[RU]

Изобретение относится к электрическому выключателю, содержащему замыкаемые/размыкаемые электрические контакты, по меньшей мере один из которых выполнен подвижным; приводные средства, соединенные с подвижным контактом и выполненные с обеспечением возможности замыкания/размыкания электрических контактов; фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов; и средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств. Для обеспечения возможности быстрого размыкания контактов непосредственно после их замыкания выключатель в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит второй фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов, в том случае, когда основной фиксатор находится в положении, обеспечивающем свободное перемещение приводных средств.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к электрическому выключателю, содержащему замыкаемые/размыкаемые электрические контакты, по меньшей мере один из которых выполнен подвижным; приводные средства, соединенные с подвижным контактом и выполненные с обеспечением возможности замыкания/размыкания электрических контактов; фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов; и средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств. Для обеспечения возможности быстрого размыкания контактов непосредственно после их замыкания выключатель в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит второй фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов, в том случае, когда основной фиксатор находится в положении, обеспечивающем свободное перемещение приводных средств.

---

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрическим выключателям, например, к быстродействующим выключателям постоянного тока.
Предшествующий уровень техники
Известны выключатели с конструкцией электромагнитного привода, в которой подвижные контакты вакуумных дугогасительных камер соединены с электромагнитным устройством, содержащим управляющую обмотку и постоянные магниты (RU 2020631). При подаче тока в обмотку управления сердечник электромагнита притягивается к магнитопроводу, сжимая силовые контакты дугогасительной камеры через пружину поджатия. При обесточивании обмотки управления сердечник удерживается в притянутом положении постоянными магнитами. При пропускании через обмотку управления тока, магнитное поле, создаваемое которым, компенсирует поле постоянных магнитов, происходит возврат сердечника под действием сжатых пружин и отключение силовых контактов дугогасительной камеры. Недостатками данной конструкции является низкое быстродействие.
Известны быстродействующие выключатели постоянного тока, которые в своем составе содержат быстродействующий привод, обеспечивающий быстрое размыкание контактов и фиксатор, который удерживает подвижные контакты выключателя в разомкнутом положении (В.П.Иванов, А.И. Будовский, Д.Ф. Алферов, Д.В. Евсин, И.П. Неугодников, А.П.Тетерин, "Результаты разработки вакуумного выключателя постоянного тока для тяговых подстанций", Материалы международной научно - технической конференции НАУКА, ИННОВАЦИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ: АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ, Екатеринбург, 2006, с. 157).
В существующих быстродействующих выключателях размыкание контактов происходит под воздействием электродинамического привода за времена масштаба нескольких миллисекунд. Замыкание контактов происходит под действием пружин при освобождении защелки разомкнутого положения в фиксаторе. Освобождение защелки фиксатора осуществляется электромагнитом.
Недостатком этой конструкции является то, что временной интервал работы этого механизма от начала освобождения защелки до восстановления готовности
фиксатора к удерживанию контактов в разомкнутом положении составляет несколько десятых долей секунды, в то время как срабатывание фиксаторов после их освобождения происходит менее чем через одну десятую секунды.
В связи с этим, выключатели с быстрым приводом не могут обеспечивать быстрое отключение цепи непосредственно после замыкания, поскольку фиксатор не будет готов к работе. А это, в случае наличия короткого замыкания в цепи нагрузки, может привести к быстрому нарастанию токов. Отключение (размыкание контактов) возможно осуществить только через несколько десятых долей секунды, когда фиксаторы выключателя повторно будут готовы к работе, что при низкой индуктивности цепи приводит к тому, что токи могут превысить в несколько раз допустимые рабочие токи выключателя.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности отключения силовой цепи быстродействующим выключателем сразу после замыкания его контактов.
