Вакуумний високовольтний вимикач

Вакуумний високовольтний вимикач, який містить раму, на якій встановлені один або три полюси з вакуумними дугогасильними камерами і ізоляційними тягами, з'єднаними через вал з електромагнітом, виконаним з шихтованого магні C2 1 3 живлення потужної котушки вимикання від мережі через гасящий резистор потрібна відповідно потужна мережа. Ще один недолік прототипа полягає в тому, що він містить конденсатор великої ємності, як джерело небезпечної напруги, яка може зберігатися тривалий час після його від'єднання від мережі при технічному обслуговуванні вимикача. Завданням винаходу являється зниження потужності споживання котушки вимикання електромагніта з двома магнітними защіпками привода вимикача до величини не більше 0,33 кВт. Запропонований вимикач, як і прототип містить раму, на якій встановлені один або три полюси з ВДК і ізоляційними тягами з'єднаними через вал з електромагнітом виконаним з шихтованого магнітопровода, котушок увімкнення і вимикання, якоря, постійних магнітів і оснащеним двома магнітними защіпками, що утримують якір в обох його крайніх положеннях силою притягання до магнітопровода внаслідок дії постійних магнітів, причому одна магнітна защіпка виконана у вигляді двох симетричних магнітних кіл увімкнення і утримує якір в увімкнутому положенні, а інша - у вигляді двох симетричних магнітних кіл вимикання і утримує якір у вимкнутому положенні. Поставлене завдання у запропонованому вакуумному високовольтному вимикачі виконується завдяки тому, що його електромагніт має в кожному магнітному колі вимикання крім торцевого робочого зазору, між торцем якоря і магнітопроводом, додатково боковий робочий зазор між боковою поверхнею якоря і магнітопроводом, причому, в увімкненому положенні електромагніта магнітна провідність бокового робочого зазору в кілька разів більша від магнітної провідності указаного торцевого робочого зазору, а крім того вакуумний вимикач має пружину вимикання один кінець якої шарнірно з'єднаний з рамою, а інший кінематично з'єднаний з ізоляційними тягами полюсів. Вказані технічні ознаки запропонованого вакуумного високовольтного вимикача належать до суттєвих тому, що їх сукупність забезпечує позитивний технічний результат, тобто вони перебувають у причинно-наслідковому зв'язку з цим результатом. Так, наявність в магнітному колі вимикання електромагніта крім торцевого робочого зазору, додатково бокового робочого зазору (у аналога немає бокового робочого зазору) призводить до збільшення сумарної магнітної провідності цих робочих зазорів оскільки вони утворюють паралельно злучені вітки в магнітному колі вимикання (див. Фіг.5 і Фіг.6). Внаслідок того, що в увімкнутому положенні електромагніта магнітна провідність бокового робочого зазору в η разів більша від магнітної провідності торцевого робочого зазору, сумарна магнітна провідність магнітного кола вимикання збільшилась приблизно в n+1 разів у порівнянні з аналогом в якого немає бокових робочих зазорів. А це в свою чергу дозволяє зменшити в n+1 разів магніторушійну силу (далі по тексту М.Р.С.) котушки вимикання (у порівнянні з аналогом) для забезпечення такого ж як у аналога ослаблення магнітного потоку і сили магнітної защіпки, яка утримує електромагніт і вимикач в увімкнутому стані. Як відомо зменшення М.Р.С. ко 88074 4 тушки в n+1 разів дозволяє зменшити в n+1 разів площу перерізу провода, яким намотана ця котушка, а отже збільшити в n+1 разів кількість витків при збереженні площі перерізу котушки. Тобто активний опір котушки вимикання може бути збільшений в (n+1)2 разів. Так як котушки електромагніта з магнітними защіпками розраховані тільки на постійний струм то в результаті збільшення опору котушки в (n+1)2 разів маємо зменшення струму споживання і потужності котушки вимикання також в (n+1)2 разів. Так в однополюсному вимикачі при n=4 потужність котушки вимикання була зменшена в 25 разів і становить 0,22 кВт. Наявність пружини вимикання один кінець якої шарнірно з'єднаний з рамою, а інший кінематично з'єднаний з ізоляційними тягами полюсів в поєднанні із зменшенням потужності котушки вимикання є також суттєвою ознакою, тому, що пружина вимикання, як енергоносій компенсує зменшення роботи електромагніта при вимиканні вимикача внаслідок зменшення потужності котушки вимикання. Отже, виходячи з енергетичних потреб для забезпечення вимикання вимикача, використання пружини вимикання є необхідною умовою, яка дозволяє зменшити потужність котушки вимикання. У аналога пружини вимикання немає, в енергетичному відношенні її замінює електромагніт з потужною котушкою вимикання. На Фіг. 1 - зображений вакуумний вимикач зовнішньої установки в однополюсному виконанні. На Фіг.2 - вакуумний вимикач зовнішньої установки в трьохполюсному виконанні. На Фіг.3 - вакуумний вимикач внутрішньої установки в трьохполюсному виконанні. На Фіг.4 - кінематичний зв'язок електромагніта з полюсом однополюсного вимикача. На Фіг.5 - електромагніт в увімкнутому стані. На Фіг.6 - схема циркуляції магнітних потоків при увімкненні вимикача. На Фіг.7 - схема циркуляції магнітних потоків при вимиканні вимикача. Кінематичний зв'язок електромагніта з полюсами може бути довільним. Нижче приведено опис кінематичного зв'язку електромагніта з полюсом однополюсного вимикача зовнішньої установки. Вакуумний вимикач складається з рами 1 (Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3) на