Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги, який має короткозамикальну систему

Реферат: Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги має принаймні один короткозамикальний механізм, у якому рухомий контакт виконаний із здатністю змикатися з фіксованим контактом за допомогою пропелентного заряду або газового генератора. Короткозамикальний механізм має вакуумну переривальну камеру і вакуумний простір, у якому поміщений фіксований контакт, розділений кришкою та мембраною, яка має лінію ослаблення і, яка, під час перемикання, здатна пробиватися рухомим контактом, з'єднаним з поршневоциліндровим блоком. Поршнево-циліндровий блок виконаний із здатністю впливу на нього газовим генератором і у якому, на нижній лицьовій поверхні поршня безпосередньо перед лінією ослаблення мембрани, розташований ріжучий край, який, під час роботи, здатний до проходження крізь ділянку ослаблення. UA 100027 C2 (12) UA 100027 C2 UA 100027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до розподільного пристрою низької, середньої і високої напруги, який має короткозамикальний механізм згідно з преамбулою п. 1 формули винаходу. Задачею розподільних пристроїв низької, середньої і високої напруги є розподіл потоку енергії і гарантія безпечної роботи. У дуже малоймовірному випадку внутрішньої несправності (дуга короткого замикання), повинні також гарантуватися безпека установки і безпека персоналу. Дуга короткого замикання, яка з'являється у розподільному пристрої, створює різке зростання тиску газу, дякуючи її температурі, протягом декількох мілісекунд і це може призводити до руйнування вибухом розподільного пристрою. Тому, здійснюються заходи для якомога швидшого зниження тиску. Окрім того, передбачене обмеження дуги короткого замикання відповідною ділянкою і вона не повинна загрожувати оператору. Створення дуг може дуже сильно обмежуватися відповідною конструкцією, наприклад внутрішнім поділом комутаційної панелі (компартменталізація). З цією метою, окремі комутаційні панелі розподільного пристрою мають отвори або канали для зниження тиску, за допомогою яких газ може втікати в оточуючу ділянку. Тому, впливи дуги короткого замикання можуть обмежуватися, головним чином, зменшенням тривалості її існування. Цього можна досягти за допомогою придатних датчиків, які реагують на світло, температуру або тиск і роз'єднують верхній переривник, головним чином вимикач живлення. Це забезпечує тривалість існування дуги 40 мс - 80 мс (дуга короткого замикання, яка горить в газоподібному атмосферному повітрі або в деякому іншому ізолюючому газі в частині, тобто відсіку (корпусі) або в твердій речовині (граничному шарі)). Цей процес має недолік, який полягає в тому, що найбільше механічне навантаження з'являється зразу після приблизно 10 мс і зменшується тільки теплове навантаження. Це вимагає, головним чином, надійної і дорогої конструкції розподільного пристрою, корпусу або систем з твердою ізоляцією. Для уникнення внутрішнього ушкодження (дуги короткого замикання), навіть при зростанні тиску, вимагається перемикальний пристрій, який перемикає за декілька мілісекунд так звані короткозамикальні системи. Відомі виключно такі трифазні короткозамикальні пристрої, які здійснюють перемикання в повітрі або в SF6. В будь-якому випадку, внаслідок пускового струму при повторному перемиканні, знижуються швидкість перемикання і ізоляційна здатність. На противагу до цього, при використанні вакуумної переривальної камери, ці електричні характеристики фактично залишаються незмінними, оскільки кількість операцій перемикання зростає. В попередньому рівні техніки існує ряд рішень, які відносяться до цієї проблеми. Документ DE 199 21 173 А1 розкриває короткозамикальну систему, яка містить вакуумну перемикальну камеру в кожній окремій фазі або між фазами на основі принципу "здатної до перемикання вакуумної переривальної камери" і "тригерного вакуумного розрядника". Документ DE 199 16 329 А1 описує короткозамикальний пристрій для пристрою для захисту від дуги короткого замикання для застосування в установках для розподілу електроенергії за допомогою газового генератора і короткозамикального поршня, який приводиться в дію безпосередньо газовим генератором для електричного з'єднання з'єднувальних рейок із з'єднувальною рейкою, яка передбачена компактною, здатна гарно спрямовувати поршень і придатна для використання газових генераторів. Цього досягають завдяки тому, що короткозамикальний поршень спрямовується і утримується у з'єднувальній рейці, і у тому, що