Задача изобретения решается с помощью электрического выключателя, который содержит:
замыкаемые/размыкаемые электрические контакты, по меньшей мере, один из которых выполнен подвижным;
приводные средства, соединенные с подвижным контактом и выполненные с обеспечением возможности замыкания/размыкания электрических контактов;
фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов;
средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств; и для обеспечения быстрого размыкания контактов непосредственно после их замыкания выключатель дополнительно содержит:
второй (дополнительный) фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов, в том случае, когда основной фиксатор находится в положении, обеспечивающем свободное перемещение приводных средств. Средства разблокирования в преимущественном варианте осуществления выполнены с возможностью удержания основного фиксатора в положении, обеспечивающем свободное перемещение привода (штока).
Каждый фиксатор предпочтительно содержит шток с переменным поперечным сечением и средства блокировки перемещение штока, выполненные с возможностью блокировки перемещения штока в зависимости от поперечного сечения штока. Кроме того, в преимущественном варианте осуществления обеспечено синхронное перемещение штоков, для чего штоки могут быть соединены жестким образом друг с другом.
Одни из вариантов реализации настоящего изобретения предусматривает, что поперечное сечение одного из штоков образует зазор, который обеспечивает свободное перемещение штока, в том случае, когда другой шток находится в положении, которое обеспечивает срабатывание средств блокировки. Такой зазор может иметь величину от 0,1 до 5 мм вдоль оси штока, в предпочтительном варианте 1,5 мм.
Средство блокировки одного из штоков может содержать выемку, обеспечивающую свободное перемещение штока, в том случае, когда другой шток находится в положении, которое обеспечивает срабатывание средств блокировки.
В предпочтительной реализации изобретения замыкаемые/размыкаемые электрические контакты являются контактами вакуумной дугогасительной камеры. Выключатель может содержать множество вакуумных дугогасительных камер подключенных параллельно или последовательно, причем в таком случае обеспечивается преимущественно синхронное перемещение штоков каждой из множества указанных камер. В некоторых случаях параллельно одной из вакуумных камер может быть подключен диод или диодная сборка.
Выключатель может содержать дополнительные средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода дополнительного фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств. Средства блокировки перемещения штока по меньшей мере одного фиксатора могут представлять собой поворотные защелки с выступами и могут быть выполнены в виде крышки с выступами, которые выполнены в форме обеспечивающей при взаимодействии с выступами поворотных защелок освобождение штока, перемещение которого заблокировано указанными защелками.
Приводные средства в одном из вариантов осуществления содержат электрический привод, пружинный привод и рычаг, обеспечивающий соединение подвижного контакта со штоками фиксаторов.
Настоящее изобретении также может быть выражено в виде способа управления электрическим соединением, который включает следующие шаги:
размыкают контакты с помощью приводных средств, соединенных по меньшей мере с одним подвижным контактом;
фиксируют приводные средства в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов;
замыкают контакты приводными средствами после перевода фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств, с помощью средств разблокирования фиксатора; при этом для обеспечения возможности быстрого размыкания контактов непосредственно после их замыкания фиксируют с помощью дополнительного фиксатора приводные средства в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов, непосредственно после перевода основного фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств, и переводят дополнительный фиксатор в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств, после восстановления первоначального состояния основного фиксатора.
Частные варианты выполнения выключателя в соответствии с настоящим изобретением, а также приводных средств, фиксаторов, средств разблокирования и контактов, описаны в разделе осуществления изобретения.
Техническим результатом настоящего изобретение является предотвращение с помощью вспомогательного фиксатора замыкания электрических контактов до того момента времени, пока основной фиксатор не придет в работоспособное состояние после фиксации контактов в разомкнутом положении, что обеспечит возможность отключения силовой цепи быстродействующим выключателем сразу после замыкания его контактов.
Перечень чертежей
Далее изобретение описывается на примере электрического выключателя с двумя блоками вакуумных дугогасительных камер для коммутации постоянного тока высокого напряжения. Однако специалисту очевидно, что изобретение не ограничивается таким видом выключателей и может быть реализовано в конструкции высоковольтных или низковольтных выключателей, предназначенных для коммутации тока в другом оборудовании, в случае, если в процессе эксплуатации такого оборудования необходимо гарантировать возможность быстрого размыкания контактов непосредственно после их замыкания.
