконаних плеча 11 та 12 основного перекидного важеля 8. На вертикальній видовженій ділянці першого плеча 10 між обома додатковими плечами 11 та 12 встановлений важіль 13, також виконаний із можливістю обертання відносно осі 7, на вільному торці якого з можливістю обертання встановлений другий ролик 5. Між третім плечем 12 і важелем 13 розміщена також натискна пружина 14. Крім цього, на відвернутому від перемикального вала 1 кінці основного важеля 8, передбачені по боках один навпроти іншого болти 15 і 16, із яких, проте, на наведеній ізометричній проекції можна побачити лише болт 15. При цьому болти 15 і 16 введені у відповідні поздовжні прорізи 17 і 18 в орієнтованому вертикально, тобто в основному паралельно привідному валу 1, привідному важелі 19, виконаному з можливістю механічного лінійного переміщення у поздовжньому напрямку, наприклад по шині, не зображеній на кресленні. На верхньому торці привідного важеля 19 встановлена механічно обіперта зверху натискна пружина 20, в той час як нижня сторона привідного важеля 19 сполучена з рухомим штовхачем 21 вакуумного перемикального елемента 22. У цілому відповідний винаходові перекидний важільний пристрій 6 дозволяє створити геометричну конструкцію, в якій хід може бути збільшений завдяки важільній системі, зокрема в кілька разів порівняно з досі відомими з рівня техніки значеннями, шляхом передачі зусилля за допомогою кулачкових дисків 2 і 3 насамкінець на рухомий штовхач 21 вакуумних перемикальних елементів 22. На фіг. 1 зображені підключені вакуумні перемикальні елементи 22. Таким чином, контактні елементи рухомого штовхача 21, а також нерухомого штовхача утворюють електропровідне з'єднання всередині вакуумних перемикальних елементів 22. Торець серцеподібного виступу кулачкового диска 3 тисне на важіль 13 через ролик 5, стискаючи натискну пружину 14 в напрямку іншого плеча 12, завдяки чому забезпечується 3 UA 111635 C2 5 10 15 певне попереднє напруження натискної пружини 14, яка насамкінець передає зусилля замикання через основний перекидний важіль 8 і привідний важіль 19 на рухомий штовхач 21 вакуумних перемикальних елементів 22. При зносі матеріалу контактних поверхонь в процесі експлуатації вакуумних перемикальних елементів 22 завдяки попередньому натягу натискної пружини 14 у взаємодії з іншою натискною пружиною 20 забезпечується узгодження відхилень перекидного важільного пристрою 6 із зумовленою ними зміною шляху переміщення перекидного важільного пристрою 6. Ролик 4 при підключених вакуумних перемикальних елементах 22 перебуває на певній відстані від торцевої поверхні взаємодіючого з ним кулачкового диска 2. В процесі перемикання, тобто ініційованого енергоакумулятором обертання перемикального вала 1, нерухомо з'єднані з перемикальним валом 1 кулачкові диски 2 та 3 здійснюють обертання. Як тільки ролик 5 із контактним замиканням переміщується коченням через виступ серцеподібного кулачкового диска 3, він виходить із контакту з торцевим контуром взаємодіючого з ним кулачкового диска 3. Натомість у цей момент процесу перемикання ролик 4 входить у контакт з торцевим контуром взаємодіючого з ним зі своєї сторони кулачкового диска 2, механічно переміщується коченням вздовж нього і при цьому переміщує перекидний важільний пристрій 6 у напрямку вгору, тобто розмикає контакти вакуумних перемикальних елементів 22. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 1. Ступеневий перемикач із вакуумними перемикальними елементами, що містить селектор для електроенергонезалежного вибору відповідного відводу обмотки ступеневого трансформатора, на який здійснюють перемикання, і силовий перемикач для здійснення перемикання з попереднього на новий, попередньо вибраний відвід обмотки, причому силовий перемикач містить обертовий перемикальний вал, на якому нерухомо встановлений перший кулачковий диск, причому передбачений перекидний важільний пристрій оснащений першим роликом, і вакуумний перемикальний елемент, виконаний з можливістю приведення в дію за допомогою перекидного важільного пристрою, який відрізняється тим, що на перемикальному валу (1) нерухомо встановлений другий кулачковий диск (3), а також тим, що на перекидному важільному пристрої (6) передбачено два додаткових Uподібно виконаних плеча (11 та 12), а також тим, що між додатковими плечами (11 та 12) з можливістю обертання відносно осі (7) встановлений важіль (13), на вільному торці якого передбачений другий ролик (5), взаємодіючий із другим кулачковим диском (3), а також тим, що між важелем (13) і додатковим плечем (12) встановлено натискну пружину (14). 2. Ступеневий перемикач за п. 1, який відрізняється тим, що на відвернутому від перемикального вала (1) торці перекидного важільного пристрою (6) передбачені по боках протилежні один одному болти (15 і 16), які введені у відповідні поздовжні отвори (17 і 18) у привідному важелі (19). 3. Ступеневий перемикач за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що на верхньому торці привідного важеля (19) передбачена інша натискна пружина (20), а нижній торець привідного важеля (19) з'єднаний із рухомим штовхачем (21) вакуумних перемикальних елементів (22). 4. Ступеневий перемикач за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що зовнішній контур першого і другого кулачкових дисків (2 і 3) в основному має зіркоподібну форму. 5. Ступеневий перемикач за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що кожен вакуумний перемикальний елемент (22) виконаний із можливістю взаємодії з двома окремими дисковими кулачками (2 і 3) за допомогою перекидного важільного пристрою (6). 6. Ступеневий перемикач за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що весь перекидний важільний пристрій (6) встановлений із можливістю обертання відносно осі (7). 4 UA 111635 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5