газовий генератор вмонтований в тримач, який має початковий об'єм, виготовлений з ізоляційного матеріалу і безпосередньо прикріплений до з'єднувальної рейки. Документ DE 197 468 15 А1 описує подібний пристрій для захисту від дуги короткого замикання для застосування в установках для розподілу електроенергії за допомогою газового генератора, у якому короткозамикальний поршень, який приводиться в дію газовим генератором, здійснює оптимальне раптове переміщення і одночасно закріплений для переміщення, незалежно від допусків виробництва, додатково за допомогою міцно закріпленого газового генератора. Цього досягають тим, що короткозамикальний поршень має, принаймні, одне О-подібне кільце як ущільнення і тим, що верхня лицьова поверхня короткозамикального поршня знаходиться на рівні непроникної мембрани у заблокованому стані так, що, у випадку переміщення поршня в заблокованому стані, повинен створюватися вакуум, який повинен переміщати короткозамикальний поршень назад у його положення спокою. Другий і третій протиставлений документи мають наступні недоліки для розподільних пристроїв середньої напруги. У з'єднанні з верхнім переривником, відомі короткозамикальні пристрої перемикають занадто повільно. Завдяки їх трифазній конструкції вони, головним чином, також технічно занадто складні і дорогі. Під час процесу перемикання, ці короткозамикальні пристрої з'єднують електричний ланцюг, який попередньо перебуває під напругою, в усіх трьох фазах із землею або інакше між окремими фазами. Це, у свою чергу, 1 UA 100027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимагає компактного складного заземлюючого електричного ланцюга для пропускання, головним чином, високого струму короткого замикання протягом короткого періоду часу. Окрім того, протягом експлуатації, струм призводить до зниження швидкості перемикання і ізоляційної здатності. Тому, винахід базується на задачі усунення описаних недоліків і на забезпеченні швидкого перемикання за допомогою фізично простих засобів. Поставлена задача вирішується для розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги цього загального типу відмітними ознаками п. 1 формули винаходу. Подальші переважні вдосконалення описуються у залежних пунктах формули винаходу. Суть винаходу, у цьому випадку, полягає в тому, що короткозамикальний механізм має вакуумну переривальну камеру, і вакуумний простір, у який поміщений фіксований контакт, розділений мембраною, яка має лінію ослаблення. Відповідним чином виконаний поршень над рухомим контактом (у формі заглушки або гільзи, подібним чином розташованої у вакуумі перемикальної камери) буде, під час перемикання, пробивати мембрани на ділянці ослаблення, рухаючи блок в напрямі фіксованого контакту. Як наслідок, також не потрібні гофровані мембрани, які зазвичай вимагаються, на рухомому контакті. Пробивне переміщення, яке є всім, що потребується, забезпечує кращу динаміку і, тому, швидше перемикання згідно із задачею винаходу. В одному з переважних вдосконалень, контакт, який рухається під час перемикання, розташований у неробочому стані у верхньому кінці з проходженням крізь мембрану, яка формує вакуумно-щільне ущільнення. Подальше переважне вдосконалення передбачає пригвинчування, приварювання або припаювання рухомого контакту до мембрани. Тому, верхня циліндрична ділянка вакуумнощільно відокремлена від нижнього вакуумного простору. У подальшому переважному вдосконаленні, рухомий контакт з'єднаний з поршневоциліндровим блоком, на який можна діяти газовим генератором і у якому на нижній лицьовій поверхні поршня безпосередньо перед лінією ослаблення мембрани розташований ріжучий край, який проходить крізь лінію ослаблення під час роботи. Це забезпечує навіть кращу динаміку ніж газонепроникне роз'єднання за допомогою інших звичайних гофрованих мембран. У подальшому переважному вдосконаленні, поршень виготовлений з електропровідного матеріалу і виконує електропровідне з'єднання з рухомим контактом, а ковзне кільце розташоване на рухомій поверхні поршня. Це забезпечує електричний контакт, який ефективно і у простий спосіб приводиться в дію рухомим контактом. У подальшому переважному вдосконаленні, газовий генератор має форму контейнера з хімічним пропелентом, який може вставлятися і утримуватися за допомогою різьбового з'єднання, яке може виконуватися у відповідному місці на корпусі перемикальної камери. Пропелентний заряд може, тому, використовуватися пізніше або, в разі необхідності, може замінятися після певного часу. Різьбове з'єднання також надає