На фиг. 1 изображена конструкция блоков вакуумных камер QS1. и QS2, содержащих один и два фиксатора, соответственно.
На фиг. 2а и 2Ь изображена конструкция блока вакуумных дугогасительных камер QS2, причем на фиг. 2а показан основной вид, а на фиг. 2Ь показан вид сбоку конструкции блока вакуумных камер QS2.
На фиг. 3 и 4 изображена совместная работа фиксаторов по настоящему изобретению, причем на фиг. 3 шток зафиксирован в основном фиксаторе, а на фиг. 4 шток зафиксирован в дополнительном фиксаторе.
На фиг. 1-4 использованы следующие обозначения:
1 - индукционно-динамические приводы, 2 - рама, 3 - фиксатор, 4 - вал, 5 -ось, 6 - дополнительный фиксатор, 7 - блок ВДК, 8 - изолятор, 9 - корпус, 10 -ролик, 11 - приставка контактная, 12 - корпус фиксатора, 13 - крышка, 14 - рычаг, 15 - защелка, 16 - шток, 17 - катушка, 18 - пружина, 19 - пружина защелки.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В состав вакуумного выключателя постоянного тока входят два блока вакуумных дугогасительных камер (ВДК) QS1 и QS2. Каждый коммутационный блок состоит из двух вакуумных камер, включенных параллельно. Коммутационные блоки в свою очередь включены последовательно, и для протекания тока в цепи необходимо замыкание контактов ВДК обоих блоков (QS1 и QS2).
Конструкция приводных средств для блока QS1 и блока QS2 показана на фиг.1 и фиг.2, соответственно.
Для размыкания контактов блока ВДК, каждая из вакуумных камер снабжена собственным индукционно-динамическим приводом (1). Подвижные штоки каждого из приводов жестко связаны между собой общим валом (4), что обеспечивает синхронную работу камер. Фиксация контактов в разомкнутом состоянии обеспечивается фиксатором (3) в блоке QS1 и двумя фиксаторами (3, 6) в блоке QS2.Штоки фиксаторов (3, 6) камеры QS2 жестко связаны друг с другом и соединены с общим валом (4) при помощи рычага (14). Соответственно, при размыкании (движении подвижного штока привода 1 вниз) штоки (3, 6) фиксаторов двигаются синхронного вверх, а при замыкании (движении подвижного штока привода 1 вверх) штоки фиксатором двигаются синхронного вниз.
Для замыкания контактов каждой из камер используется пружинный привод, конструктивно расположенный в корпусе привода. Эта же пружина обеспечивает необходимое усилие прижатия контактов в замкнутом состоянии.
Все основные узлы приводов зафиксированы на металлической раме выключателя.
Устройство фиксатора показано подробней на на Фиг.2а, на Фиг.З и Фиг.4.
Фиксатор конструктивно состоит из корпуса (12) и крышки (13), выполненных из ферромагнитного материала. Крышка в исходном положении удерживается пружинами (19). В корпусе размещена катушка (17), а также четыре защелки (15), обеспечивающих надежное фиксирование штока (16) в разомкнутом состоянии контактов ВДК. Поджатие защелок к штоку обеспечивается пружинами (19).
В данном примере конструкция дополнительного фиксатора имеет аналогичную конструкцию. Отличие заключается в форме штока, который не имеет конусной части в своей нижней части.
В исходном положении контакты вакуумных камер находятся в замкнутом положении и удерживаются пружинами привода. Для размыкания контактов по команде блока управления происходит разряд конденсатора через катушку привода этого блока. Под действием электромагнитного поля шток, соединенный с контактами ВДК, двигается вниз, обеспечивая их размыкание.
Шток (16) фиксатора жестко связанный с валом (4) при помощи рычага (14), перемещается вверх. При этом освобождается пространство для поворота (в плоскости фигуры) защелок, поскольку они оказываются рядом с частью штока, имеющей уменьшенный внешний диаметр.