якій розміщено один або три полюси 2. В кожному полюсі розміщені ВДК 3 (Фіг.4) рухомий контакт якої через ізоляційну тягу 4, вісь 5, тягу 6, вісь 7, важіль 8 вала 9, пальці 10, серги 11 і вісь 12 кінематично з'єднані з електромагнітом 13 нерухомо закріпленим у рамі. Пружина вимикання 14, яка працює на розтяг, одним кінцем шарнірно з'єднана з рамою, а іншим - з важелем 8 вала 9. На Фіг.5 кінематичний зв'язок електромагніта з полюсами показано в увімкнутому положенні вимикача. Електромагніт (Фіг.5) складається з магнітопровода 15, двох постійних магнітів 16, якоря 17, направляючих 18 і 19, котушки вимикання 20, котушки увімкнення 21 та вставки 22. Якір 17 має можливість рухатися в осьовому напрямку в направляючих 18 і 19 до упору в магнітопровід 15 правим торцем (як показано на Фіг.5), або лівим торцем. Конструкція електромагніта утворює два 5 симетричні магнітні кола увімкнення і два симетричні магнітні кола вимикання контури яких показані на Фіг.5 жирними лініями. Контури магнітних кіл увімкнення пронизують котушку увімкнення, а контури магнітних кіл вимикання пронизують котушку вимикання. При знеструмлених котушках увімкнення і вимикання в цих магнітних колах джерелами М.Р.С є тільки постійні магніти. В магнітних колах увімкнення електромагніт має торцевий робочий зазор між торцем якоря (на Фіг.5 правий торець якоря) і магнітопроводом. В магнітних колах вимикання електромагніт має торцевий робочий зазор між іншим торцем якоря (на Фіг.5 лівий торець якоря) і магнітопроводом, а також додатково бокові робочі зазори між боковими поверхнями якоря і магнітопроводом. В увімкнутому положенні електромагніта показаному на Фіг.5 магнітна провідність бокових робочих зазорів у кілька разів більша від магнітної провідності торцевого робочого зазору, що забезпечується меншою (у кілька разів) довжиною бокового робочого зазору від торцевого робочого зазору при відповідних площах перерізу цих зазорів. При знеструмлених котушках увімкнення і вимикання в магнітних колах вимикання циркулюють магнітні потоки Ф1 (Фіг.5), а в магнітних колах увімкнення - магнітні потоки Ф2. Ці потоки є результатом дії постійних магнітів. Увімкнення вимикача відбувається так. При подачі в котушку увімкнення постійного струму у напрямку показаному на Фіг.6 в електромагніті додатково виникають магнітні потоки Ф3 і Ф4 які підсилюють дію магнітного потоку Ф2, що збільшує силу тяги якоря вправо. Одночасно магнітний потік Ф3 ослаблює дію магнітного потоку Ф1, що зменшує силу магнітної защіпки на лівому торці якоря. В результаті якір 17 (Фіг.5) переміщується в крайнє праве (увімкнуте) положення до упору в магнітопровід 15. Після цього котушка увімкнення знеструмлюється, але якір утримується в увімкнутому положенні силою магнітної защіпки, що діє на правий торець якоря. Одночасно повертається за годинниковою стрілкою важіль 8 (Фіг.4) вала 9 і розтягує пружину вимикання 14, а також, через кінематичні з'єднання замикається контакт ВДК і здійснюється його підтиск пружинами вмонтованими в ізоляційну тягу 4. Вимикач увімкнутий і 88074 6 утримується в цьому положенні силою магнітної защіпки, що діє на правий торець якоря. Вимикання вимикача відбувається так. При подачі в котушку вимикання постійного струму у напрямку показаному на Фіг.7 в електромагніті додатково виникають магнітні потоки Ф5, Ф6 та Ф7. Магнітний потік Ф7 підсилює дію магнітного потоку Ф1 і збільшує силу тяги якоря вліво. Одночасно магнітні потоки Ф5 та Ф6 циркулюючи через магнітні кола увімкнення ослаблюють дію магнітного потоку Ф2, що зменшує силу магнітної защіпки на правому торці якоря. Величина магнітного потоку Ф6, який проходить через боковий робочий зазор значно більша від величини магнітного потокуФ5, який проходить через лівий торцевий робочий зазор, внаслідок різних величин магнітної провідності цих робочих зазорів. Тому дія магнітного потоку Ф6 (а отже наявність бокового робочого зазору) в процесі вимикання вимикача є домінуючою. Після зменшення сили магнітної защіпки якір електромагніта 13 (Фіг.4) під дією переважаючих сил пружини вимикання 14, яка направлена вліво і пружин підтиску контактів ВДК вмонтованих в ізоляційну тягу 4, яка направлена вниз переміщається в крайнє ліве (вимкнуте) положення до упору в магнітопровід. Після цього котушка вимикання знеструмлюється, а якір утримується у вимкнутому положенні силою магнітної защіпки, що діє на його лівий торець. Одночасно повертається проти годинникової стрілки важіль 8 вала 9 і зменшується натяг пружини вимикання 14, а також через кінематичні з'єднання розтискаються пружини підтиску вмонтовані в ізоляційну тягу 4 і розмикаються контакти ВДК 3. Вимикач вимкнутий і утримується в цьому положенні силою магнітної защіпки, що діє на лівий торець якоря, а також силою початкового натягу пружини вимикання 14. Такий вимикач створений в ТзОВ "Високовольтний союз - Україна" і пройшов випробування в НДЦ ВВА м.Москва. Вимикач не містить конденсаторів, а котушка вимикання електромагніта споживає потужність близько 0,22 кВт, що дає можливість здійснювати її живлення безпосередньо від малопотужних оперативних кіл розподільчого пристрою. Це суттєво збільшило надійність вимикача і безпеку його технічного обслуговування. 7 88074 8 9 88074 10 11 88074 12 13 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 88074 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601