форму захисту від механічного перевантаження. Також бажано, щоб верхня частина короткозамикального механізму, яка містить поршневоциліндровий блок, виготовлялась з металічного матеріалу, а нижня частина короткозамикального механізму мала вакуумну переривальну камеру, виготовлену з ізоляційного матеріалу. Окрім того, вакуумна переривальна камера або її діелектричний матеріал виготовлені з керамічного матеріалу. У подальшому переважному вдосконаленні, верхня частина рухомого контакту має зовнішній конус, а фіксований контакт має внутрішній конус, який доповнює зовнішній конус. Це забезпечує надійний контакт під час виконання навмисного короткого замикання. У кінцевому переважному вдосконаленні, бічні поверхні конусів нахилені під кутом, так, що під час перемикання відбувається механічне самоблокування при входженні зовнішнього конуса у внутрішній конус. Тому, коротке замикання, яке створюється у цей спосіб, залишається надалі, таким чином, уникаючи удару, тобто контакти розходяться в сторони там, де можливо. Короткозамикальний механізм згідно з винаходом, у цьому випадку, розташований у розподільному пристрої низької, середньої або високої напруги, який має одну або більшу кількість комутаційних панелей безпосередньо у ланцюгу електроживлення. Тому, під час процесу перемикання (у випадку поламки), "короткі замикання" фазуються так, що контур, з'єднаний паралельно з вимикачем електроживлення, замикається і будь-яка дуга, яка створюється у вихідній панелі, гаситься без затримки. Слід наголосити на тому, що короткозамикальний механізм може мати тільки "один трифазний" блок або інакше "певну кількість окремих" вакуумних переривальних камер. Якщо 2 UA 100027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 окремий "набір" (наприклад три з них) вакуумних переривальних камер з'єднані по схемі зірка, то потім нейтральна точка зірки може заземлятися. При заземленні, в розподільному пристрої потребується складніший заземлювальний електричний ланцюг. Застосування вакуумної технології забезпечує сталу функціональність незалежно від струму протягом всього терміну експлуатації. Сильне зниження періоду існування дуги, тобто, значне зниження механічних і теплових навантажень в розподільному пристрої у випадку поламки, робить можливим розробляти і дешево виготовляти компактні комутаційні панелі і компоненти. Винахід використовується в повітроізольованих або газоізольованих розподільних пристроях низької, середньої або високої напруги для "первинного і вторинного розподілу". Винахід буде описуватися більш детально в наступному тексті і ілюструватися на кресленнях з посиланням на один ілюстративний варіант виконання. На фігурах: Фігура 1 зображає один ілюстративний варіант виконання короткозамикального механізму, Фігура 2 зображає багатофазну конфігурацію у трифазній системі електроживлення, Фігура 3, у кожному випадку, зображає однофазну конфігурацію у трифазній системі електроживлення. Фігура 1 зображає один ілюстративний варіант виконання винаходу. У цьому випадку, проілюстрований короткозамикальний механізм для гасіння дуги короткого замикання буде описуватися в увімкненому або вимкненому розподільному пристрої, який закорочує три фази (R, S і Т) одна з одною у випадку поламки, зокрема на основі фазового короткого замикання між фазами (R, S; S, Т) за допомогою "двох" вакуумних переривальних камер або за допомогою "однієї" вакуумної переривальної камери. Коли відбувається поламка у даному випадку, дуга короткого замикання - то замикаються, наприклад, дві такі вакуумні переривальні камери, як це зображено на Фігурі 1, або "трифазна" вакуумна переривальна камера, у яку перемикається струм від дуги короткого замикання. Цього досягають використанням газового генератора 1, який може мати форму вибухової манжети, яка розташована на одній стороні вакуумної переривальної камери і, після запуску, прискорює рухомий контакт 7 за допомогою поршня 2 в напрямі фіксованого контакту 8. Для фіксованого з'єднання двох провідників після з'єднання блоку (закорочений), два електропровідні контакти (перемикальний контакт і фіксований контакт) виконані, з одного боку, конічними, а, з іншого боку, у формі тюльпану так, що відбувається так зване "самоблокування" після з'єднання і два компоненти залишаються в увімкненому стані. Не має потреби постійно прикладати якесь контактне зусилля у з'єднаному стані. Якщо короткозамикальний механізм містить тільки "одну" вакуумну переривальну камеру, то ця вакуумна переривальна камера містить три провідники фаз (R, S і