Поворот защелок происходит как за счет сил пружин (19), так и конусной части штока, которая упирается в защелки (15) и поворачивает их. Защелки, поворачиваясь, ограничивают движение штока и, соответственно, контактов ВДК при обратном ходе, так как упор (20) штока упирается в верхние плоскости (21) защелок, как показано на фиг. 3 слева. Удержание защелок в этом положении обеспечивается пружинами (19).
Под действием пружины привода шток привода (1) стремится вернуться в верхнее положение, а шток (16) фиксатора, соответственно, должен двигаться вниз. Однако, повернувшиеся защелки не позволяют осуществлять это движение и фиксируют разомкнутое положение контактов ВДК.
Для осуществления замыкания силовой внешней цепи в выключателе сначала происходит замыкание контактов ВДК, входящих в состав блока QS1. Контакты блока QS2 при этом находятся в разомкнутом состоянии. Через некоторое время, необходимое для возврата крышки фиксатора блока QS1 в исходное состояние, подается команда на замыкание контактов блока QS2.
Для замыкания контактов ВДК от блока управления электромагнитами подается питание на катушку (17) фиксатора. Под действием электромагнитных сил крышка (13) притягивается к корпусу фиксатора и, перемещаясь вниз, воздействует на защелки (15). Защелки поворачиваются, из-за чего упор (20) штока перестает
соприкасаться с верхними плоскостями (21) защелок, и обеспечивается по существу свободное перемещение штока (16). Под воздействием пружины привода шток с лайнером в приводе (1) движется вверх, а шток (16) - вниз. Без наличия дополнительных фиксирующих средств, контакты ВДК в такой ситуации немедленно замкнуться.
Если в блоке QS2 было бы одно фиксирующее устройство, то после замыкания цепи, когда потребуется немедленное повторное отключение аппарата, опустившаяся крышка фиксатора блока QS2 не позволяла бы повернуться защелкам и остановить шток в положении разомкнутых контактов.
Для того чтобы избежать подобных ситуаций, в блоке QS2 имеются два фиксатора: основной и дополнительный. При отключении ВДК фиксация штоков происходит в основном фиксаторе. В этом положении в дополнительном фиксаторе имеется зазор около 1,5 мм между упором штока и верхними плоскостями защелок. Это показано на фиг. 3: слева, шток (16) основного фиксатора упирается в пружинные защелки (19), при этом, справа, между упором (20) штока дополнительного фиксатора и верхними плоскостями (21) защелок имеется зазор. При этом очевидно, что возможно использование по существу одинаковых штоков, если обеспечить отложенное срабатывание дополнительного фиксатора с помощью формы защелок (19), например, сформировав более глубокие выемки.
При необходимости замкнуть силовую цепь одновременно с подачей питания на катушку фиксатора блока QS1 подается питание и на катушку основного фиксатора блока QS2, в котором крышка основного фиксатора опускается, разводя защелки в стороны. Шток основного фиксатора освобождается и продолжает движение вниз. Шток дополнительного фиксатора синхронного со штоком основного также движется вниз, пока не упрется в верхние плоскости защелок. Другими словами, в блоке QS1 ВДК замыкают свои контакты сразу, тогда как в блоке QS2 перемещение штоков фиксируют за счет дополнительного фиксатора, и контакты ВДК блока QS2 остаются разомкнутыми.
Через некоторое время, необходимое для возврата крышки фиксатора блока QS1 и крышки основного фиксатора блока QS2 в исходное состояние, подается команда на замыкание контактов блока QS2. Для этого подается питание на катушку дополнительного фиксатора, крышка узла притягивается к корпусу, перемещая защелки и освобождая движение штоков.
При необходимости провести мгновенное повторное отключение оно может быть осуществлено, поскольку фиксация контактов в блоке QS2 будет осуществлено в основном фиксаторе. В это время дополнительный фиксатор будет
еще не готов к работе, поскольку его крышка не успеет занять исходное верхнее положение и не освободит фиксаторы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрический выключатель, содержащий:
замыкаемые/размыкаемые электрические контакты, по меньшей мере, один из которых выполнен подвижным;
приводные средства, соединенные с подвижным контактом и выполненные с обеспечением возможности замыкания/размыкания электрических контактов;
фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов; и
средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств,
отличающийся тем, что
содержит дополнительный фиксатор, выполненный с возможностью фиксации приводных средств в положении, обеспечивающем разомкнутое состояние электрических контактов, в том случае, когда основной фиксатор находится в положении, обеспечивающем свободное перемещение приводных средств.
2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый фиксатор содержит шток с переменным поперечным сечением и средства блокировки перемещение штока, выполненные с возможностью блокировки перемещения штока в зависимости от поперечного сечения штока.
3. Выключатель по п. 2, отличающийся тем, что обеспечено синхронное перемещение штоков.
4. Выключатель по п. 3, отличающийся тем, что штоки соединены жестким образом друг с другом.
5. Выключатель по п.п. 3 или 4, отличающийся тем, что поперечное сечение одного из штоков образует зазор, который обеспечивает свободное перемещение штока, в том случае, когда другой шток находится в положении, которое обеспечивает срабатывание средств блокировки.
6. Выключатель по п. 5, отличающийся тем, что зазор имеет величину от 0,1 до 5 мм вдоль оси штока.
7. Выключатель по п. 5, отличающийся тем, что зазор имеет величину 1,5 мм вдоль оси штока.
8. Выключатель по п.п. 3 или 4, отличающийся тем, что средство блокировки одного из штоков содержит выемку, обеспечивающую свободное перемещение
2.
штока, в том случае, когда другой шток находится в положении, которое обеспечивает срабатывание средств блокировки.
9. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что замыкаемые/размыкаемые
электрические контакты являются контактами вакуумной дугогасительной камеры.
10. Выключатель по п. 9, отличающийся тем, что содержит множество вакуумных дугогасительных камер подключенных параллельно или последовательно, причем обеспечено синхронное перемещение штоков каждой из множества указанных камер.
11. Выключатель по п. 10, отличающийся тем, что параллельно одной из вакуумных камер подключен диод или диодная сборка.
12. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что содержит дополнительные средства разблокирования, выполненные с возможностью перевода дополнительного фиксатора в положение, обеспечивающее свободное перемещение приводных средств.
13. Выключатель по п. 12, отличающийся тем, что средства блокировки перемещения штока по меньшей мере одного фиксатора представляют собой поворотные защелки с выступами.
14. Выключатель по п. 13, отличающийся тем, что средства разблокирования по меньшей мере одного фиксатора представляют собой крышку с выступами, которые выполнены в форме обеспечивающей при взаимодействии с выступами поворотных защелок освобождение штока, перемещение которого заблокировано указанными защелками.
15. Выключатель по п.п. 3 или 4, отличающийся тем, что приводные средства содержат электрический привод, пружинный привод и рычаг, обеспечивающий соединение подвижного контакта со штоками фиксаторов.
10.
10.
10.
10.
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
HOIH 33/666(2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) НОШ 33/00-33/99, 73/00-77/10, 25/00-25/06
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к ПУНКТУ №
А А А А
RU 2137240 С1 (ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ВСЕРОСИЙСКОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. В. И. ЛЕНИНА) 10.09.1999
RU 102839 U1 (АББ С.П.А.) 10.03.2011
RU 99655 U1 (БУГАЙЧУК ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ) 20.11.2010
US 4996397 A (SPRECHER ENERGIE AG) 26.02.1991
US 2005/0231308 Al (ES INDUSTRIAL SYSTEMS CO.. LTD.) 20.10.2005
1-15
1-15 1-15 1-15 1-15
* Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
последующие документы указаны в продолжении графы В j^j данные о патентах-аналогах укачаны в приложении
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в друг их целях