Т), які відповідають конфігурації зірки. Однак, у цій схемі, нейтральна точка зірки не може заземлятися. Механізм виконаний так, що два провідники встановлюються надовго у вакуумній переривальній камері і один провідник, "перпендикулярний" (розташований під прямим кутом) до двох провідників, і виконаний з можливістю переміщення. Рухомий провідник прискорюється вибуховою манжетою (після її вибуху) в напрямі двох інших провідників, і спричиняє у механізмі трифазне коротке замикання. Ця вакуумна переривальна камера також містить контакти, які залишаються у з'єднаному (закороченому) положенні для самоблокування після короткого замикання. Подальшим варіантом є розміщення двох вакуумних короткозамикальних механізмів між трьома фазами, яке дозволяє, при перемиканні, одержувати коротке замикання між провідниками. Якщо вакуумні короткозамикальні механізми з'єднані між собою, то потім два поршня від центральної фази - у цьому випадку фази S - можуть активуватися відносно фаз R і Т. Це усуває будь-яку силу реакції зовні короткозамикального механізму. Фігура 1, у цьому випадку, відображає детально той факт, що короткозамикальний механізм у верхній частині оснащений поршнево-циліндровим блоком, який, під час роботи, рухає рухомий контакт 7 і знизу, де фіксований контакт 8 поміщений у вакуумній камері 6, вакуумна камера має керамічну ізоляцію 9, тобто керамічну стінку. Дві ділянки відокремлені одна від іншої згаданою мембраною 15. У цьому випадку, мембрана приварюється, пригвинчується або припаюється до рухомого контакту 7 вакуумнощільним чином. Мембрана 15 має лінію ослаблення (ділянку ослаблення) 12, яка, під час роботи, пробивається самим поршнем 2 або ріжучим краєм 13, розташованим у нижній частині поршня 2. Циліндрична ділянка формується на поверхні тиску - у цьому випадку у формі стійкої до стискання кришки 3 - у якій поршень 2 тепер прискорюється разом з рухомою лінією електроживлення для переміщення контакту 7 у вакуумну камеру 6. Ізоляційний корпус 9 забезпечує ізоляцію між двома провідниками. Під час цього процесу, контакти 7 і 8 входять в 3 UA 100027 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контакт дуже швидко. Рухомий контакт 7 з лінією електроживлення має відповідну конічну форму так, що, після з'єднання (змикання контактів), контакти міцно блокуються у положенні з'єднання в силу механічного самоблокування. Струм передається по стороні рухомого контакту за допомогою ковзного кільця на поршні. Однофазний короткозамикальний механізм, який містить вакуумну переривальну камеру (VK) 6, може перемикатися між трьома провідниками R, S; і S; Т. Також можна передбачати вакуумну переривальну камеру 6 для кожної фази. У цьому випадку, може виконуватися результуюча нейтральна точка зірки для розведення контактів перемикача або, інакшим чином, для заземлення. Вакуумна переривальна камера 6 має рухому лінію електроживлення на додаток до фіксованої припаяної лінії 5 електроживлення з контактною ділянкою 8. Керамічний ізоляційний корпус 9 забезпечує ізоляцію між двома провідниками. Поршень 2, який може виконуватися, як зображено, розташований зовні вакууму над мембраною 15 на рухомій лінії електроживлення конічного контакту 7. Газовий генератор 1, наприклад у формі вибухового заряду, розташований над поршнем 2 і, поки він не експлуатується, утримує поршень 2 заблокованим у верхньому положенні так, що контакти утримуються у вакуумній камері 6 розведеними. Подальшим можливим способом утримувати поршень у цьому положенні є використання дроту або інакше стрижня між поршнем і кришкою 3. У випадку поламки, вибуховий заряд 1 активують після детекції (датчик з розподіленим чутливим елементом + демонстраційний зразок електронних компонентів + ініціювання  вихід тригера) і ініціювання. На ділянці тиску, яка, у цьому випадку, має форму стійкої до стискання кришки 3, поршень прискорюється при русі у вакуумну переривальну камеру разом з рухомою лінією електроживлення. Під час процесу, контакти змикаються дуже швидко. Контакт з лінією електроживлення має відповідну конічну форму так, що, після з'єднання (змикання контактів), контакти міцно блокуються у з'єднаному положенні в силу механічного самоблокування. Як зображено тут, вакуумна герметизація може здійснюватися за допомогою гофрованих мембран. Передача струму по рухомій стороні може здійснюватися багато контактною ковзною системою або, інакше кажучи, за допомогою електропровідної смуги. Фігура 2 зображає циклічну діаграму з трьома фазами R; S; Т. Для захисту, цей засіб розташований на ділянці трьох фаз короткозамикального механізму, який також можливий і має "три фази", і який з'єднаний з трьома фазами. Якщо з'являється дуга короткого замикання (103) між фазами або для заземлення, то дуга виявляється, наприклад оптично, і у вакуумній переривальній камері (101) за допомогою керувального блоку (102) активують вибухову капсулу або газовий генератор для здійснення вибуху. Після змикання контактів, струм перемикають у вакуумну переривальну камеру (101) і гасять дугу короткого замикання (103). Фігура 3 зображає діаграму схеми з трьома фазами R; S; Т. Для захисту, "однофазний" короткозамикальний механізм розташований між трьома фазами і виконаний, як це зображено на Фігурі 1, та з'єднаний з фазами (R, S; S, Т). Якщо між фазами з'являється дуга (103) короткого замикання або для заземлення, то дуга виявляється, наприклад оптично, і у вакуумній переривальній камері (101) за допомогою керувального блоку (102) активується вибухова капсула для виконання вибуху. Після змикання контактів, струм перемикається у вакуумну переривальну камеру (101) і гаситься дуга (103) короткого замикання. Позиційні позначення: 1 Газовий генератор, вибухова капсула 2 Поршень 3 Кришка 45 Лінія електроживлення 6 Вакуумна камера 7 Рухомий контакт 8 Фіксований контакт 9 Ізоляційний корпус 10 З'єднання з фіксованим контактом 11 Ковзний контакт 12 Лінія ослаблення 13 Ріжучий край 14 Різьбове з'єднання 15 Мембрана 101 Вакуумна переривальна камера 102 Керувальний блок 103 Дуга короткого замикання 4 UA 100027 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги, який має принаймні один короткозамикальний механізм, у якому рухомий контакт виконаний із здатністю змикатися з фіксованим контактом за допомогою пропелентного заряду або газового генератора, який відрізняється тим, що короткозамикальний механізм має вакуумну переривальну камеру і вакуумний простір, у якому поміщений фіксований контакт, розділений кришкою та мембраною, яка має лінію ослаблення і, яка, під час перемикання, здатна пробиватися рухомим контактом, з'єднаним з поршнево-циліндровим блоком, який виконаний із здатністю впливу на нього газовим генератором і у якому, на нижній лицьовій поверхні поршня безпосередньо перед лінією ослаблення мембрани, розташований ріжучий край, який, під час роботи, здатний до проходження крізь ділянку ослаблення. 2. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за п. 1, який відрізняється тим, що рухомий контакт у неробочому стані розташований у верхньому кінці з проходженням крізь мембрану, яка формує вакуумно-щільне ущільнення. 3. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що рухомий контакт приварений, пригвинчений або припаяний до мембрани. 4. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поршень виготовлений з електропровідного матеріалу і здатен здійснювати електропровідне з'єднання з рухомим контактом, і у якому ковзне кільце розташоване на рухомій поверхні поршня. 5. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газовий генератор має форму контейнера з хімічним пропелентним зарядом, який здатен вставлятися і кріпитися за допомогою різьбового з'єднання, яке здатне виконуватися у відповідному місці на корпусі перемикальної камери. 6. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що верхня частина короткозамикального механізму, яка містить поршнево-циліндровий блок, виготовлена з металічного матеріалу, а нижня частина короткозамикального механізму має вакуумну переривальну камеру, яка виготовлена з ізоляційного матеріалу. 7. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за п. 7, який відрізняється тим, що вакуумна переривальна камера або її діелектричний матеріал виготовлені з керамічного матеріалу. 8. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що верхня частина рухомого контакту має зовнішній конус, а фіксований контакт має внутрішній конус, який доповнює зовнішній конус. 9. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за п. 9, який відрізняється тим, що бічні сторони конусів нахилені так, що, під час перемикання, механічне самоблокування відбувається після входження зовнішнього конусу у внутрішній конус. 10. Розподільний пристрій низької, середньої або високої напруги за одним із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поршень має периферійну канавку, яка виконана із здатністю виконання функції поршневого кільця під час перемикання і дозволяє здійснювати герметизацію між поршнем і циліндром. 5 UA 100027 C2 6 UA 100027 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 7